薄壁錐形件加工工藝改進(jìn)

福建兵工裝備有限公司(永安 366032）朱君力

軸對稱空心錐形件廣泛應(yīng)用于軍工產(chǎn)品，在民用產(chǎn)品中也時(shí)有見到，如彈藥中的整流罩及內(nèi)錐罩、風(fēng)機(jī)中的噴管等。軍品中的錐形件通常具有壁厚薄、錐孔深、尺寸精度高、力學(xué)性能好等特點(diǎn)或性能要求。如圖1中的內(nèi)錐罩，要求采用高強(qiáng)度鋁合金2A12材料制成，其壁厚均為0.850－0.14mm，要求零件不得有裂紋、氣泡、變形等缺陷。

為了在滿足內(nèi)錐罩的性能及尺寸要求的前提下，能有效節(jié)約材料成本，降低勞動強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率，滿足批量生產(chǎn)要求，我們對該零件的加工工藝方法進(jìn)行了不斷改進(jìn)及探索。本文對錐形件加工傳統(tǒng)工藝方法進(jìn)行了介紹，對內(nèi)錐罩的擠壓及旋壓工藝方法進(jìn)行分析，確定了內(nèi)錐罩改進(jìn)工藝方案，完成了工藝設(shè)計(jì)，并提出了旋壓過程中的注意事項(xiàng)。

1.傳統(tǒng)工藝方法及問題

(1)車削加工 用直徑100mm、長度為215mm的原材料逐步車削成形。該加工工藝容易控制，能獲得較高的合格率，但材料消耗大、工序繁多、生產(chǎn)率低、勞動強(qiáng)度大、生產(chǎn)成本高。

(2)鑄造成形 2A12是一種高強(qiáng)度硬鋁，抗拉強(qiáng)度σb≥420MPa，屈服強(qiáng)度 σs≥265MPa，伸長率δ≥10%，可進(jìn)行熱處理強(qiáng)化，有很好的鑄造性。該工藝方法材料消耗小、生產(chǎn)效率高，但壓鑄成型的零件極易產(chǎn)生以下缺陷:沿開模方向鑄件表面呈線性條狀的拉傷痕跡;金屬液與模具表面粘合，導(dǎo)致鑄件表面缺料;鑄件表面易出現(xiàn)氣孔或由于零件壁薄引起的變形、裂紋等缺陷。因此，內(nèi)錐罩采用壓鑄成型方法難以滿足產(chǎn)品的尺寸及性能要求。

2.改進(jìn)加工工藝方法探討

針對內(nèi)錐罩采用機(jī)加及鑄造成型方法存在的不足，我們對內(nèi)錐罩的沖壓方案進(jìn)行了不斷探索及試驗(yàn)，提出了如下工藝路線:下料→一次沖壓→退火→二次沖壓→退火→三次沖壓→退火→四次沖壓→淬火→時(shí)效→機(jī)加。由于受到?jīng)_壓次數(shù)、沖壓精度及生產(chǎn)成本等多因素的制約，經(jīng)四次沖壓后毛坯壁厚仍達(dá)到8～10mm，需對毛坯的內(nèi)、外形進(jìn)行機(jī)加才能滿足零件尺寸要求。采用該方案制造的內(nèi)錐罩，材料成本有明顯降低，但綜合成本較機(jī)加工方案并無優(yōu)勢。

隨著科技的發(fā)展和國防建設(shè)的需要，旋壓技術(shù)已得到廣泛的應(yīng)用。變薄旋壓工藝的成形過程是通過尾頂將毛坯夾緊，芯模帶動坯料旋轉(zhuǎn)，旋輪碾壓坯料作進(jìn)給運(yùn)動，使毛坯連續(xù)逐點(diǎn)地變薄并貼靠芯模而成為所需要的工件。該工藝方法適用于薄壁筒形件和錐形件的制造，且加工精度好，生產(chǎn)效率高。內(nèi)錐罩屬錐形件，采用的2A12材料塑性較好，金相組織均勻，有利于冷旋壓塑性變形。但該零件口部有一直臺，頭部為球頭過渡，僅通過旋壓加工難以實(shí)現(xiàn)。

