高温合金冲压件翻孔成形工艺改进研究.pdf

文章编号：1672—0121(2014)Ol一0073—04 高温合金冲压件翻孑L成形工艺改进研究 姜立忠，王智田，王治国，肖新霞 (天津市津兆机电开发有限公司，天津300112) 摘要：GH536高温合金具有良好的热加工性能，但其在冷成形过程中易出现加工硬化现象。使用GH536 高温合金材料的高翻边孔冲压件在一般翻孔工艺成形过程中，会出现翻孔边缘开裂和翻孔竖边高度达不到 要求的问题。通过分析冲压件在一般翻孔工艺过程中产生以上问题的原因，对一般翻孔工艺进行改进，采用 先拉伸再冲孔后翻孔的新工艺。使用DYNAFORM软件模拟冲压件在新工艺条件下的翻孔成形过程，并根据 材料变形的特点及翻边孔的质量，确定翻孔工艺的新方案，解决高温合金材料的高翻边孔冲压件在翻孔成形 过程中孔开裂和翻孔竖边高度达不到要求的问题。 关键词：冲压成形；高翻边孔；翻边系数；GH536高温合金；DYNAFORM 中图分类号：TG386．41 文献标识ti-5：A 0引言 目前，航空、航天领域中大量采用钛合金、铝合 金、铁镍合金等新型合金材料，其中不同工作环境需 要相应条件下的高强度材料来保证整个设备的安全 运行。例如航空发动机燃烧室的部件，需要在高温高 压高氧化腐蚀的环境下工作，对材料的强度、耐高 温、耐腐蚀的性能有较高的要求。GH536是一种添 加了钴和钨的镍一铬～钼高温合金材料，在高温下具 有优秀的抗氧化性和高强度，有很好的抗应力腐蚀 开裂性。 GH536高温合金材料在900cC有中等的持久和 蠕变强度，热加工温度一般在1 100～1200oC，可在 900'(3下长期工作，瞬时工作温度可高达1080~12。在 实际生产中使用GH536高温合金材料翻孔成形时， 常会出现边缘破裂问题。使用CAE数值模拟技术能 够较为准确地计算材料在冲压成形中的流动情况， 从而准确得出应变分布和板料壁厚减薄情况。这就 为判断给定模具和工艺方案产生拉裂的可能性提供 了科学可靠的依据【lJ。本文主要针对这种高温合金使 用冲压模具翻孔成形时孔边缘开裂的问题(如图1 所示)，使用冲压件的成形极限图(FLD)作为高温合 金材料的-~,：tzgt基础1 对其翻孑L工艺进行改进。 1冲压件工艺分析 收稿日期：2013—07—31 作者简介：姜立忠(1969一)，男，工程师，从事板材冲压工艺及模具设 计、制造 图1高翻孔冲压件翻孔开裂 如图2所示工件为应用在航空发动机上带有高 翻边孔(竖边高度大于3倍料厚的翻孔称为高翻边 孔)的冲压件，该冲压件采用GH536镍基高温合金 材料(力学性能见表1)，材料厚度lmm，具有良好的 抗氧4-g和耐腐蚀性能。这种高温合金材料的热加_I 成形性和焊接性良好；但其冷成形加工成形难度较 大，加工硬化率大于奥氏体不锈钢；常温下其抗拉强 度达到725MPa，延展率&在35％左右，综合性能良 好。 由于这种高翻边孔冲压件的需求量较大，采用 热成形方法进行生产不仅加丁T艺复杂，而且难以 实现批量生产。使用级进模进行生产加工既能够简 化生产方式，大大提高生产效率，又能够降低生产成 本，提升投入产出比。该工件的结构简单，无尖角，能 够使用少废料排样，并且其误差尺寸处于较经济级 别，符合级进模的成形要求。高翻边孔冲压件的成形 T艺要求是翻孔边缘不能开裂或者有裂纹，且翻孑L 竖边高度要达到产品图的尺寸要求。 2一般翻孔工艺分析 2．1翻孔开裂原因分析 根据以往的经验，对于这种结构简单的高翻孔 冲压产品，通常采用冲孔一翻孑L的方法进行成形。毛 坯的预冲孔直径d ，的确定主要是依据翻孔成形前 毛坯的体积与翻孔后工件的体积相等的原则。如图 2所示的工件尺寸，由于毛坯翻孔前后的体积相等， 得到预冲孑L的直径为6ram。按照如上计算的工艺参 数设计出模具，通过试模发现，冲压件的翻孑L竖边开 裂严重(图1)，难以实现翻孑L成形。 冲压件翻孔竖边开裂主要是由于翻孔过程中孑L 边缘部分材料变形程度过大造成的。由翻边系数K= did， (其中：d 厂__预冲孔直径，d ～翻孔后竖边的 平均直径，通过产品图计算得出d =16．6ram)公式， 计算出经验设计的冲孔一翻孔成形方法中的翻边系 数K．=6／16．6=0．36。通过查阅冲压模具设计手册，高 温合金的极限翻边系数K O．61～0．57。由于K < ，造成冲压件在翻孔的过程中，孑L边缘部分变形 过大，远远超过材料的延展性l31，造成翻孔开裂严重。 2．2一般翻孑LT艺竖边高度及冲孔直径的确定 对GH536高温合金的翻孔冲压件(如图3所 示)进行翻孔T艺计算，通过如下公式计算翻孔的竖 边高度及预冲孔直径： do=d 一2(H一0．43r-0．72tf】) (1) H=(d， )／2+0．43r+0．72t0 (2) 图3翻孔冲压件的图示 由于翻边系数可以用毛坯预冲孔直径与翻边直 径之比 表示：K=do／d ，代入公式(2)化简得到： =(1一K)d，,／2+0．43r+0．72t() (3) 式中：D。——翻孔的 开口直径； 日——翻孔竖边高度； d 厂__预冲孔直径； d， 一翻孔中心线层直径； 厂一冲压件材料的厚度； r一翻孔竖边与凸缘部分的过渡圆角。 由于该冲压件对翻孔边缘的裂纹要求较严格， 其翻边系数K的取值要比K 大10％～15％，取K： 0．66。代人数据(图3)求得：翻孔高度日 =3．6mm，预 冲孔直径d。=1 1．62ram；将计算结果与产品规格要求 尺寸作对比得： (3．6mm)