金属氟塑料衬套精准成形工艺研究

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1、金属氟塑料衬套精准成形工艺研究　　摘要：金属氟塑料衬套具有极高承载和超长寿命的特点，在飞机的关键润滑部位广泛使用，尺寸精度要求极高，成形工艺过程复杂。本文针对某型飞机平尾金属氟塑料衬套尺寸大、精度高、成形困难等问题，通过工艺分析影响衬套成形质量的主要因素，制定改进工艺方案，设计了带有五级校形结构的校正模进行衬套成形，并通过试验得到了模具的回弹量值、衬套展开尺寸等工艺参数，最终成形出合格的平尾金属氟塑料衬套。　　关键词：金属氟塑料；衬套；多级校形模；回弹　　中图分类号：TQ320文献标识码：A　　金属氟塑料带材是一种新颖的、性能优异的润滑轴承材料，其主

2、要成分是由聚四氟乙烯与金属基体（钢、铜）烧结而成，它综合了金属和聚四氟乙烯塑料的优点，具有机械强度高、导热性能优良、热膨胀系数小、摩擦系数低、耐磨性能好及使用温度范围宽等优点，可在干摩擦条件下长期使用。利用金属氟塑料材料具有极高承载和超长使用寿命的特点，其制造的衬套在飞机的前缘襟翼、外翼、座舱盖、起落架等部位大量使用，用以保证飞机操纵灵活性和飞行的可靠性。金属氟塑料衬套主要结构形式有两种，带凸肩和无凸肩的衬套，这两种衬套均是由金属氟塑料带材卷制而成，工艺十分复杂，国内只有少数科研院所能够制造该类衬套，且成形的衬套规格一般在φ50mm以下，对于直径在φ

3、50mm以上的金属氟塑料衬套目前无成熟的成形工艺。7　　某型飞机平尾大轴采用了金属氟塑料衬套进行润滑，衬套直径尺寸大，精度要求高，其制造质量直接影响飞机的机动性能和安全性。为此，开展深入的平尾金属氟塑料衬套的成形工艺研究，确定衬套的成形方案，通过计算衬套的成形回弹量值，优化工装结构及设计尺寸，精确展开毛料尺寸等，逐步提高了衬套成形质量，并最终制造出合格的衬套零件，提高了公司在国内同行业中的竞争力。　　1.衬套结构　　平尾金属氟塑料衬套为开口的圆环结构，如图1所示，设计选用δ2.6的金属氟塑料带材，衬套内径尺寸为φ133mm，外径尺寸为φ138mm，其

4、主要工艺参数如下：　　（1）内径尺寸：衬套内径公差为φ1330+0.04mm。　　（2）壁厚公差：衬套壁厚为δ2.5，公差要求不超过0.03mm。　　（3）衬套内表面氟塑料层无脱落。　　（4）衬套的永久变形量不大于0.025mm。　　2.工艺分析　　对衬套结构及主要设计参数进行分析，衬套在形成过程中主要存在以下难点：　　（1）衬套尺寸大、精度高　　平尾金属氟塑料衬套内径尺寸为φ133mm，是一般该类衬套内径尺寸的4倍以上，虽然衬套内径尺寸大，但衬套内径公差要求为0～0.04mm，壁厚度公差为0.03mm，尺寸精度要求极高，而且衬套采用板材成形，整个衬

5、套开口结构，满足精度难度极大。7　　（2）表面易损伤　　金属氟塑料材料由金属基体与表面氟塑料层复合而成，表面氟塑料层的主要成份是聚四氟乙烯，该材料在刚性模具中成形时很容易损伤，由于氟塑料层在工作时起主要作用，因此衬套设计时对表面质量要求极高，不允许成形后氟塑料层表面存在损伤，因此对于模具结构及模具的精度都提出了较高的要求。　　（3）检测困难　　由于金属氟塑料衬套为开口结构，图纸要求检测内径尺寸时需把压紧保证无对接间隙，且内径尺寸公差只有0.04mm，这对氟塑料衬套如何进行检测，降低检测误差提出了更高的要求，检验夹具的结构形式和制造精度都会直接影响检测

6、结果。　　3.工艺方案　　通过对衬套结构及成形过程中的难点进行分析，初步确定采用预弯成形+液压校形的工艺方法，为保证金属氟塑料衬套的成形精度及表面质量，需要在提高成形工装结构，芯模尺寸，展开毛料尺寸精度和检测方法等方面进行工艺研究。　　3.1成形工装设计　　（1）预成形工装7　　由于衬套成形精度高，金属氟塑料衬套成形过程包括预弯成形和精确校形，预弯成形时将展开毛料弯曲成近似的圆环即可，为后续衬套的校形提供毛坯，因此预弯模具采用一般的卷圆型胎即可满足衬套预成形要求，如图2所示，卷圆型胎由端头夹紧器、转动轴、芯轴等部分组成，同时，为避免衬套内表面的划伤，

7、卷圆型胎的表面粗糙度要求不大于Ra0.8。　　（2）校形工装　　（a）设计原理　　金属氟塑料衬套的成形精度主要由校形工装保证，校形工装设计为阳模与五级阴模模芯配合的结构形式，工装结构形式如图3所示，衬套校形时，将预成形后的衬套毛坯固定在阳模上，阳模带动衬套一起逐一通过每个阴模模芯，阴阳模之间通过不断挤压实现衬套的校形，同时，为避免衬套内表面划伤，在工装阳模上增加了锥形引导，可以保证校形时衬套与阳模同心，避免衬套压入时偏心而导致的零件表面划伤。　　（b）尺寸设计　　由于金属氟塑料衬套内表面为氟塑料层，在阳模与阴模模芯挤压变薄时，衬套表面的氟层存在一定的

8、变形回弹，通过对板材加压试验，初步确定该回弹量在0.08mm～0.09mm，已经超过衬套的尺寸公差0.04m