旋臂鉚接工藝及模具設(shè)計(jì)范文

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【摘要】

通過對(duì)旋臂組合件進(jìn)行工藝性分析，設(shè)計(jì)了鉚接模具，加工試驗(yàn)后，對(duì)鉚接模具進(jìn)行了改進(jìn)、完善，解決了鉚接敦粗、托板根部斷裂的問題，滿足了制件鉚接加工要求。

關(guān)鍵詞：

旋臂；鉚接；壓鉚；模具設(shè)計(jì)

1引言

航空發(fā)動(dòng)機(jī)旋臂類結(jié)構(gòu)件，一般由旋臂臂板和銷軸鉚接組成，其鉚接工藝精度要求高，尤其是鉚接過程中的變形量控制是鉚接工藝的關(guān)鍵。圖1為某旋臂組合件，是用于連接航空發(fā)動(dòng)機(jī)中聯(lián)動(dòng)環(huán)與可調(diào)靜子葉片的關(guān)鍵傳動(dòng)部件，其制造質(zhì)量精度對(duì)動(dòng)力傳遞和動(dòng)作準(zhǔn)確性都有非常大的影響。設(shè)計(jì)要求鉚接后保證銷軸直徑公差為0.01mm，銷軸對(duì)基準(zhǔn)A面的垂直度為ϕ0.1mm。

2鉚接工藝分析

2.1鉚接過程變形原理鉚接過程類似于自由鍛造過程，實(shí)際上就是在外力的作用下，鉚釘頭形成鐓頭的過程，也就是利用鉚接壓力使得銷軸高度減小而直徑增大形成鉚頭的過程。由于受到外力作用，鉚釘發(fā)生塑性變形，鉚釘桿膨脹、變粗，這種膨脹對(duì)孔產(chǎn)生壓力，使得孔徑擴(kuò)張。鉚釘頭形成鐓頭的過程，對(duì)鉚接完成后的鉚接變形以及鉚接結(jié)構(gòu)的疲勞性能等都有很大影響。圖2為鐓粗過程示意圖，分析了鉚釘頭鉚接過程金屬流動(dòng)趨勢(shì)[1~2]：設(shè)鉚接上、下模具為剛體，鉚接過程中上模具對(duì)鉚頭坯料施加鉚接力F，上、下模具與鉚頭坯料接觸面之間存在摩擦力f，則坯料在鉚接沖壓力和摩擦力的作用下，坯料高度縮短，橫向增粗，而且在形成鉚頭過程中是坯料中部體積增大速度快于坯料的端部，這就是摩擦力的作用，形成腰鼓形，所以，如果用坯料橫向截面表示金屬質(zhì)點(diǎn)流動(dòng)方向，則是金屬質(zhì)點(diǎn)由橫截面的中心向四周的放射線流動(dòng)。分析金屬塑性成形中質(zhì)點(diǎn)的流動(dòng)規(guī)律可以應(yīng)用最小阻力定律，在塑性成形中，當(dāng)金屬質(zhì)點(diǎn)有幾個(gè)可能移動(dòng)的方向時(shí)，它向阻力最小的方向移動(dòng)。如圖2b所示，上模具作用于坯料端面的摩擦力為f，因?yàn)榻佑|面上的質(zhì)點(diǎn)向自由表面流動(dòng)的摩擦阻力和質(zhì)點(diǎn)與自由表面的距離成正比，因此距離自由邊界越短阻力越小，金屬質(zhì)點(diǎn)必然沿著這個(gè)方向流動(dòng)。

2.2鉚接工藝分析由圖1可知，要實(shí)現(xiàn)銷軸與旋臂臂板的鉚接結(jié)合，銷軸托板底部必須支撐，其次，作為鉚接的主支撐點(diǎn)，銷軸底部必須支撐，所以，為了防止銷軸彎曲變形，銷軸直徑方向必須限制。

3模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1模具結(jié)構(gòu)及工作過程原鉚接模具結(jié)構(gòu)見圖3所示。模具由上、下兩部分構(gòu)成。上部分主要由凸模2、上模座3、固定墊板4、固定板5組成；下部分主要由凹模6、頂銷7、墊板8、頂桿9、凹模板10、墊板11、下模座12、調(diào)節(jié)螺釘14組成。模具各部件的連接依靠螺釘和銷釘，模具導(dǎo)向裝置為導(dǎo)柱和導(dǎo)套，模具安裝導(dǎo)正裝置為模柄。模具的工作過程：沖床上平臺(tái)上行，模具打開，將制件銷軸插入旋臂臂板孔中，將旋臂組合件裝入凹模6中，調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)螺釘14，使旋臂組合件達(dá)到理想擺放高度位置，沖床滑塊下行，凸模2首先與銷軸頭部接觸，隨著滑塊繼續(xù)下行，銷軸頭部敦粗，實(shí)現(xiàn)鉚接，滑塊上行，模具分開，取出零件，鉚接工序結(jié)束。

