一种航空发动机摇臂组合件精密铆接加工方法

摘要

一种航空发动机摇臂组合件精密铆接加工方法，属于铆接加工技术领域。所述航空发动机摇臂组合件精密铆接加工方法包括如下步骤：S1、设定摇臂轴的长轴长度为a，数控压力机的下模具的长轴固定孔的孔深为b，比较a和b的大小；S2、将摇臂轴的短轴放入摇臂的安装孔中；S3、将摇臂轴的长轴放入数控压力机下模具的长轴固定孔内；S4、设定数控压力机的加载压力，进行铆接加工，加载压力为27‑29KN。所述航空发动机摇臂组合件精密铆接加工方法能够提高零件铆接零件的合格率，保证铆接加工高精度零件尺寸的稳定性，节约成本。

权利要求

1.一种航空发动机摇臂组合件精密铆接加工方法，所述摇臂组合件包括摇臂轴和摇臂，所述摇臂轴包括长轴、壁板和带有铆接孔短轴，所述摇臂设置有安装孔，其特征在于，所述航空发动机摇臂组合件精密铆接加工方法包括如下步骤：S1、设定摇臂轴的长轴长度为a，数控压力机的下模具的长轴固定孔的孔深为b，比较a和b的大小：如果a

0.03mm≤d≤0.05mm，进行步骤S2；若d＞0.05mm，则先在下模具长轴固定孔的孔底增加垫块，再进行步骤S2；

如果a＞b或者d＜0.03mm，则不进行铆接加工，换另一个摇臂轴重复上述a和b的比较；

S2、将摇臂轴的短轴放入摇臂的安装孔中；

S3、将摇臂轴的长轴放入数控压力机下模具的长轴固定孔内；

S4、设定数控压力机的加载压力，进行铆接加工，所述加载压力为27‑29KN；

在所述步骤S1之前，对待加工的摇臂轴进行分组，将摇臂轴长轴的长度尺寸公差控制在0.03mm内；

所述摇臂轴短轴铆接孔的深度公差为+0.5mm；

所述壁板的厚度为0.8mm。

2.根据权利要求1所述的航空发动机摇臂组合件精密铆接加工方法，其特征在于，所述下模具的材料采用碳钼莱体钢。

3.根据权利要求1所述的航空发动机摇臂组合件精密铆接加工方法，其特征在于，所述垫块的材料采用粉末冶金钢。

说明书

一种航空发动机摇臂组合件精密铆接加工方法

技术领域

[0001] 本发明涉及铆接加工技术领域，特别涉及一种航空发动机摇臂组合件精密铆接加工方法。

背景技术

[0002] 某型别航空发动机的高精度摇臂组合件是安装在发动机前机匣单元体中，连接核心机静子叶片和联动环的精密传动零件，如图1所示，摇臂组合件的位置和尺寸公差要求较严，利用摇臂组件的传动作用控制叶片的转向，故保证摇臂组件的尺寸、形位公差至关重要。

[0003] 以往加工时，摇臂的主要工序为：铣平面‑铣外形‑钻削加工‑钣焊铆接‑拉槽。铆接时，采用的设备为普通压力机，加载方式为杠杆式加载，由于铆接加工时受单件加工累积公差的影响，当单件尺寸处于上限时，铆接力过大，造成摇臂轴长轴倾斜、变形的现象；当单件尺寸处于下限时，铆接力偏小，出现铆接不到位的现象，长期靠手工修磨，校形的方法来消除组件镦头尺寸和技术条件超差以及长轴尺寸变粗的现象；而且传统铆接方式存在因欠载、过载导致的尺寸和镦头行为公差超差问题以及裂纹问题。

发明内容

[0004] 为了解决现有技术存在的镦头出现裂纹、镦头尺寸不合格以及形位公差出现超差等技术问题，本发明提供了一种航空发动机摇臂组合件精密铆接加工方法，其能够提高零件铆接零件的合格率，保证铆接加工高精度零件尺寸的稳定性，节约成本。

