高温合金构件翻孔成形工艺改进研究

GXF360 2019-11-03

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高温合金具有优异的高温强度，良好的抗氧化、抗热腐蚀性能和良好的疲劳性能、断裂韧度等综合性能，主要用于制造航空、舰艇的高温部件及航天飞行器、火箭发动机等能量转换装置。

翻孔结构是具有与板面垂直的竖起凸缘的孔，可减小重量，增加结构的刚度。然而，由于高温合金具有较高的变形抗力，成形难度非常大，如附表所示。对具有一定高度的翻孔构件，传统的成形方法为采用刚性的凸凹模结构，模具制造精度高；对于较高的翻孔构件，采用拉深→冲底孔→翻孔的方法，要求多套高精度配合的成形工装，多道复杂成形工序，由此造成了高温合金翻孔构件加工难度、制造成本和生产周期的增加。

基于以上原因，研究提出了采用聚氨酯橡胶作为柔性凸模，通过使板材产生切向拉伸变形而成形的工艺方法。

1. 高温合金构件翻孔成形工艺分析

（1）翻孔成形过程分析。根据高温合金材料性能，成形过程应遵循“坯料变形区受拉应力作用产生伸长变形，并避免受压应力作用产生压缩变形”的原则。因此制定翻孔成形的变形过程为先在坯料上制预制孔，然后直接翻孔，如图1所示。

此翻孔过程中，坯料的外径不受应力作用不产生任何形变，即D0保持不变。翻孔变形区受双向拉应力作用，沿切向产生拉伸变形直至内径d达到翻孔后直径D。

图1 翻孔尺寸

（2）翻孔成形极限因素。翻孔成形过程中预制孔直径d在变形过程中会逐渐变成D，产生最大变形量，厚度变薄最严重，因此翻孔时边缘是否破裂是判断翻孔成形能否顺利进行的主要参数。最大变形程度（也称翻孔系数K）与多种因素有关，但在实际生产运算中，可用最大延伸率δ近似估算极限翻孔系数，通过预制孔的变形程度初步判断是否会发生破裂缺陷，公式如下：

高温合金材料性能对翻孔成形加工的影响表

高温合金材料性能对翻孔加工相应的影响拉深过程中凸缘容易起皱为防止起皱而施加的压边力会引起圆角拉伸断裂变形后回弹严重冷作硬化严重要求一次成形每次变形后需进行退火处理延伸率较高（一般30%以上）适宜受拉应力的伸长变形屈服强度较高

由于翻孔过程中（见图2），材料变形区主要在切向发生伸长变形和厚度变薄，而径向变形不大，因此可以用简单弯曲的方法，按中性层长度不变的原则近似确定预制孔直径，公式如下：

毛叶山桐子果熟期通常在10—11月，而此时南方地区多阴雨天气，非常不利于油料的晾晒干燥。通常在采摘期利用自然晾晒方法进行干燥，以便后期油脂加工，但由于成熟期天气阴冷，自然晾晒后水分含量过高，贮藏期极易霉变。目前，一些大型油料加工企业多配备塔式烘干设备，最大的优点是占地面积小、内部容积大、干燥时间长，可以较大幅度降水，一次降水可达5%～6%，适合需要大幅度降水的粮食和油料[4]。但塔式干燥设备容易出现因物料层数差异引起的干燥不均匀等问题[5]。

式中，d是预制孔直径，D是翻孔后竖边中性层直径，H是翻孔后高度，r是圆角半径，t是材料厚度，单位均为mm。

（3）柔性凸模模具结构。采用聚氨酯橡胶作为柔性凸模与刚性凹模配合的模具结构。聚氨酯橡胶在封闭容框内受压力时具有液体静压的性质，在各个方向上受到的压强相同，因此相较于传统结构具有以下优点：①只需制造刚性凹模，模具结构特别简单，简化结构形式，降低模具成本。②避免因刚性凸、凹模间隙要求较高而进行的模具间隙研合。③聚氨酯橡胶与刚性凹模的边缘部分在翻孔过程中对毛坯施加压力，自然形成压边装置，可起到防皱作用。④聚氨酯橡胶在翻孔过程中自然形成弧面凸模，比平底凸模对翻孔更有利。⑤成形的零件边缘平整，壁厚均匀。⑥先制预制孔的翻孔成形，成形力能减小25%～43%，因此可较大程度减小翻孔成形力。⑦直接一次翻孔成形，工艺流程得到极大简化，提高了生产效率。

图2 翻孔过程尺寸

（4）翻孔结构尺寸确定原则。翻孔高度是零件的主要性能指标，由式（1）和式（2）可推导出极限翻孔高度公式：

由式（3）可知，在高温合金材料一定的情况下，即K为常数值，极限翻孔高度随圆角半径r和材料厚度t的增大而增加。在翻孔圆角半径r一定的情况下，极限翻孔高度随翻孔后竖边中性层直径D的增大而增加。因此零件设计时合理选取材料厚度、圆角半径和翻孔后竖边中性层直径尺寸，即可成形较高的翻孔高度以满足使用要求。

2. 高温合金构件翻孔成形试验

直升机发动机的尾排气系统零件一般采用高温合金材料。某型机采用GH3030-冷轧固溶-δ1.0-GJB1952A高温合金材料，零件结构如图3所示。对零件缺口部位添加工艺余量，即为翻孔构件。零件按上述成形方案进行理论分析和成形试验。

印尼独立之后，那些被称为“原住民”的是印尼土著民族，而很多华人虽已在法律上获得印尼国籍，但华族仍被看作外来民族。1965年“9·30”事件后，印尼政府强力同化华人族群，规定华人族群不能在公众场合泄露华人身份。苏哈托当政时期，政府利用华商来促进国家经济发展，荷兰殖民时期的历史重演，印尼华人族群被认为具有与其他公民不同的待遇，华人族群由此遭到社会排斥，并引发了1998年的排华事件。

零件翻孔高度H=20mm，圆角半径r=4mm，中性层以材料厚度的中心线近似估算得翻孔后竖边中性层直径D=212.6mm，根据式（2）求得预制孔直径d=177.48mm。根据式（1）求得翻孔系数K=0.84≥0.78，大于极限翻孔系数，可采用此方法翻孔成形。按翻孔尺寸设计制造刚性凹模，并选用77 000T橡皮囊压力机进行翻孔成形。

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采用整群抽样法选取护理学院 2009级本科生两个班共308人为研究对象，以班级为单位，采用简单随机方法分为实验组和对照组。实验组（以案例教学法为主）164人，对照组（以传统教学法为主）144人，两组在年龄、性别及平均成绩等方面无显著性差异。