提高窄面沖點(diǎn)收口可靠性工藝研究

張怡娜　何東　付移風(fēng)　南小俠

摘 要：沖點(diǎn)收口是航空發(fā)動機(jī)油泵產(chǎn)品中一種重要的零件組合方式，沖點(diǎn)變形不足、位置偏移和沖點(diǎn)裂紋是沖點(diǎn)收口質(zhì)量不可靠的主要因素。通過分析材料在擠壓受力情況下局部材料的滑移、頸縮和間隙壓縮的特點(diǎn)，計(jì)算沖點(diǎn)與收口孔的有效距離;根據(jù)收口可靠性對孔口材料變形量的要求，研究計(jì)算合理的沖點(diǎn)孔參數(shù)，優(yōu)化設(shè)計(jì)沖刀結(jié)構(gòu)及尺寸，并進(jìn)行試驗(yàn)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：本文研究的沖點(diǎn)收口工藝方法有效提升了收口可靠性。該方法可廣泛應(yīng)用于杠桿撥叉類小型零（組）件的沖點(diǎn)收口加工，為其他類型零件的沖點(diǎn)收口加工工藝提供了參考。

關(guān)鍵詞：沖點(diǎn)鎖緊;收口失效;滑移變形;雙頭沖刀

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.22.015

0 引言

航空發(fā)動機(jī)附件產(chǎn)品中零（組）件的沖點(diǎn)鎖緊收口組合是一種重要的組合方式，在杠桿撥叉類小型零件組合過程中應(yīng)用非常廣泛，對產(chǎn)品性能有著重要的影響。目前在收口質(zhì)量提升方面研究較多的是柱塞類零件的收口研究[3]，主要以滾壓的方式進(jìn)行收口。對于沖點(diǎn)收口由于操作簡單，所以一直沒有引起大家的重視，參考資料欠缺，但多起沖點(diǎn)收口質(zhì)量問題造成的銷子脫漏產(chǎn)品調(diào)試失敗，甚至質(zhì)量事故，說明沖點(diǎn)收口可靠性研究已經(jīng)刻不容緩。

沖點(diǎn)鎖緊一般應(yīng)用于間隙配合的圓柱銷與孔的組合、襯套與襯套孔的組合、頂針座與孔的組合等多類型的組合中，通過在孔的邊緣沖錐形盲孔，將孔口擠壓變形使銷子、襯套等無法沿軸向從孔口脫漏或滑出。為了找出造成沖點(diǎn)鎖緊失效的原因，對多項(xiàng)故障件進(jìn)行分析研究發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致鎖緊失效的主要原因是沖點(diǎn)變形不足、位置偏移和沖點(diǎn)裂紋。

1 沖點(diǎn)鎖緊工藝分析

圖1是典型的沖點(diǎn)組合結(jié)構(gòu)，分別在對稱兩面孔口處沖兩點(diǎn)，使孔口變形把與孔間隙配合的銷子鎖緊，保證滾輪在工作時(shí)銷子受力后不會沿軸向脫漏或滑出。目前，少有資料對沖點(diǎn)的位置、深度、大小等參數(shù)進(jìn)行研究和規(guī)定，所以沖點(diǎn)加工完全憑借操作者的手感和經(jīng)驗(yàn)完成，沖點(diǎn)位置、變形量等參數(shù)一致性差。通過研究金屬材料中多晶粒的滑移變形現(xiàn)象和晶粒間隙縮放特點(diǎn)，分析出沖點(diǎn)收口失效的主要因素是沖點(diǎn)偏移、孔口變形量不足和孔口裂紋三方面，導(dǎo)致這些問題的原因：

（1）零件環(huán)形沖點(diǎn)面窄，沖點(diǎn)距內(nèi)孔邊距離過大，沖點(diǎn)周邊材料沿法向首先向圓柱外側(cè)擴(kuò)展，造成沖點(diǎn)偏移，或由于周圍材料較厚，晶粒間隙被大量壓縮，造成變形損失量大，孔內(nèi)側(cè)材料無變形或變形不足鎖緊失效。

（2）裂紋產(chǎn)生的原因是變形側(cè)材料厚度不足，主要有三方面：一是沖點(diǎn)距內(nèi)孔邊緣距離過小變形材料不足;二是沖點(diǎn)過深或沖刀角度過大造成沖點(diǎn)孔孔徑過大;三是沖壓導(dǎo)致材料向表面滑移堆積，在沖另一面面定位擠壓時(shí)產(chǎn)生二次變形，致使沖點(diǎn)口拉裂。

2 沖點(diǎn)參數(shù)的確定

2.1 確定形狀尺寸參數(shù)

沖點(diǎn)的形狀一般為圓錐形，尺寸參數(shù)包括孔口直徑、深度和錐頂角角度。由銷子和孔的最大配合間隙0.01mm和銷子倒角0.5×45°，可計(jì)算出兩個(gè)沖點(diǎn)沿孔徑向的變形量≥0.43mm時(shí)鎖緊有效，為避免沖壓力過大造成零件變形，所以沖點(diǎn)深度一般控制在（0.6±0.1）mm，所以孔壁的變形量計(jì)算公式為：

δ=h·tan

其中δ、h和α分別是變形量、沖點(diǎn)的深度和錐頂角角度。由于δ=0.43mm，h=（0.6±0.1）mm，計(jì)算可知α≈70°。

2.2 確定位置尺寸參數(shù)

根據(jù)沖點(diǎn)與內(nèi)孔中心的距離，孔壁塑性變形有三種狀態(tài)：雙邊變形、內(nèi)側(cè)變形和外側(cè)變形。刀具在擠壓材料時(shí)，周圍材料的抗變形能力與其厚度是正向增長，刀具向抗變形能力低的一側(cè)滑移，所以當(dāng)沖點(diǎn)距孔心距離≥時(shí)，外側(cè)圓柱壁易變形，沖點(diǎn)距孔心距離<時(shí)，內(nèi)側(cè)孔壁易變形，可知沖點(diǎn)應(yīng)與孔心距離在r至范圍內(nèi)，其中R和r分別是圖1中外圓柱和內(nèi)孔半徑。經(jīng)過對1批次10件材料為35CrMnSiA調(diào)質(zhì)后的某型杠桿撥叉組件進(jìn)行沖點(diǎn)加工試驗(yàn)，在環(huán)形面上距孔中心尺寸在至r范圍內(nèi)分別取8個(gè)不同的點(diǎn)進(jìn)行沖點(diǎn)，統(tǒng)計(jì)內(nèi)孔孔口變形量、變形材料厚度及沖點(diǎn)口質(zhì)量狀態(tài)，形成沖點(diǎn)位置對材料變形影響數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表表1，數(shù)據(jù)表明：沖點(diǎn)距孔邊的距離在（2.07～1.87）mm范圍內(nèi)時(shí)，保證變形量的同時(shí)有足夠的材料厚度，且沖點(diǎn)口質(zhì)量完好。

3 沖刀結(jié)構(gòu)及沖點(diǎn)加工工藝優(yōu)化

3.1 刀結(jié)構(gòu)優(yōu)化

按照沖點(diǎn)錐孔的錐頂角角度70°設(shè)計(jì)沖刀刀尖尺寸;為保證沖點(diǎn)位置尺寸，增加一組刀尖為60°的小角度沖刀，進(jìn)行位置定點(diǎn)。沖點(diǎn)加工多為手工操作，為了降低人為因素對沖點(diǎn)位置尺寸的影響，在沖刀桿上增加定位面，使其通過定位工裝與零件形成確定的位置關(guān)系，保證刀桿軸與零件孔軸線重合，來控制沖點(diǎn)與零件孔心距離的精確度和一致性。在沖刀桿上增加圖2中軸向可調(diào)的定位螺母，保證沖點(diǎn)深度尺寸精度和一致性。為提高加工效率，將沖刀單沖頭改為圖2中的雙沖頭，同時(shí)保證了沖刀受力穩(wěn)定，防止沖點(diǎn)偏斜。

3.2 沖點(diǎn)加工工藝優(yōu)化

為避免沖點(diǎn)時(shí)，在沖壓壓力作用下懸空槽臂變形;為防止用第一面定位時(shí)，對沖點(diǎn)處堆積的材料擠壓，沖點(diǎn)孔口二次變形，造成材料拉裂;同時(shí)為降低人為因素對沖點(diǎn)位置及變形量穩(wěn)定性的影響，對加工工藝流程進(jìn)行以下優(yōu)化：

（1）沖點(diǎn)前選塞合適的U形墊片填充槽間間隙，改善槽臂懸空的結(jié)構(gòu)，防止零件槽變形;

（2）沖點(diǎn)分粗、精兩次加工完成，粗加工選用60°小角度沖刀，固定沖點(diǎn)位置，形成孔口基本變形，再用70°大角度沖刀進(jìn)行精加工，保證孔口最終變形尺寸;

（3）去除第一面沖點(diǎn)處毛刺，即沖點(diǎn)時(shí)滑移到上表面的材料，防止用該面定位時(shí)，毛刺對沖點(diǎn)口擠壓造成孔口拉裂;

（4）按（1）到（3）流程加工另一面沖點(diǎn)。

優(yōu)化后流程：

4 總結(jié)

本文中沖點(diǎn)鎖緊可靠性工藝研究是理論計(jì)算與大量試驗(yàn)驗(yàn)證相結(jié)合，針對杠桿撥叉類零件窄小平面的沖點(diǎn)收口工藝方法。按照該方法對3個(gè)批次共150余件零件進(jìn)行加工驗(yàn)證，結(jié)果表明這種工藝方法及刀具結(jié)構(gòu)能穩(wěn)定提升杠桿撥叉類零件窄小型面沖點(diǎn)鎖緊的可靠性，也為其他類型零件的沖點(diǎn)收口加工工藝提供參考和思路。

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作者簡介：張怡娜（1986-），女，陜西西安人，本科，工程師，研究方向：航空發(fā)動機(jī)燃油附件零組件高效加工及收口工藝。