[0005] 为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

[0006] 一种航空发动机摇臂组合件精密铆接加工方法，所述摇臂组合件包括摇臂轴和摇臂，所述摇臂轴包括长轴、壁板和带有铆接孔短轴，所述摇臂设置有安装孔，所述航空发动机摇臂组合件精密铆接加工方法包括如下步骤：

[0007] S1、设定摇臂轴的长轴长度为a，数控压力机的下模具的长轴固定孔的孔深为b，比较a和b的大小：

[0008] 如果a

[0009] 如果a＞b或者d＜0.03mm，则不进行铆接加工，换另一个摇臂轴重复上述a和b的比较；

[0010] S2、将摇臂轴的短轴放入摇臂的安装孔中；

[0011] S3、将摇臂轴的长轴放入数控压力机下模具的长轴固定孔内；

[0012] S4、设定数控压力机的加载压力，进行铆接加工，所述加载压力为27‑29KN。

[0013] 优选的，在所述步骤S1之前，对待加工的摇臂轴进行分组，将摇臂轴长轴的长度尺寸公差控制在0.03mm内。

[0014] 优选的，所述摇臂轴短轴铆接孔的深度公差为+0.5mm。

[0015] 进一步的，所述壁板的厚度为0.8mm。

[0016] 优选的，所述下模具的材料采用碳钼莱体钢。

[0017] 优选的，所述垫块的材料采用粉末冶金钢。

[0018] 本发明的有益效果：

[0019] 1)本发明将铆接工艺由定距铆接改为定力铆接，保证零件质量稳定，解决了因铆接力的过大过小导致铆钉杆直径变形，技术条件超差甚至出现裂纹的问题；

[0020] 2)本发明突破传统思维方式方法，将传统的铆接方式、铆接设备、铆接过程进行全面改进，将原来的定距铆接改进为定力铆接，压力加载方式采用定力加载方式，铆接设备也由原来的普通压力机改为压力可控的数控加载机设备，大大提高了精密铆接的合格率，实现了高精度零件铆接加工尺寸的稳定性，节约成本；

[0021] 3)本发明适用于各型号航空发动机摇臂组合件的精密铆接，采用本发明的加工方法能够大大提高零件的合格率，将零件的一次加工合格率由原来的85％左右，提高到99％以上。

[0022] 本发明的其他特征和优点将在下面的具体实施方式中部分予以详细说明。

附图说明

[0023] 图1是本发明提供的航空发动机摇臂组合件的结构示意图，其中，(a)为摇臂组合件的主视示意图；(b)为摇臂组合件的俯视示意图；

[0024] 图2是本发明提供的摇臂的结构示意图；

[0025] 图3是本发明提供的摇臂轴的结构示意图；

[0026] 图4是本发明提供的a＜b时摇臂组合件铆接过程中壁板变化的示意图；

[0027] 图5是本发明提供的a＞b时摇臂组合件铆接过程中壁板变化的示意图；

[0028] 图6是本发明提供的数控压力机的上模具和下模具安装示意图；

[0029] 图7是本发明提供的下模具的俯视示意图。

具体实施方式

[0030] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。

[0031] 为了解决现有技术存在的问题，如图1至图7所示，本发明提供了一种航空发动机摇臂组合件精密铆接加工方法，所述摇臂组合件包括摇臂轴和摇臂，所述摇臂轴包括长轴、壁板和带有铆接孔短轴，所述摇臂设置有安装孔，所述航空发动机摇臂组合件精密铆接加工方法包括如下步骤：

