旋臂鉚接工藝及模具設計范文

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【摘要】

通過對旋臂組合件進行工藝性分析，設計了鉚接模具，加工試驗后，對鉚接模具進行了改進、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。

關鍵詞：

旋臂；鉚接；壓鉚；模具設計

1引言

航空發動機旋臂類結構件，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鍵。圖1為某旋臂組合件，是用于連接航空發動機中聯動環與可調靜子葉片的關鍵傳動部件，其制造質量精度對動力傳遞和動作準確性都有非常大的影響。設計要求鉚接后保證銷軸直徑公差為0.01mm，銷軸對基準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，鉚釘發生塑性變形，鉚釘桿膨脹、變粗，這種膨脹對孔產生壓力，使得孔徑擴張。鉚釘頭形成鐓頭的過程，對鉚接完成后的鉚接變形以及鉚接結構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趨勢[1~2]：設鉚接上、下模具為剛體，鉚接過程中上模具對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點流動方向，則是金屬質點由橫截面的中心向四周的放射線流動。分析金屬塑性成形中質點的流動規律可以應用最小阻力定律，在塑性成形中，當金屬質點有幾個可能移動的方向時，它向阻力最小的方向移動。如圖2b所示，上模具作用于坯料端面的摩擦力為f，因為接觸面上的質點向自由表面流動的摩擦阻力和質點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，金屬質點必然沿著這個方向流動。

2.2鉚接工藝分析由圖1可知，要實現銷軸與旋臂臂板的鉚接結合，銷軸托板底部必須支撐，其次，作為鉚接的主支撐點，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模具結構設計

3.1模具結構及工作過程原鉚接模具結構見圖3所示。模具由上、下兩部分構成。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、調節螺釘14組成。模具各部件的連接依靠螺釘和銷釘，模具導向裝置為導柱和導套，模具安裝導正裝置為模柄。模具的工作過程：沖床上平臺上行，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，調節調節螺釘14，使旋臂組合件達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，隨著滑塊繼續下行，銷軸頭部敦粗，實現鉚接，滑塊上行，模具分開，取出零件，鉚接工序結束。

3.2模具設計要點（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，需安裝調節機構14，以保證旋臂與銷軸的垂直度。（4）由于制件精度高，導向需使用滾珠導向裝置。（5）為了保證后期調整方便，銷軸底部支撐為可調節頂銷加頂桿結構支撐，頂銷7采用CrWMn，淬火硬度58～60HRC。

4加工試驗及改進

4.1鉚接試驗在250kN沖床上進行了鉚接試驗，對試驗數據進行統計后發現：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，則長度縮短，于是產生托板根部向下運動，如果變形量超過材料的塑性極限，就產生裂紋，即托板根部斷裂。

4.3模具結構改進在原始壓鉚模具（見圖3）中凹模6、頂銷7、墊板8、頂桿9、凹模板10、墊塊11組成的凹模結構中，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，沖鉚試驗后發現銷軸部分有增粗和托板根部產生斷裂的現象，該結構模具不能解決鉚接“鐓粗”和托板根部斷裂的問題。改進后鉚接模具結構如圖4所示。為防止制件壓鉚時銷軸尺寸鐓粗，新模具中重新設計凹模組件結構，改變凹模定位及夾緊結構，將凹模6改進為分瓣凹模鑲嵌件結構，增加凹模鑲嵌件鎖緊機構，即增加鎖緊扳手7、螺母8、鎖緊頂桿9，方便制件裝卸，當裝配制件后，扳動鎖緊扳手7轉動鎖緊頂桿9，使凹模鑲嵌件組成一個剛體緊緊“抱住”銷軸15，利用“抱緊”產生的巨大摩擦力來緩鉚接鐓粗力，使銷軸不產生彎曲及增粗變形，這樣解決銷軸在鉚接過程中增粗問題。去掉原結構（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銷軸向下運動，解決鉚接過程銷軸托板根部斷裂現象。采用新結構模具進行了試驗，對試驗結果進行統計，沖鉚前后使用精度為0.001mm的杠桿指針千分表測量銷軸直徑增大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加工中注意事項凹模鑲嵌件墊塊為易磨損件，長期使用，墊塊表面會形成凹坑，造成銷軸底部懸空，銷軸托板頸部變形嚴重時，會產生托板斷裂。此時可更換墊塊，確保銷軸底部被有效支撐。

5結論

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鐓粗變形量，能夠滿足鉚接工藝設計要求。

參考文獻

[1]呂炎.鍛造工藝學[M].北京：機械工業出版社，1995.

[2]田文明.以沖鉚替代旋鉚的工藝設計[J].模具制造，2007，（5）

作者：盧海濤 石曉東 黃青松 單位：沈陽黎明航空發動機（集團）有限責任公司