5A06铝合金筒体水压校形技术研究.pdf

铝合金筒体水压校形技术研究符书豪戈军委王聂龙张书权(贵州航天天马机电科技有限公司贵州 遵义)摘 要:某 铝合金筒体折弯件成形精度仅可达到直线度/全长 的工件精度不能满足使用要求 通过对水压校形技术的深入研究及分析采用理论计算、试验及数据分析相结合的方式完成了水压校形技术的初步研究有效地对工件的直线度及圆度进行了校形为类似的工艺提供技术参考关键词:铝合金筒体 水压校形技术 塑性应变 计算校核中图分类号:文献标识码:文章编号:():/.:引言近年来航空航天、军工、通讯、科学研究等领域对铝合金筒体结构件的需求日益增长同时也对铝合金筒体的高效批生产提出了更高的要求 但现行大多数工艺流程中精加工前会进行折弯成形及焊接等工序往往不能有效的保证所需精度例如在我公司的某型号 铝合金筒外径 壁厚 长 批生产过程中使用国内某锻压厂生产的数控折弯机折弯件成形精度仅可达到直线度/全长 的工件精度尽管进行了预弯处理两端仍有部分直边且折弯后还需对筒段进行焊接处理成形两者相加往往会造成大量工件超差报废情况为了解决上述问题除了可以使用与产品结构相适应的工装夹具等外还可以通过后处理校正的方式来解决 传统使用的热校形技术或者冷拉拔技术存在操作不便或者对工件表面存在损伤等缺点本文通过对水压校形技术的深入研究及分析采用理论计算、试验及数据分析相结合的方式完成了水压校形技术的初步研究有效对工件的直线度及圆度进行了校形可以为类似的工艺提供技术参考 研究内容.水压校形试验原理常见的塑性材料的应力应变曲线如图?0BDCFGCT1F?图 材料拉伸时的应力应变曲线根据材料应力应变曲线图可知 为材料的屈服点当应力超过 后试样发生明显而均匀的塑性变形若使试样的应变增大则必须增加应力值为材料的强度极限或抗拉强度 当应力达到 时试样的均匀变形阶段即告终止在 值之后试样开始发生不均匀塑性变形最后应力达到 时试样断裂 本文研究的铝合金筒的水压校形技术主要利用材料的均匀塑性变形阶段也就是当材料处于 段时对其进行校形此时外力施加给材料内部的应力处于(屈服强度)与(抗拉强度)之间用于本次试验的铝合金筒的材料为 铝合金其屈服强度、抗拉强度随温度的变化如表 所示表 铝合金在不同温度下的抗拉强度与屈服强度温度/屈服强度/抗拉强度/拉伸率/.水压校形工程计算根据上节因加热条件运用于工程实践中较为不便因此采用常温 时作为试验条件则 铝合金试件筒的某一个方向的应力值 应处于以下区间:()根据材料的第一强度理论:当材料长时间处于这个应力值时可能会造成材料的失效 故选择 最佳取值范围为:()图 为产品校形时内部受力示意图31S0图 产品校形时筒体内部示意图筒内压强为 筒体的长度为 时产生的轴向截面上的拉伸应力为 产生的周向截面上的拉伸应力为 根据筒内轴向力平衡公式:()且 ()()可得出轴向拉伸应力:()同样根据筒内周向力平衡公式:()()可得出周向拉伸应力:()比较公式()、公式()且/()所以 即:在加压的过程中筒体的周向先达到塑性屈服圆度先被内压校形筒壁完全贴合模具内腔时筒体圆度完成校形此时可以检查筒体的直线度若达不到指定要求可再进一步加压此时筒壁周向应力消失筒壁沿着母线方向发生均匀塑性变形保压一定时间筒体完成直线度校形 即在校形过程中可能存在两个过程:阶段一筒壁周向发生塑性变形阶段二筒壁母线方向发生塑性变形这两个过程所需施加的压力是不同的需要分别计算校核阶段一:筒壁周向先产生塑性变形也就是说筒壁周向的应力 处于:()公式()、公式()并带入试件外径 内径 可得此时筒体内部介质的压力:.也就是说最后筒体内部介质压力维持在 左右阶段二:筒壁母线方向发生塑性变形即筒壁沿着母线方向的应力:()根据公式()、公式()可得此时筒体内部介质的压力:.