[0032] S1、设定摇臂轴的长轴长度为a，数控压力机的下模具的长轴固定孔的孔深为b，比较a和b的大小：

[0033] 如果a

[0034] 如果a＞b或者d＜0.03mm，则不进行铆接加工，换另一个摇臂轴重复上述a和b的比较；

[0035] S2、将摇臂轴的短轴放入摇臂的安装孔中；

[0036] S3、将摇臂轴的长轴放入数控压力机下模具的长轴固定孔内；

[0037] S4、设定数控压力机的加载压力，进行铆接加工，所述加载压力为27‑29KN。

[0038] 作为优选，在所述步骤S1之前，对待加工的摇臂轴进行分组，将摇臂轴长轴的长度尺寸公差控制在0.03mm内，以保证步骤S1中摇臂轴长轴的底面与模具长轴固定孔的孔底之间的间隙d满足加工要求。本发明在实际生产时，先根据摇臂轴长轴的尺寸公差进行分组，再根据每组的尺寸情况确定垫块的尺寸和加载压力，以提高生产效率。

[0039] 作为优选，所述摇臂轴短轴铆接孔的深度公差为+0.5mm。

[0040] 作为优选，所述壁板的厚度为0.8mm。

[0041] 作为优选，所述下模具的材料采用碳钼莱体钢。

[0042] 作为优选，所述垫块的材料采用粉末冶金钢。

[0043] 本发明先根据摇臂轴的长轴长度和数控压力机的下模具的长轴固定孔的孔深的尺寸选择不同的垫块，以确保精准定位；将摇臂轴的短轴穿入摇臂的安装孔内，将摇臂轴的长轴放入数控压力机的下模具中，调节数控压力机的加载压力，用数控压力机向下压摇臂轴短轴的有孔端面进行铆接镦头，达到预设的加载压力后，铆接过程结束，取出摇臂组合件。

[0044] 本发明一种航空发动机摇臂组合件精密铆接加工方法的原理：

[0045] 如图1所示， 为铆接后长轴直径D1的尺寸要求，φ5.6min为铆接后镦头最小直径，H±0.1为铆接后镦头高度H的尺寸要求；φ0.15为铆接后摇臂轴长轴对摇臂下表面的垂直度要求；如图2所示， 为摇臂厚度X的尺寸要求；如图3所示，L±0.5为短轴铆接孔的孔深L的尺寸要求；φD2±0.05短轴铆接孔的孔径D2的尺寸要求。可见，摇臂组合件的位置和尺寸公差要求较严；

[0046] 零件加工过程中，铆接时随着数控压力机上模具的压入，材料内的应力达到屈服极限时，则产生塑性变形，由于受到上模具不断的压入，材料变形程度越大，壁板的材料硬化加剧，变形抗力增大，直至冲压过程完成，塑性变形阶段也就结束，铆接加工过程中，出现铆接后摇臂轴长轴直径变粗和摇臂轴的中心对摇臂下表面的垂直度超差情况，如图4和5所示，针对加工过程的进行分析，得到影响铆接质量的因素有以下几方面：(1)摇臂轴长轴的长度a和数控压力机下模具的长轴固定孔的孔深b；(2)摇臂轴短轴铆接孔的孔深和孔径以及铆接后镦头的最小直径和高度；(3)数控压力机模具和垫块的强度；(4)数控压力机加载压力F压(铆接力)的大小，具体说明如下：

