燃气轮机转接段外套成形工艺研究

摘 要：本文论述了转接段外套的胀形工艺的确认过程及试制过程，分析了以往其它转接段外套的收口成形所产生的问题原因。确定合理的工艺方案、胀形参数；设计结构合理的模具并根据现场试验结果调整模具尺寸，加工合格的产品，为类似零件的生产提供经验。

关键词：胀形；延展率；模具；回弹

中图分类号：TH162 文献标识码：A

1 问题的提出

公司交付的6种转接段衬套与本文所选用的转接段外套形状和尺寸类似，装配于燃气轮机火焰筒。其外形、加工过程看似并未有难点，但是在实际的加工工程中由于其所采用的钣焊件材料与加工精度要求在以往的加工過程中应用的较少，从而导致在加工过程中未能针对性的采取合理的加工工艺来对其进行加工，导致加工质量、效率等都大打折扣。该零件成形后需要在小端采用车削加工并需要在零部件小端处于不规则外形的情况下保证壁厚大于3.81，由于零件的不规则对加工带来了较大的困难，只是壁厚超差和划痕现象较为严重，尤其是在R4.81根部，壁厚超差现象尤为突出。

2 研究对象和研究目的

选用我厂承制的法国EPE公司新型别转接段外套为研究对象，尝试使用胀形工艺来对工件进行加工，以应对上述加工难题。如果能够顺利使用胀形工艺来对工件进行加工则不但能够提高加工效率而且能够解决原先工艺所带来的工件表面划伤和和夹模问题。

3 成形工艺方案的制定

3.1 收口工艺技术分析

收口是利用模具将圆形筒件或管件由原先的直径缩小到所需要直径的一种成形方法，加工过程中使用较多的是整体凹模收口、分瓣凹模收口和旋压收口等几种加工方式，通过对工件进行分析本次采用整体凹模收口工艺来完成工件的成形加工。在对圆筒坯料进行冲压收口加工的过程中，待加工工件在外力作用在模具的作用下使得工件的端口部分受力而使得材料受力变形，工件在收到模具切向应力的作用下将会产生切向压缩变形，从而使得工件的材料在变形的过程中产生了高度和厚度方向的伸长应变，故工件的冲压收口加工主要是利用工件直径的缩小而导致的高度和厚度方面的变化。同时在冲压收口加工的过程中工件端口直径的缩小幅度不应过大，避免在变形的过程中因所受切应力过大而导致工件表面产生痕迹，同时过大的收缩量也会影响到非变形区，使之失稳定而产生完全变形，因此，在冲压收口加工的过程中需要对上述问题引起足够的重视。

3.2 冲压收口加工过程中在工件表面产生竖壁划伤和不垂直的原因分析

在冲压收口加工过程中，收口模为外部带支撑、内部自由式结构，工件在加工时会由于凹模R推压所产生的内倾弯矩，使得工件与凹模侧壁无法紧密的贴合，从而使得冲压收口加工后工件的外壁与工件的中心线的平行度出现一定的偏差。所以，需要添加一步校形工序，此道工序的特点是需要在收口模的基础上在下模增加了一个型芯，主要是为了使得工件与模型的贴口紧密。在加入校形工序后会使得工件的与模具之间的摩擦几率大幅增加，从而使得零件的变形区划伤现象较为严重，并对模具的圆角R造成一定的磨损，从而对后续的冲压校形产生严重的影响。同时，在零件的加工过程中，零件的斜壁的变形回弹也会对加工质量造成严重的影响。

3.3 转接段外套成形工艺改进的可行性

冲压成形工艺可根据工件的变形特点分为：压缩、拉伸和拉压成形等几种成形方式。上述所说的冲压收口加工属于压缩成形中的一种。胀形属于拉伸成形中的一种，其同样也能够实现工件的变形成形，因此，在传统加工工艺的基础上选用不同的成形加工，并利用其特点来改善工件在加工过程中变形区的应力状态，进而提高工件变形加工的质量与效率。胀形是冲压成形的基本工序，在胀形加工时，工件的塑性变形被限制在变形区范围内，外部的材料不会在加工过程中向变形区范围内移动，其中变形区外的材料的受力为两向或单向拉应力受力，在材料的径向方向受到的是收缩力的作用，从而使得整个工件在胀形加工中处于拉伸变形的状态。采用胀形加工的零件能够有效的避免冲压变形所带来的一系列问题，从而使得工件的加工质量大幅提升。相较于冲压收口加工，胀形加工避免了工件与模具之间的摩擦消除了冲压收口加工中所带来的划痕，同时有效减少了回弹所带来的问题，从而使得加工工序更为简单。

3.4 胀形工艺方案的确定过程

此零件所选用的材料为Hastelloy-X板料，冷轧，固溶后去氧化皮。其具有较高的高温抗氧化能力，且具有较好的成型与高温持久性能，在胀形加工的过程中，此零件小端内径为φ423.2mm，大端内径为φ441.2mm，初步确定胀形用毛料形状为内径为φ421mm的空心柱状。加工时不论材料处于何种应变状态，材料的破坏形式均为开裂，为提高加工后的零件表面质量以及胀形收缩时在轴向的10mm的修边量。因此，毛料宽度为150mm，板料的下料为长1340mm，宽140mm的长方形。

4 冲压参数及胀形过程

工件的胀形加工可以在多种压力机械上进行，可以采用刚模胀形、固体软模胀形、液压胀形、气胀成形与高能胀形等多种胀形方法。本厂选用的是钢模液压机胀形零件。在进行胀形加工时，首先使用设备顶杆将脱料板顶起至胀瓣向内收缩至最小；而后将Φ421的筒状坯料套装在胀瓣外周，其端面置于脱料板上；上模下行，上模板推压胀瓣，在中心锥的作用下，筒装坯料的直径被胀瓣逐渐胀大，直至贴模于凹模内型面；在进行加工模具的设计和制造时要注意确保加工精度以及凹模、脱料板、限位块能够实现良好的贴合。从而在加工中，将压力直接传递到下模板。完成加工后转动工件，使接缝位置处于胀瓣实体部位，再进行一次胀形冲程，取出零件完成冲压。

5 研制结果

胀形后加工相较于以往的工艺在效率与加工质量上都有着较大的提高。胀形加工解决了由于零件小端不直造成的后续车加工壁厚超差问题，有效地避免了零件的拉伤和夹模现象。参考此零件的成功经验，现所有批产的转接段外套都进行了改进，用胀形工艺替代了收口工艺，取得了良好的效果。

参考文献

[1]中国机械工程协会.《锻压手册》第2卷[M].北京：机械工业出版社.

[2]俞宝罗.合金钢与高温合金[M].北京：国防工业出版社，1986.

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