即筒体最后可维持压力在 左右.校形流程简介根据上节计算设计了如图 所示的校形过程主要步骤装配、密封:铝合金筒体两端与一定厚度的法兰盘通过焊接连接在一起法兰与钢制密封门通过两瓣连接块固定两瓣连接块通过螺栓进行紧固 C图 校形流程示意图注介质:可在一侧密封门进行开孔当装配完成后可将介质水注入密封筒体加压、保压():可在注入介质孔的门再开孔与外部的加压进行连接首先将筒体内部压力缓慢加载到 维持该压力观察筒体周向形状变化加压、保压():待到筒体周向完全与模具贴合再维持.的压力一定时间(最终保压时间可通过实验获得)之后缓慢将筒体内部介质压力加载到 维持该压力(保压时间可通过最终实验获得)注意观察筒体母线方向的变化泄压、卸载:可在另一侧的密封门上开孔校形完成后加压装置缓慢卸载压力之后将筒体内部介质排出取出产品并割掉不被模具包覆的筒体检查剩余筒体的尺寸以及直线度、圆度等.硬件系统基于 铝合金筒体校形流程设计了包含了由校形工装、加压装置及传压介质组成的硬件系统校形工装:基于 铝合金筒体校形流程设计了如图 所示的高强度的校形工装主要由两块半圆模胎、连接件、紧固件、法兰封头等组成图 校形工装加压装置:由于我们采用水作为传递压力的介质采用给水增压的装置是电动试压泵:它具有升压速率快、调节精度高、最大排出压力大以及维持压力稳定性较好的优点最大可提供 水压传压介质:一般常用传递压力的介质有水、空气、液压油等空气具有很大压缩性从安全方面考虑不予采用水和液压油的压缩性很小但是输入、校形等过程中免不了会出现渗漏而水相对于液压油来说更环保即使渗漏也不会对周围环境造成污染故本次试验选用水作为传压介质 至于输入系统可通过阀门直接与自来水管道接通校形工装为整个硬件系统中关键所在因需要向内注较高水压因此其本身结构刚强度及密封紧固件强度计算校核也较为重要()密封硬件本实验工件为圆柱型筒体考虑需要对其进行密封拟采用在其两端焊接工艺法兰配合橡胶垫与钢制门用螺栓进行密封密封结构如图 所示 f&0 4图 筒体密封示意图筒体与工艺法兰通过锁底焊接连接在一起工艺法兰与钢质门通过橡胶垫、螺栓进行密封、紧固由图 可知采用 颗.级的 的螺栓进行紧固螺栓组载荷 可以根据工艺法兰的内径 和筒体内部介质最大压力 得到:.().每个螺栓的轴向载荷.为了容器的紧密性在充入介质后螺栓所需残余预紧力:()式中系数 可由表 获得表 受轴向力紧螺栓所需残余预紧力系数 一般连接为变载荷为冲击载荷压力容器或重要连接.按表 残余预紧力为:.()螺栓所受总载荷 和预紧力 可由以下公式求得:()()()在式()、式()中 为螺栓连接的相对刚度可由表 得出表 螺栓连接的相对刚度垫片材料金属(或无垫片)皮革铜皮石棉橡胶 值.在此采用金属垫片 .故每个螺栓所受总载荷:.()每个螺栓的预紧力 为:()()螺栓的强度校核可按照下式进行:.()()其中:为螺栓所受总载荷为.为螺纹小径为.为螺栓屈服强度为 为安全系数取.经计算.满足强度要求()校形工装保型模胎工程计算校形工装保型模胎的剖视图如图 所示水压通过内径为 的铝合金外壁传递到保型模胎的内壁上当筒壁与保型模胎贴合时保型 图 保型模胎的剖视图模胎会限制筒壁继续周向扩张在这个过程中保型模胎需保证处于正常、安全的工作状态 设保型模胎壁所处应力为 即:.()取.倍正常工作压力为安全裕度铝合金容器壁忽略不计则:()其中.为保型模胎器壁材料的屈服强度这里采用 材料其屈服强度为 为保型模胎器壁有效厚度 为水压作用内径为.(.).