3.2模具設(shè)計(jì)要點(diǎn)（1）凸模、凹模采用CrWMn，淬火硬度58～60HRC。（2）為方便鉚接工藝過程裝入銷軸，需要銷軸與凹模孔之間留有間隙，本文銷軸鉚接前直徑與凹模孔間留有0.01～0.016mm的單邊間隙。（3）為了保證鉚接后的垂直度，旋臂需水平擺放，需安裝調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)14，以保證旋臂與銷軸的垂直度。（4）由于制件精度高，導(dǎo)向需使用滾珠導(dǎo)向裝置。（5）為了保證后期調(diào)整方便，銷軸底部支撐為可調(diào)節(jié)頂銷加頂桿結(jié)構(gòu)支撐，頂銷7采用CrWMn，淬火硬度58～60HRC。

4加工試驗(yàn)及改進(jìn)

4.1鉚接試驗(yàn)在250kN沖床上進(jìn)行了鉚接試驗(yàn)，對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)后發(fā)現(xiàn)：①銷軸增粗0.03～0.05mm；②垂直度max0.39mm；③鉚接后銷軸托板根部存在斷裂。

4.2問題分析增粗和托板根部斷裂產(chǎn)生的原因是由于裝卸制件要求銷軸鉚接前直徑與凹模孔間留有0.01～0.016mm的單邊間隙，在鉚接成形的過程中體積變化，銷軸直徑增粗，則長(zhǎng)度縮短，于是產(chǎn)生托板根部向下運(yùn)動(dòng)，如果變形量超過材料的塑性極限，就產(chǎn)生裂紋，即托板根部斷裂。

4.3模具結(jié)構(gòu)改進(jìn)在原始?jí)恒T模具（見圖3）中凹模6、頂銷7、墊板8、頂桿9、凹模板10、墊塊11組成的凹模結(jié)構(gòu)中，為了保證鉚接前后裝卸零件方便，凹模6與銷軸15之間留有0.01～0.016mm的間隙，沖鉚試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)銷軸部分有增粗和托板根部產(chǎn)生斷裂的現(xiàn)象，該結(jié)構(gòu)模具不能解決鉚接“鐓粗”和托板根部斷裂的問題。改進(jìn)后鉚接模具結(jié)構(gòu)如圖4所示。為防止制件壓鉚時(shí)銷軸尺寸鐓粗，新模具中重新設(shè)計(jì)凹模組件結(jié)構(gòu)，改變凹模定位及夾緊結(jié)構(gòu)，將凹模6改進(jìn)為分瓣凹模鑲嵌件結(jié)構(gòu)，增加凹模鑲嵌件鎖緊機(jī)構(gòu)，即增加鎖緊扳手7、螺母8、鎖緊頂桿9，方便制件裝卸，當(dāng)裝配制件后，扳動(dòng)鎖緊扳手7轉(zhuǎn)動(dòng)鎖緊頂桿9，使凹模鑲嵌件組成一個(gè)剛體緊緊“抱住”銷軸15，利用“抱緊”產(chǎn)生的巨大摩擦力來緩鉚接鐓粗力，使銷軸不產(chǎn)生彎曲及增粗變形，這樣解決銷軸在鉚接過程中增粗問題。去掉原結(jié)構(gòu)（見圖3）中的頂銷7、頂桿9，將舊模具墊板8、凹模板10合并為一體新模具凹模鑲嵌件墊塊11，其中墊塊和凹模鑲嵌件分界處為銷軸的底端面，這樣可以限制鉚接時(shí)銷軸向下運(yùn)動(dòng)，解決鉚接過程銷軸托板根部斷裂現(xiàn)象。采用新結(jié)構(gòu)模具進(jìn)行了試驗(yàn)，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，沖鉚前后使用精度為0.001mm的杠桿指針千分表測(cè)量銷軸直徑增大max0.008mm，銷軸直徑公差帶0.001～0.006mm，采用量具測(cè)量沖鉚后銷軸垂直度0.02～0.09mm，滿足制件尺寸精度要求，且鉚接后取件容易。

4.4加工中注意事項(xiàng)凹模鑲嵌件墊塊為易磨損件，長(zhǎng)期使用，墊塊表面會(huì)形成凹坑，造成銷軸底部懸空，銷軸托板頸部變形嚴(yán)重時(shí)，會(huì)產(chǎn)生托板斷裂。此時(shí)可更換墊塊，確保銷軸底部被有效支撐。

5結(jié)論

分瓣式凹模鉚接模具方案，可以有效地控制旋臂銷軸在鉚接時(shí)鐓粗變形量，能夠滿足鉚接工藝設(shè)計(jì)要求。

參考文獻(xiàn)

[1]呂炎.鍛造工藝學(xué)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1995.

[2]田文明.以沖鉚替代旋鉚的工藝設(shè)計(jì)[J].模具制造，2007，（5）

作者：盧海濤 石曉東 黃青松 單位：沈陽黎明航空發(fā)動(dòng)機(jī)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司