提高窄面冲点收口可靠性工艺研究

张怡娜　何东　付移风　南小侠

摘 要：冲点收口是航空发动机油泵产品中一种重要的零件组合方式，冲点变形不足、位置偏移和冲点裂纹是冲点收口质量不可靠的主要因素。通过分析材料在挤压受力情况下局部材料的滑移、颈缩和间隙压缩的特点，计算冲点与收口孔的有效距离;根据收口可靠性对孔口材料变形量的要求，研究计算合理的冲点孔参数，优化设计冲刀结构及尺寸，并进行试验实验，实验结果表明：本文研究的冲点收口工艺方法有效提升了收口可靠性。该方法可广泛应用于杠杆拨叉类小型零（组）件的冲点收口加工，为其他类型零件的冲点收口加工工艺提供了参考。

关键词：冲点锁紧;收口失效;滑移变形;双头冲刀

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

0 引言

航空发动机附件产品中零（组）件的冲点锁紧收口组合是一种重要的组合方式，在杠杆拨叉类小型零件组合过程中应用非常广泛，对产品性能有着重要的影响。目前在收口质量提升方面研究较多的是柱塞类零件的收口研究[3]，主要以滚压的方式进行收口。对于冲点收口由于操作简单，所以一直没有引起大家的重视，参考资料欠缺，但多起冲点收口质量问题造成的销子脱漏产品调试失败，甚至质量事故，说明冲点收口可靠性研究已经刻不容缓。

冲点锁紧一般应用于间隙配合的圆柱销与孔的组合、衬套与衬套孔的组合、顶针座与孔的组合等多类型的组合中，通过在孔的边缘冲锥形盲孔，将孔口挤压变形使销子、衬套等无法沿轴向从孔口脱漏或滑出。为了找出造成冲点锁紧失效的原因，对多项故障件进行分析研究发现，导致锁紧失效的主要原因是冲点变形不足、位置偏移和冲点裂纹。

1 冲点锁紧工艺分析

图1是典型的冲点组合结构，分别在对称两面孔口处冲两点，使孔口变形把与孔间隙配合的销子锁紧，保证滚轮在工作时销子受力后不会沿轴向脱漏或滑出。目前，少有资料对冲点的位置、深度、大小等参数进行研究和规定，所以冲点加工完全凭借操作者的手感和经验完成，冲点位置、变形量等参数一致性差。通过研究金属材料中多晶粒的滑移变形现象和晶粒间隙缩放特点，分析出冲点收口失效的主要因素是冲点偏移、孔口变形量不足和孔口裂纹三方面，导致这些问题的原因：

（1）零件环形冲点面窄，冲点距内孔边距离过大，冲点周边材料沿法向首先向圆柱外侧扩展，造成冲点偏移，或由于周围材料较厚，晶粒間隙被大量压缩，造成变形损失量大，孔内侧材料无变形或变形不足锁紧失效。

（2）裂纹产生的原因是变形侧材料厚度不足，主要有三方面：一是冲点距内孔边缘距离过小变形材料不足;二是冲点过深或冲刀角度过大造成冲点孔孔径过大;三是冲压导致材料向表面滑移堆积，在冲另一面面定位挤压时产生二次变形，致使冲点口拉裂。

2 冲点参数的确定

2.1 确定形状尺寸参数

冲点的形状一般为圆锥形，尺寸参数包括孔口直径、深度和锥顶角角度。由销子和孔的最大配合间隙0.01mm和销子倒角0.5×45°，可计算出两个冲点沿孔径向的变形量≥0.43mm时锁紧有效，为避免冲压力过大造成零件变形，所以冲点深度一般控制在（0.6±0.1）mm，所以孔壁的变形量计算公式为：