[0047] (1)铆接过程中，下模具长轴固定孔的底面M2与摇臂轴长轴的底面M1无垫块调节的前提下：下模具对摇臂轴长轴的底面M1和壁板的下表面(B表面)共同起支撑作用(过定位支撑)，若a＜b，则表面M1和M2之间存在间隙d，下模具只对壁板的下表面起到支撑作用，由于F压＞FN，在铆接力F压的作用下，摇臂轴的长轴在沿铆接力的方向上会产生一段位移，由于壁板的厚度仅为0.8mm，所能承受力的强度较低，在长轴产生向下的位移的同时，壁板的上表面(A表面)和下表面(B表面)均会向上翘起，变形效果如图2所示；反之，若a＞b，则表面M1和M2之间间隙d＝0，模具不再对壁板的下表面起到支撑作用，只有下模具长轴固定孔的底面M2对摇臂轴长轴的底面M1起到支撑作用，F压＞FN，B表面与下模具上表面之间存在间隙c，故下模具上表面对B表面无支撑力，且长轴与短轴之间的壁板较薄，所能承受力的强度较低，在铆接力F压的作用下，长轴在沿铆接力的方向上未产生位移，壁板的上表面(A表面)和下表面(B表面)均会向下发生弯曲变形，变形效果如图3所示；由此可见：摇臂轴长轴的长度a和下模具的长轴固定孔的孔深b的不同尺寸直接影响摇臂轴长轴的底面M1与下模具长轴固定孔的底面M2之间间隙的大小，在受力面不同的情况下，进而影响铆接后组件摇臂轴对壁板下表面的垂直度要求，对间隙影响较大的因素主要是摇臂轴长轴长度a的一致性，故需对其进行改进，将摇臂轴的长轴长度尺寸控制在0.03mm以内，便于在铆接时匹配到合适垫块，确保在铆接过程中壁板不会出现凸起或凹陷的现象，保证了组件的垂直度要求；

[0048] (2)摇臂组合件的铆接是利用铆接力将摇臂轴长轴、短轴镦粗并在短轴处形成镦头的过程，摇臂轴铆接后必须保证图1中尺寸及垂直度要求，摇臂轴短轴的相关尺寸直接影响铆接后尺寸要求，如图3所示，短轴铆接孔的孔深尺寸设计图要求为L±0.5，实际加工时需要按L+0.5加工，才能保证镦头尺寸要求，短轴铆接孔的孔径要求为φD2±0.05，若孔深较浅，孔径偏小，在轴向铆接力的作用下，短轴由于塑性变形将部分金属传递给长轴，其余的金属用来形成镦头，由于摇臂轴孔的相关尺寸较小，形成镦头时的金属较充裕，则会导致铆接后镦头最小直径(图1中Φ5.6min)，镦头高度(图1中H±0.1)偏大，故铆接孔的孔深和孔径尺寸直接影响铆接后镦头的尺寸，因此，为了保证图1中尺寸要求，孔深按L+0.5进行，采用专用合金钻头，保证孔径尺寸一致性及设计要求；

[0049] (3)数控压力机的上模具和下模具均为45#钢，改进后的模具材料为Cr12MoV，该材料为碳钼莱体钢，具有较好的耐磨性、抗压强度、微变形及较强的冲击韧度等综合性能，提高力学性能；垫块在加工过程中表面会出现凹陷，从而使得模具对摇臂轴长轴底面的定位不准确，垫块材料采用粉末冶金钢KS390，在铆接过程中垫块表面无丝毫变化，对于铆接过程中的定位更加精准，便于尺寸控制；

[0050] 4)如图6和7所示，由于与摇臂轴短轴相配套的摇臂厚度不同，最终尺寸及技术要求却相同，故铆接时所加载的铆接力也就有所不同，对采用了碳钼莱体钢的模具、粉末冶金钢的垫块以及按摇臂轴长轴的长度尺寸公差分组的摇臂轴，通过控制铆接间隙进行了两组试加工，每组加工时，设置了不同的铆接力，结果如表1所示：

[0051] 表1

[0052]

[0053] 根据表1可知，摇臂轴长度处于最大值，间隙越小，当所加载的铆接力越大，垂直度越大，镦头最小直径越大，铆接力在25‑32KN时，组件尺寸趋于合格；摇臂轴长度处于中差时，间隙越大时，当所加载的铆接力越大，垂直度越大，镦头最小直径越大；铆接力在32KN时，组件尺寸合格，但垂直度超差0.02mm，为了使得不同尺寸的单件最终都能符合设计要求，设定加载压力为27‑29KN。

[0054] 尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。