高温合金半管类零件成形工艺研究

侯洋

摘 要：本文以GH3030高温合金半管类异性曲面零件为例，通过对零件外形的分析，对材料性能的分析，对成形理论数据的分析，围绕高温合金材料拉形成形的工艺方法进行研究， 探索出此类零件的工艺方案和工装方案，以达到指导实际零件试制和生产的目的。

关键词：高温合金;拉形工艺;材料性能;工艺方案;

1 研究背景

高温合金半管类异性曲面零件（材料：GH3030冷轧+固溶，厚度：0.8mm），零件外形复杂，曲度大、存在凸凹曲面。零件成形后经严合焊接成为整体尾喷管，要求零件外形精度高。鉴于传统的落压成形方案存在的多种缺陷，亟待摸索一种适合此类零件成型的工艺方法。经分析现有的工艺能力和设备等基本因素，拉伸成形是一种适合的工艺方法，并展开相关技术研究。

2 拉形成形工艺分析

2.1 高温合金材料机械性能分析

高温合金（牌号GH3030）材料机械性能与硬铝（2A12-0）的对比，见表2-1-1。

2-1-1 机械性能对比表

可见高温合金（GH3030），屈强比：0.77与硬铝的比值相近，并且具有30%的延伸率。

2.2 高温合金半管类拉形成形工艺参数分析

1）拉伸系数：是指板料拉形后，变形最大的剖面处Lmax与原长度L0之比

KL=Lmax/L0≈Lmax/Lmin，是衡量零件变形程度参数

KL——拉形系数

Lmax——拉形后零件最大剖面的长度mm

L0——拉形前板料该剖面的原始长度mm

δL——拉形后板料在该剖面上的绝对伸长量mm

2）极限拉形系数是在拉形时，当板料濒临出现不允许的缺陷时（断裂、滑移线、出晶、橘皮等）的拉形系数，用Kmax表示

Kmax=1+

δL——为单向拉伸出现不允许的缺陷时的延伸率，表3-2-2

μ——摩擦系数，一般取0.1-0.15

n——材料的应变强化指数，表3-2-3

e——自然对数底，e≈2.718

a——毛料在模具上的包角

计算得出：高温合金Kmax=1.06

硬铝Lmax=1.04

1）拉形力和拉形速度

零件成形的拉形力按拉伸方向毛料的最大剖面积产生0.9σb计算

Pb=1.8Fσbsina/2=1.8x800x580xsin48=642968N

依据拉力的计算可选用FET-600，横向拉形机

拉形速度见表2-2-3，选用3.5-6mm/s

经过对高温合金材料（GH3030）机械性能的分析与硬铝的对比，高温合金与硬铝具有相近的屈强比，通过零件外形的分析并与假想硬铝材料下的零件进行对比，零件具有不高拉伸系数KL，说明零件的变形程度没有想象中的那么大，并且有硬铝相近的极限拉形系数Kmax。综上所知道，理论上采用拉形成形高温合金半管类零件是一种可行的工艺方案。

3 拉形试制中的主要缺陷

1）零件在拉形成形中，图3-1-1凹曲面区域存在大量褶皱;

2）零件拉形过程中，图3-1-1区域出现断裂现象;

3）零件拉形成形受到承压台宽度的限制，局部区域无法拉靠胎;

3.1 拉形试制缺陷原因的分析

1）材料在拉形过程中，沿着拉力的作用方向，拉伸变形是不均勻的，在脊背处材料的变形量最大。如果在脊背附近取一单位宽度的狭窄条带分析，那么当沿着钳口受拉时，必然要引起条带横向收缩，但是，由于受到两侧材料的牵制和摩擦的阻滞，横向收缩困难，应变基本为零，因此，条带处于一种双向受拉的应力状态和一拉一压的应变状态，所以产生褶皱，且无法排除;

1）图3-1-1中的凹曲面弦弧高达到20mm，当两侧易断裂区与模具接触并拉形后，凹曲面仍未进行拉形，材料流动量小，致使图示区域出现断裂，断裂区处在零件与余量区的交界处;

2）拉形成形的理想状态见图3-1-2所示，在拉形零件与模具贴合。

图3-1-1             图3-1-2

零件的钳口向模具方向移动，以起到充分拉伸的作用，减少零件的回弹量，受到承压台尺寸的限制，无法完成“理想”的拉伸状态，致使零件存在不靠胎的现象;

3.2 拉形试制缺陷的解决措施

1）经由对褶皱和拉裂的分析，对零件外形切割线的分析，采用“梯形料”进行拉伸成形，较少了拉形过程中横向材料的收缩，大量减少了褶皱的产生。梯形材料拉伸使得材料集中在凹曲面区域，断裂区材料无法对凹曲面才生横向拉力，同时解决了，褶皱和拉裂的缺陷;

2）制作窄承压台解决无法充分拉伸的问题，承压台的最小宽度为300mm。

3.3 改进方案后的试制

零件在蒙皮拉伸机上进行拉形成形，成功的解决了局部断裂和不靠胎的零件缺陷。凹曲面区域，由于曲率复杂仍存在较少的褶皱，但使用滚光轮和雅高收缩机的联合工作下，消除了褶皱，成功的完成了零件的加工。

结束语

高温合金（GH3030）半管类零件，采用拉形的成形工艺方案成形，打破了固有的仅能使用落压工艺的固有思维，它的成形质量远高于落压成形，它的加工周期远短于落压成形。从此次拉形成形的试制，为高温合金材料成形奠定了一个良好的开端，并为零件的成形提供了一个更好的工艺方案;

参考文献

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