綜合分析了沖壓及旋壓工藝的特點(diǎn)，結(jié)合其在錐形件加工中的應(yīng)用情況，根據(jù)內(nèi)錐罩的形狀、尺寸及性能要求，提出了采用旋壓、車削、沖壓拉伸相結(jié)合的工藝方案制造該零件，充分發(fā)揮旋壓及沖壓拉伸的優(yōu)勢。

3.改進(jìn)加工工藝設(shè)計(jì)

(1)下料 選4mm厚2A12鋁合金板，沖壓成φ163mm的圓片。

(2)預(yù)形件壓制 將圓片沖壓成如圖2所示預(yù)形件。

(3)一次旋壓 保證芯模徑向跳動不大于0.06mm，主軸轉(zhuǎn)速450r/min，旋輪進(jìn)給量0.08mm/r，控制壁厚尺寸2.25mm、錐體母線長度90mm， 圓 角SR9.15mm及角度尺寸 66°由芯模保證，如圖3所示。

(4)二次旋壓 保證芯模徑向跳動不大于0.05mm，主軸轉(zhuǎn)速450r/min，旋輪進(jìn)給量0.07mm/r，控制壁厚尺寸 (1.30±0.05)mm、錐體母線長度138mm，圓角SR9.15mm及角度尺寸38°由芯模保證，如圖4所示。

圖2

圖3

圖4

(5)三次旋壓 保證芯模徑向跳動不大于0.03mm，主軸轉(zhuǎn)速450r/min，旋輪進(jìn)給量0.06mm/r，控制壁厚尺寸0.85mm、錐體母線長度215mm，圓角SR9.15mm及角度尺寸23°±10'由芯模保證，如圖5所示。

(6)切口 將工件裝入定位轉(zhuǎn)軸，用內(nèi)錐面定位，芯模頂緊，切除工件口部，控制錐體母線長度213mm，如圖6所示。

(7)車球頭 工件以內(nèi)錐面定位，套在芯模上，擰緊鎖緊螺母，車球頭 SR10mm，保證球頭壁厚0.85mm，與錐體母線圓弧過渡，如圖7所示。

圖5

圖6

圖7

(8)沖壓拉伸直臺 內(nèi)錐罩拉伸模工作主體部分如圖8所示，在工件口部外表面涂抹適量拉伸油，放入凹模內(nèi)，在內(nèi)錐面套上壓料圈 (用于防止內(nèi)表面出現(xiàn)波浪形的皺紋)，開啟液壓拉伸油壓機(jī)，工件內(nèi)部材料受擠壓沿凸模形成內(nèi)直臺φ93.2+0.220mm及圓角R15mm，外部材料受縱向壓力沿凹模拉伸成外直臺φ94.9mm。

(9)車總長 借用圖6所示夾具，去除工件直臺多余部分，控制總長208.2+0.320mm，保證內(nèi)、外直臺長度15mm、15.1mm。

4.旋壓過程中的注意事項(xiàng)

(1)工件旋壓前須涂少量潤滑油;旋壓過程摩擦劇烈，必須采用柴油冷卻及潤滑工件，以免影響產(chǎn)品的直線度。

圖8

(2)注意觀察工件表面粗糙度，及時(shí)拋光旋輪表面，防止工件表面出現(xiàn)起皮、波紋等缺陷。

(3)如遇工件尺寸超差，須及時(shí)調(diào)整旋輪與芯模的間隙。

(4)靠模板必須與芯模軸線平行。

5.結(jié)語

采用旋壓、車削、沖壓拉伸等相結(jié)合的方法制造內(nèi)錐罩，是一種復(fù)雜的技術(shù)方案，實(shí)踐證明采用該方案能顯著節(jié)省材料，提高生產(chǎn)效率及零件質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，具有很強(qiáng)的先進(jìn)性、實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性，對類似薄壁錐形件的生產(chǎn)也具有一定的指導(dǎo)作用。