取保型模胎有效壁厚为 试验情况根据上节的计算、校核生产制造了一套筒体校形工装如图 所示图 校形工装并进行了如图 所示的水压校形试验图 校形验证试验根据本次试验用 筒全长 如图 所示取 个记录点记录校形前后的直线度圆度变化以反映校形效果#$%&图 筒取点示意图记录如表、表 所示校形前所选取点最大圆度为 直线度为 而校形后最大圆度为 直线度为 结果说明校形对工件圆度及直线度有较为明显的校正作用效果较为理想表 试验筒校形前后圆度检测记录表(单位:)记录点校形前校形后.表 试验筒校形前后直线度检测记录表(单位:)记录点校形前 校形后校形前 校形后校形前 校形后校形前 校形后.校形前直线度与圆度均不能满足产品筒形位精度的要求但校形后产品形位精度基本可以满足要求校形作用明显 存在的问题及解决措施()试验筒不能顺利装入模胎由于试验筒为中空结构需焊接两个端面法兰实现密封但焊接时采用的为熔焊焊缝处高于筒外径导致两端卡在半圆模胎外不能顺利装入模具如图 所示为了解决此问题需对熔焊高出部分进行打磨打磨完成后整个筒能够顺利装入同时为了避免今后出现同样问题在焊接完成后利用环缝工装可对筒段两端及端面法兰进行加工 型坡口保证熔焊焊丝不会高出筒段外径解决卡工件问题()打压过程漏水密封性欠缺图 所示在打压保压的过程中由于打磨了两头焊缝在打磨处存在一点泄漏致使在保压的过程中压力慢慢减少可能会影响校形效果 图 熔焊高出 图 打压过程 部分示意此时可以通过在保压过程中不断加压实现筒内水压的动态平衡可解决此问题 同时由于更改了工艺在后续产品中不会再出现此问题 结果及讨论.结果)解决了在铝合金筒、箱体成形制造过程中由于加工带来的精度降低不能满足要求的问题使工件的报废率大大降低)克服了原拉拔校形等传统工艺易在工件上留下痕迹、存在安全隐患等缺点且水压校形的效果更好.讨论由于水压校形需对两端进行密封现可通过焊接密封法兰实现但此工艺较为复杂校形完成后还需进行切割效率有待提高 故还需对两端密封技术进行进一步的研究若能开发一种快速装配、拆卸的密封结构此技术则可完全用于铝合金筒、箱体的批生产中参考文献 井溢涛.数控折弯机折弯精度改进措施分析.济南:齐鲁工业大学.袜机行针盘离子注入改性研究张法光向 恒韩洪雄(.贵州省机电研究设计院贵州 贵阳.贵州航天电器股份有限公司贵州 贵阳)摘 要:针对采用 材料制造的袜机行针盘在使用过程中磨损严重的问题采用氮离子注入方法对其进行表面改性强化结果表明:氮离子注入可以提高行针盘表面硬度对维氏硬度 与载荷 进行了非线性拟合拟合函数为.()()离子注入过程中产生的热量会导致行针盘温度升高增加行针盘的变形量行针盘表面沟壑得到改善呈现较好的一致性关键词:离子注入 行针盘中图分类号:文献标识码:文章编号:():.().(.).:引言袜子在编织过程中当袜身编织完成并进入下一只袜身的编织工序时需通过袜机的转移装置将袜子转移至缝头装置进行缝头而行针盘就是袜机转移装置的重要组成部件 转移装置的线圈钩针沿着行针盘上的凹槽进行往复的径向伸缩运动过程中需要将编织钩针上的袜子转移至缝齿针上其运行精度直接关系到转移装置的运转功效和缝头工序的质量而行针盘就是控制线圈钩针运行精度的关键部件 但是线圈钩针在长期往复的伸缩运行中行针盘极易发生磨损而线圈的重新定位调试又极 孔谅俞海良金鑫等.精密结构件焊接形位精度质量的定量分析方法.焊接学报():.唐喜媛陈强朱硕迪等.工艺装备制造超差控制与改进研究/中国航空工业技术装备工程协会.年中国航空工业技术装备工程协会年会论文集.:.管静静高宏波马瑞.厚壁大尺寸高温合金筒形件热校形工艺方法研究/中国科协航空发动机产学联合体.第五届空天动力联合会议暨中国航天第三专业信息网第 届技术交流会论文集:第四册.:.井溢涛.数控折弯机折弯精度改进措施分析.济南:齐鲁工业大学.王祝堂田荣璋.铝合金及其加工手册.版.长沙:中南大学出版社:.基金项目:贵州省工信厅项目:黔财工 号作者简介:符书豪()男工程师研究方向:机械结构设计与工艺研究收稿日期: