李清泉

（江西洪都精工機(jī)械有限公司， 江西 南昌330024）

0 引言

某型機(jī)是一款新研制的雙發(fā)雙座噴氣式高級(jí)教練機(jī)，它采用大邊條、翼身融合設(shè)計(jì)；進(jìn)氣道外形由機(jī)翼處進(jìn)氣口近似長(zhǎng)方形截面向機(jī)身內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣口圓形截面過(guò)渡，縱向呈雙向曲度，蒙皮形狀較為復(fù)雜， 成形難度很大； 進(jìn)氣道蒙皮與機(jī)身整體油箱融合，要求保證與油箱體密封裝配，同時(shí)要求保證與10道橫向加強(qiáng)型材及3 道縱向加強(qiáng)型材滾焊連接，裝配協(xié)調(diào)要求很高。 進(jìn)氣道蒙皮制造成為高教機(jī)試造的重大技術(shù)關(guān)鍵之一。

1 進(jìn)氣道蒙皮制造工藝方案

某型機(jī)進(jìn)氣道蒙皮材料為L(zhǎng)F6-M-δ1.5， 形狀較為復(fù)雜，曲率變化大；試造時(shí)在縱向分成三塊，由焊接組合成工藝組合件。 具體見(jiàn)圖1。 為了保證進(jìn)氣道蒙皮的氣動(dòng)外形的正確性及與橫向、 縱向加強(qiáng)角材滾焊裝配的協(xié)調(diào)性， 進(jìn)氣道蒙皮工藝組合件必須采用整體脹形。 鑒于公司沒(méi)有大型液壓脹形設(shè)備，如新投入，投資大、周期長(zhǎng)，該工藝同樣存在許多技術(shù)難點(diǎn)。 經(jīng)反復(fù)論證，決定采用爆炸脹形工藝方案。

1.1 進(jìn)氣道蒙皮爆炸脹形工藝可行性分析

爆炸脹形工藝是利用炸藥在爆炸瞬間所釋放的能量，通過(guò)介質(zhì)（水）傳遞給毛坯，迫使毛坯產(chǎn)生徑向拉伸變形直至貼模的一種工藝方法。 此工藝比較簡(jiǎn)單，只需單一凹模，將筒形毛坯放進(jìn)凹模中，并沿軸線放置炸藥，毛坯與模具型腔之間抽真空，在水井中成形。 其通過(guò)藥形、藥量、藥位、水頭高度、真空度等工藝參數(shù)的合理調(diào)整，就能成形出符合要求的零件。蒙皮毛坯在爆炸脹形時(shí)， 兩端處于自由狀態(tài)， 脹形時(shí)，毛坯在徑向脹大的同時(shí)，兩端的材料軸向縮短，可以給予補(bǔ)充，這對(duì)零件的成形是十分有利的。

圖1 進(jìn)氣道蒙皮工藝組合件示意圖

1.2 進(jìn)氣道蒙皮工藝組合件毛坯的確定

某型機(jī)進(jìn)氣道蒙皮工藝組合件型面比較復(fù)雜，型面中心是一條空間曲線，橫截面又是變截面的，因此蒙皮工藝組合件毛坯不能是一個(gè)簡(jiǎn)單的筒體，必須預(yù)成形。 通過(guò)經(jīng)驗(yàn)估算，認(rèn)為蒙皮的毛坯外形比數(shù)模外形單邊小3 mm，比較合適。這樣蒙皮毛坯在爆炸脹形時(shí)，其延伸率在材料的許用延伸率范圍之內(nèi)，不會(huì)拉裂；同時(shí)材料有一定的拉伸變形，對(duì)減少回彈，提高貼模度， 減少模具吸收過(guò)多的剩余爆炸載荷都有較大的幫助。

2 進(jìn)氣道蒙皮爆炸脹形模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 進(jìn)氣道蒙皮爆炸脹形模的結(jié)構(gòu)型式方案的確定