δ=h·tan

其中δ、h和α分别是变形量、冲点的深度和锥顶角角度。由于δ=0.43mm，h=（0.6±0.1）mm，计算可知α≈70°。

2.2 确定位置尺寸参数

根据冲点与内孔中心的距离，孔壁塑性变形有三种状态：双边变形、内侧变形和外侧变形。刀具在挤压材料时，周围材料的抗变形能力与其厚度是正向增长，刀具向抗变形能力低的一侧滑移，所以当冲点距孔心距离≥时，外侧圆柱壁易变形，冲点距孔心距离<时，内侧孔壁易变形，可知冲点应与孔心距离在r至范围内，其中R和r分别是图1中外圆柱和内孔半径。经过对1批次10件材料为35CrMnSiA调质后的某型杠杆拨叉组件进行冲点加工试验，在环形面上距孔中心尺寸在至r范围内分别取8个不同的点进行冲点，统计内孔孔口变形量、变形材料厚度及冲点口质量状态，形成冲点位置对材料变形影响数据统计表表1，数据表明：冲点距孔边的距离在（2.07～1.87）mm范围内时，保证变形量的同时有足够的材料厚度，且冲点口质量完好。

3 冲刀结构及冲点加工工艺优化

3.1 刀结构优化

按照冲点锥孔的锥顶角角度70°设计冲刀刀尖尺寸;为保证冲点位置尺寸，增加一组刀尖为60°的小角度冲刀，进行位置定点。冲点加工多为手工操作，为了降低人为因素对冲点位置尺寸的影响，在冲刀杆上增加定位面，使其通过定位工装与零件形成确定的位置关系，保证刀杆轴与零件孔轴线重合，来控制冲点与零件孔心距离的精确度和一致性。在冲刀杆上增加图2中轴向可调的定位螺母，保证冲点深度尺寸精度和一致性。为提高加工效率，将冲刀单冲头改为图2中的双冲头，同时保证了冲刀受力稳定，防止冲点偏斜。

3.2 冲点加工工艺优化

为避免冲点时，在冲压压力作用下悬空槽臂变形;为防止用第一面定位时，对冲点处堆积的材料挤压，冲点孔口二次变形，造成材料拉裂;同时为降低人为因素对冲点位置及变形量稳定性的影响，对加工工艺流程进行以下优化：

（1）冲点前选塞合适的U形垫片填充槽间间隙，改善槽臂悬空的结构，防止零件槽变形;

（2）冲点分粗、精两次加工完成，粗加工选用60°小角度冲刀，固定冲点位置，形成孔口基本变形，再用70°大角度冲刀进行精加工，保证孔口最终变形尺寸;

（3）去除第一面冲点处毛刺，即冲点时滑移到上表面的材料，防止用该面定位时，毛刺对冲点口挤压造成孔口拉裂;

（4）按（1）到（3）流程加工另一面冲点。

优化后流程：

4 总结

本文中冲点锁紧可靠性工艺研究是理论计算与大量试验验证相结合，针对杠杆拨叉类零件窄小平面的冲点收口工艺方法。按照该方法对3个批次共150余件零件进行加工验证，结果表明这种工艺方法及刀具结构能稳定提升杠杆拨叉类零件窄小型面冲点锁紧的可靠性，也为其他类型零件的冲点收口加工工艺提供参考和思路。

参考文献：

[1]吕炎.塑性成形件质量控制理论与技术[M].国防工业出版社，2013.

[2]黄健求，楼应侯，朱从容.机械制造技术基础[M].北京：机械工业出版社，2005.

[3]朱春江，刘彦超.航空发动机柱塞滑靴收口方式技术革新[J].航空制造技术，2015（12）.

[4]丁亚昕，贺颖相，花炜.基于有限元仿真的轴承收口拉脱力估算[J].机械工程与自动化，2017（03）.

[5]刘兵，何国球，蒋小松.材料疲劳寿命的影响因素[J].材料导报，2011（09）.

作者简介：张怡娜（1986-），女，陕西西安人，本科，工程师，研究方向：航空发动机燃油附件零组件高效加工及收口工艺。