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1、大结构弹簧涨圈工艺研究【摘要】本文以弹簧涨圈为加工研究对象。在燃机研究中，我们承担了31G1A.45.005涨圈研究任务。弹簧涨圈因加工工艺特殊一直是公司的工艺难点，该类型零件主要靠外委其他专业厂家。31G1A.45.005涨圈大结构的涨圈。在没有工艺经验并且可供工艺试验的毛料的条件下，从毛料状态、工艺路线、成型规律、工装设计制造、热处理工序安排等进行工艺试验。摸索出可行的工艺方案。按节点完成了首台研制任务。 【关键词】弹簧涨圈；成型规律；变形1引言31G1A.45.005涨圈是燃机中的一个弹性密封零件。期结构特点是限制状态下外径890mm内径854mm厚度只有6mm的开口环形弹簧涨圈，限制状
2、态下外圆轮廓度只有0.20.4mm，其工作环境温度较高的材料GH150.涨圈的结构大而薄刚性差易变性、工艺试验，从弹性变形和塑性变形的变形规律入手，利用有限试件分阶段设计多套工艺方案摸索成型规律和变形规律，根据每个实验结论调整试验方案从中筛选出可行的个环节工艺方案。2零件结构及工艺分析2.1零件结构及技术要求见图1技术要求：在890mm+0.03圆上50%透光0.04mm其余0.02mm，自由状态下切口605mm，当间隙1.25mm1.75mm是集中检查荷载P=12010N；材料GH150,HB（d）=3.653.15。2.2工艺难点分析2.2.1涨圈的设计图要求在限制状态下既在890mm+0
3、.03的标准环规中切口间隙为1.251.75mm时外圆轮廓透光50%0.04mm其余0.02mm，自由状态下切口间隙为1.251.75mm是外圆轮廓透光50%0.04其余0.02mm，自由状态下切口605mm。要求找到从自由状态到限制的弹性变形规律，摸索出加工工艺。2.2.2从涨圈的基本尺寸看，直径达宽度和厚度也远远限于机械设计手册中相似零件所规定的取值范围，刚性非常。加工过程的应力重新分布严重影响外圆轮廓和平行度等行为公差的保证。2.2.3涨圈毛料外径为925mm以上的GH150的环形锻件。由于毛料采购困难，研制中只提供一个可可下5个零件毛料外径为910mm的环形锻件。尺寸小、数量少给工艺试
4、验带来很大的困难。3工艺方案分析与试验3.1第一次工艺方案确定与实验为了利用现有小毛料，采用涨开60mm切口固溶时效定型的工艺来保证自由状态下切口605mm要求的方案。工艺路线方案一试验的结论：收获：1）固溶时效可以将弹性变形涨口固定到要求程度。2）自行设计制造了磨内、外圆的限制夹具。问题：1）限制状态精车时产生塑性变形，使自由状态开口减小到25mm。2)磨加工后径向变形大已不能规成890mm圆见图3.3）磨加工后轴向翘曲变形大，6-0.05mm尺寸及平行度超差严重4）弹性小远远达不到开口间隙1.251.75时集中检查载荷P=12010N要求。3.2第二次工艺方案确定与实验根据一方案试验结论调
5、整工艺方案：1） 改锻毛料。将剩余910mm（830mm）2） x56mm毛料改锻成925mm(850mm)x56mm。3） 改磨平面时径向偏心压紧为轴向工艺螺钉压紧。4） 固溶状态粗加工，磨加工前时效，减小机加应力。5） 将限制状态精车内、外圆改成自由状态激光切割成非圆开口环。调整后的工艺路线见图4：图4调整后工艺路线方案二试验的结论收获：1）通过查阅资料和试验基本摸索出了自由状态下涨圈的几何形状。2）完善了机加夹具的装夹方案。问题：1）磨平面6-0.05mm尺寸时仍有翘曲变形，造成尺寸超差0.07mm平行度超差0.1mm。2）激光切割给磨内、外圆留有0.5加工余量，但切割时难以控制的打火缺
6、陷会带到成平表面。零件仍有少量变形。3）磨内、外圆后径向仍有4mm变形不能规成890圆，自由状态的开口尺寸也由65mm减小到43mm。4）弹性小，开口间隙1.25mm1.75mm时集中检查载荷只有27N，达不到P=12010N要求。3.3第三次工艺方案确定与试验根据第二方案试验结论又调整工艺方案1） 减少磨平面6-0.05mm尺寸的加工余量，增加半精车工序去余量。2） 调整热处理方法和参数。重新固溶时效消除机加翘曲变形，提高热处理硬度以增加材料弹性。3） 采用自由状态线切割工艺，切非圆开口环。减少磨内、外圆余量，避免激光切割打火的质量隐患。4） 修正型线坐标点。5） 设计制造线切割夹具。调整后
7、的第三次工艺路线见表5。图5第三次工艺路线方案三试验的结论：通过这次调整工艺方案生产首台两件涨圈到成平状态检查结论如下：第1件：4号件硬度HB（d）=3.5外圆轮廓度：1段150mm弧长上实际0.06mm，超差0.02mm2段150mm弧长上实际0.07mm，超差0.03mm开口一侧400mm弧长上实际0.1mm，超差0.06mm平行度实际0.01mm0.11mm，局部点超差0.1mm自由状态下开口尺寸47mm，超差8mm集中检查载荷P=30N第2件：5号件硬度HB（d）=3.3外圆轮廓度：开口一侧400mm弧长上实际0.1mm，超差0.06开口另一侧100mm弧长上实际0.15mm超差0.1
8、1mm厚度6-0.05mm局部5.8mm，超差0.15mm平行度实际0.01mm0.19mm局部点超差0.18mm自由状态下开口尺寸47mm，超差8mm集中检查载荷P=27N存在的问题：1） 外圆轮廓度仍有1825%弧长上超差0.02mm0.06mm2） 厚度6-0.05mm尺寸局部点超差0.06mm，平行度局部点超差0.1mm3） 自由状态下开口尺寸超差8mm4） 集中载荷没有多大变化只有27N30N4 结论通过设计、工艺等有关部门分析，生产的两件涨圈基本上能够满足使用要求。集中载荷小于120N问题主要是在现有直径、宽度、厚度条件下设计要求太高。通过查阅航空材料手册机械设计手册并与封气环45.1100比较，集中载荷应在455N范围内。通过三次比较大程度调整工艺方案所进行的工艺试验，摸索出了一条大型弹簧涨圈的加工工艺路线，基本找到其变化规律。可以肯定，如果经过一定数量加工过程的数据收集，对线切割型线做进一步修正我们会生产出完全合格的零件。参考文献1 航空材料手册2 机械设计手册（：沈阳远大铝业工程有限公司）