某型機(jī)進(jìn)氣道蒙皮工藝組合件型面中心是條空間曲線，不是一條直線，因此爆炸脹形模必須采用分體式組合模具，否則零件無(wú)法脫模。 又因型面中心是條雙曲度曲線，不在一個(gè)平面內(nèi)，采用一個(gè)分模面，無(wú)論怎樣分，總是有部分最大型面在模具內(nèi)，形成模具閉角狀態(tài)，零件脫模時(shí)會(huì)產(chǎn)生拉傷及變形，影響零件質(zhì)量。 用曲面作分模面，工藝性太差，不可取，所以模具采用兩個(gè)分模面。 這也是爆炸脹形模在公司里首次采用三開(kāi)模結(jié)構(gòu)，是爆炸脹形技術(shù)的一次創(chuàng)新。進(jìn)氣道蒙皮工藝組合件長(zhǎng)度尺寸較大， 為了保證成形時(shí)操作的安全可靠，采用臥式模體。 這樣不但穩(wěn)定性好，而且操作方便。 啟模時(shí)，上?？芍苯佑玫踯?chē)起吊，前后模可用液壓缸拉開(kāi)。

2.2 進(jìn)氣道蒙皮爆炸脹形模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

爆炸脹形模具在設(shè)計(jì)時(shí)， 在保證模體承受脹形時(shí)零件貼模產(chǎn)生的最大載荷所需的強(qiáng)度、 剛度要求的前提下， 定出模體的最小壁厚， 四周采用筋板加強(qiáng)，盡量減輕重量；設(shè)計(jì)時(shí)還需要考慮模具的加工的工藝性：定位、裝夾、裝配；還需要考慮運(yùn)輸時(shí)的起吊方便、平衡；還需要考慮使用時(shí)的操作方便、開(kāi)敞性等等因素。

模具采用兩個(gè)分模面，把模具分成三塊，模塊之間采用銷(xiāo)釘定位，用螺栓連接，兩塊模體之間采用海綿橡膠軸密封，密封槽的設(shè)置按Q/5A1950~1969《爆炸成形典型結(jié)構(gòu)》標(biāo)準(zhǔn)制作。 在模體的兩端采用環(huán)形海綿橡膠軸來(lái)保證蒙皮毛坯與模具型腔的密封，使模腔與毛坯之間能抽真空， 否則里面的空氣在爆炸脹形時(shí)，由于毛坯高速成形擠壓形成高壓氣泡，這些氣泡不但會(huì)妨礙零件的貼模， 還會(huì)引起零件產(chǎn)生鼓包及燒傷；如密封不好，真空度達(dá)不到，下井時(shí)，水會(huì)吸入模腔，成形時(shí)，零件上會(huì)產(chǎn)生水跡，影響零件質(zhì)量。 進(jìn)氣道蒙皮工藝組合件外形復(fù)雜，零件毛坯不規(guī)則，模具分模面多，要保證模腔與毛坯的密封，達(dá)到一定的真空度，是有一定的難度的。 為提高模具設(shè)計(jì)質(zhì)量，進(jìn)氣道蒙皮爆炸脹形模采用了UG 三維模型、二維圖樣的數(shù)字化設(shè)計(jì)，模具型面直接依據(jù)進(jìn)氣道焊接組合件的UG 三維模型設(shè)計(jì)。 模具結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

2.3 進(jìn)氣道蒙皮爆炸脹形模的地面結(jié)構(gòu)形式

進(jìn)氣道蒙皮工藝組合件爆炸脹形模模具材料為ZG35，整體重量約8.5 t。目前爆炸成形廠房配備的吊車(chē)為5 t 吊車(chē)，無(wú)法起吊，需要進(jìn)行設(shè)備改造，但在試造周期比較緊的情況下，無(wú)法安排改造，因此考慮采用在地面上進(jìn)行爆炸脹形， 即采取在模具兩端分別安裝一個(gè)球面封蓋，用螺栓固緊，用于模腔內(nèi)儲(chǔ)水，模擬水下爆炸。 此方法存在一定的缺點(diǎn)，不但操作起來(lái)比較繁瑣，而且由于水頭高度的不夠，零件兩端的成形效果也要差些；再則模腔內(nèi)水壓的卸荷狀況、球面封蓋的強(qiáng)度、連接螺栓的固緊力等，都沒(méi)有經(jīng)驗(yàn)，安全性也要差一些， 此是解決試驗(yàn)件生產(chǎn)的權(quán)宜之計(jì)。 地面爆炸脹形模具結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3。

由于進(jìn)氣道蒙皮型面最高點(diǎn)在中部，灌水時(shí)，型面中部有部分空氣無(wú)法排出，爆炸成形時(shí)，此部分空氣快速壓縮，形成高壓高溫氣泡，會(huì)燒傷零件，因此要求輔助平臺(tái)傾斜2°，這樣才能把水灌滿(mǎn)，保證脹形順利進(jìn)行。 進(jìn)氣道蒙皮在正式批生產(chǎn)時(shí)，可直接將模具吊入5 m 水井中，下水時(shí)，將模具傾斜2°，就能將零件內(nèi)部的空氣全部排出，然后下到井底，完成爆炸脹形。 不需要安裝兩端的封蓋，操作要簡(jiǎn)便多了。 爆炸完成后，將模具吊起，零件內(nèi)的水可以自動(dòng)排除干凈，然后將模具置于輔助平臺(tái)，平臺(tái)內(nèi)裝有導(dǎo)向銷(xiāo)及定位斜鐵， 可以準(zhǔn)確定位。 在卸去模體的連接螺母后，即能用吊車(chē)吊起上模塊，再用輔助平臺(tái)上的液壓作動(dòng)筒拉開(kāi)前模塊，這樣就可以取出零件。

圖2 進(jìn)氣道蒙皮工藝組合件爆炸脹形模示意圖

圖3 進(jìn)氣道蒙皮工藝組合件地面成形爆炸脹形模示意圖

3 進(jìn)氣道蒙皮爆炸脹形工藝參數(shù)的確定

爆炸脹形工藝參數(shù)，其主要包括藥形、藥位、藥量、真空度和水頭高度。

3.1 藥形

進(jìn)氣道蒙皮工藝組合件呈長(zhǎng)筒形， 故藥形應(yīng)采用條形藥包，即可直接采用多股導(dǎo)爆索彎曲成形。

3.2 藥位

進(jìn)氣道蒙皮工藝組合件型面縱向呈雙曲度，即型面中心線為一條雙向曲線， 因此布藥時(shí)采用拉線方法，使藥形盡量沿型面中心的走向，保證爆炸脹形力盡量均勻。

3.3 藥量

爆炸脹形所需的炸藥量根據(jù)零件成形中總的應(yīng)變能進(jìn)行估算：

3.3.1 零件毛坯脹形所需的總應(yīng)變能UT：

式中：

UT——零件毛坯脹形所需的總應(yīng)變能； （N·m）

k—— 塑性變形硬化系數(shù)，LF6-M 取k=327.2；（MPa）

n——塑性變形硬化系數(shù)，LF6-M 取n=0.24；

L——零件毛坯的長(zhǎng)度，L=1600； （mm）

Dr——零件毛坯的外徑，Dr=590； （mm）

t——毛坯的厚度，t=1.5； （mm）

Dd——模具的內(nèi)徑，Dd=596； （mm）

經(jīng)計(jì)算， 零件毛坯脹形所需的總應(yīng)變能為UT=3 932（N·m）；

3.3.2 零件毛坯脹形所吸收的炸藥爆炸能ET：

式中：

ET——毛坯脹形所吸收的炸藥爆炸能； （N·m）

C——炸藥常數(shù)，TNT 取C=9906； （m）

L——毛坯的長(zhǎng)度，L=1600； （mm）

λ——條形炸藥的長(zhǎng)度，λ=1 600； （mm）

W——毛坯脹形所需炸藥的重量； （kg）

D——脹形毛坯的內(nèi)徑，D=587； （mm）

經(jīng)計(jì)算，零件毛坯脹形所吸收的炸藥爆炸能為

3.3.3 所用炸藥量的計(jì)算

零件毛坯脹形所需總的變形應(yīng)變能應(yīng)等于零件毛坯所吸收的炸藥爆炸能，即：

即： 3 932=47 068 W

經(jīng)計(jì)算，毛坯脹形所需炸藥（TNT）的重量W =0.083（kg），扣除雷管藥量，取整為80 g。 按每米導(dǎo)爆索為12 gTNT 當(dāng)量計(jì)算，80 gTNT 折算為6.7 m 導(dǎo)爆索。 布藥時(shí)分為4 股，一端頭留100 mm 左右單股用于綁雷管引爆。

3.4 真空度

爆炸脹形時(shí)真空系統(tǒng)的真空度達(dá)到667 Pa以上，就可以獲得滿(mǎn)意的產(chǎn)品。 否則留在模腔內(nèi)的壓縮空氣層會(huì)引起零件脹形不均勻，影響零件貼模，嚴(yán)重時(shí)零件會(huì)產(chǎn)生鼓包及燒傷。

3.5 水頭高度

水頭高度是指藥包中心到水面的距離，成形時(shí)必須有足夠的水深，這個(gè)深度一般取?？谥睆?/3～1/2。

4 進(jìn)氣道蒙皮爆炸脹形工藝研究

4.1 進(jìn)氣道蒙皮試驗(yàn)件爆炸脹形試制

第一件試驗(yàn)件， 采用在地面上進(jìn)行爆炸脹形方案，藥形、藥位都按預(yù)定要求，藥量因考慮安全因素，采用三股共5 m 導(dǎo)爆索（60 gTNT 當(dāng)量）。 由于模具制造存在一些問(wèn)題， 使得蒙皮毛坯與模具型腔采用環(huán)形海綿橡膠軸密封存在一定困難， 于是采取了泥膩?zhàn)虞o助密封，基本還能密封；模具兩端安裝的球面封蓋，因模體端面不平，無(wú)法完全密封，產(chǎn)生漏水；其固緊螺栓的孔位與模體不協(xié)調(diào)， 使球面封蓋的導(dǎo)水管傾斜，水無(wú)法灌滿(mǎn)，零件內(nèi)腔存有空氣，爆炸時(shí)，空氣壓縮，形成高溫高壓氣團(tuán)，燒傷零件；另外，封蓋固緊螺栓由于未能按圖紙要求配制，結(jié)果短了，只能壓住三四牙，在爆炸時(shí)拉脫，引起壓力卸荷，零件未貼模。

根據(jù)試驗(yàn)情況，作了一些改進(jìn)：即封蓋加強(qiáng)、螺栓加長(zhǎng)、封蓋密封橡皮加厚、導(dǎo)水管加高、試件燒傷處去除后補(bǔ)焊、模具型面上的氣孔挖去后補(bǔ)焊打光；毛坯與模具型腔的密封改用石膏膩?zhàn)虞o助密封，消除了泥膩?zhàn)又械纳沉Ｎ胄颓挥绊懥慵|(zhì)量； 同時(shí)把模具托架墊斜2°～3°，有利于零件內(nèi)腔空氣在灌水時(shí)排出。 改善了第一次脹形存在的問(wèn)題，此試件進(jìn)行第二次脹形。 由于是校形，藥量采用二股共3.4 m 導(dǎo)爆索（40 gTNT 當(dāng)量）。 脹形后,由于球面封蓋密封橡皮沖出,卸荷太快，零件貼模仍不理想。

綜合分析兩次地面試驗(yàn)的情況， 認(rèn)為零件貼模不理想， 主要是水頭高度及真空度兩項(xiàng)工藝參數(shù)不理想。 為了保證足夠的水頭高度，于是采取了用吊車(chē)與鏟車(chē)協(xié)同起吊的方法，解決了模具下5 m 爆炸水井的難題，解決了傳壓介質(zhì)（水）界面的穩(wěn)定性；為了保證毛坯與模具型腔的真空度， 我們又采取了打真空帶密封的工藝方法， 雖然比較繁瑣， 但密封效果較好，抽真空時(shí)，真空度基本達(dá)到667 Pa 以上。 此試驗(yàn)件在爆炸水井中進(jìn)行第三次脹形，藥量采用三股共5 m 導(dǎo)爆索（60 gTNT 當(dāng)量），脹形比較成功。此方法不但零件成形效果較好，而且操作簡(jiǎn)便，安全性也較好。 零件因多炮成形，冷作硬化，試件局部貼模稍差些。

4.2 進(jìn)氣道蒙皮零件爆炸脹形試生產(chǎn)

經(jīng)過(guò)試驗(yàn)件研制，摸索出較為理想的工藝方法，即進(jìn)行正式零件試生產(chǎn)。 工藝方法為：藥量采用預(yù)定的四股共6.7 m 導(dǎo)爆索（80 gTNT當(dāng)量）；采用吊車(chē)與鏟車(chē)協(xié)同起吊下水井爆炸； 毛坯與模具型腔密封采取了打真空帶方法； 模具下水井時(shí)傾斜3°排出零件內(nèi)腔的空氣，抽真空后真空度達(dá)到667 Pa 以上，引爆導(dǎo)爆索。 出水后，仔細(xì)檢查，若零件內(nèi)壁無(wú)鼓包現(xiàn)象，外表面也無(wú)燒傷痕跡，則顯示零件貼模較好。

由于爆炸脹形貼模校形力較大， 組合模具分模面連接螺栓存在彈性變形， 使模具三條分模面存在微量錯(cuò)位，成形后零件分模面處有下陷痕跡，影響橫向加強(qiáng)型材滾焊連接后整體油箱的密封。 于是我們又采取了增強(qiáng)模具的連接和定位剛性的多套方案：如模具分模面處增加六個(gè)橫銷(xiāo)； 前后模體分模端面增加連板，上下模體分模端面增加限位板，并用銷(xiāo)釘栓緊； 前后模體中部增加一個(gè)定位銷(xiāo)及一個(gè)連接螺栓等。 改善了模具在爆炸脹形時(shí)的連接剛性，使零件分模面處下陷痕跡減少，再由手工校正，基本上解決了焊接密封問(wèn)題。

由于LF6M 材料成形及焊接性能稍差，脹形后發(fā)現(xiàn)零件焊縫熱影響區(qū)存在微裂縫，雖然經(jīng)X 光檢查此裂縫沒(méi)有穿透，容易排除，但對(duì)零件質(zhì)量存在一定影響。 為了確保焊縫在脹形時(shí)不會(huì)被脹裂，焊接前，我們?cè)谌龎K分蒙皮切割時(shí)每邊分別放大2 mm， 減少脹形量；同時(shí)在焊縫打磨時(shí)，要求嚴(yán)格不傷及基體。 解決了焊縫脹形后產(chǎn)生微裂縫的故障。

此后又試生產(chǎn)了四件進(jìn)氣道蒙皮，均貼模較好，滿(mǎn)足了設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)某型機(jī)進(jìn)氣道蒙皮工藝組合件爆炸脹形工藝研究， 證明采用爆炸脹形工藝方案整體成形進(jìn)氣道蒙皮是成功的， 但毛坯與模具型腔的密封方案還需進(jìn)一步改進(jìn)。 該工藝可以應(yīng)用于類(lèi)似零件的中小批量生產(chǎn)。

[1]《高能成形》編寫(xiě)小組編.高能成形.北京：國(guó)防工業(yè)出版社.1969.

[2][美]A.A.埃拉茲著.張鐵生、梁宜強(qiáng)、譚渤譯. 金屬爆炸加工的原理與實(shí)踐. 北京： 國(guó)防工業(yè)出版社.1981.