张振炎

1. 问题提出

在某型号弹射座椅的研究试制过程中，我们遇到了技术难题：有一薄壁不锈钢细管零件不能用已知方法加工出来。该弯管零件材料为φ 4mm×0.5mm不锈钢管，要求内孔加工到φ 3mm，弯管后必须保证φ2.9钢球能自由通过，如图1所示。

图 1

表 1

2. 分析与解决

查《钣金冷作工手册》（以下简称《手册》）管材最小弯曲半径的计算见表1。

由表1可知，材料为不锈钢管时，最小弯曲半径为R=2.5 D＝2.5×4=10（mm）。该零件壁厚只有0.5mm，显然不能采用气焊加热和充沙加热的弯曲工艺。假如可采用不充沙冷弯的工艺，计算得最小弯曲半径为R=3 D＝3×4＝12（mm）。而零件设计要求的弯曲半径为6mm，甚至只有理论弯曲半径的一半。查《手册》管材的最小弯曲半径允许值表，摘录部分数据如下。

由表2 数据按线性规律估算，当d＝4mm，t＝0.5mm时最小允许弯曲半径R≈10mm。理论最小弯曲半径为12mm，实际允许最小弯曲半径为10mm。而此零件设计要求为R＝6mm。

不锈钢材料较难弯曲，需要较大弯曲力。此零件对弯曲质量要求较高: φ3mm内孔钢管弯曲后保证φ 2.9mm钢球能自由通过，就是要求弯曲后管截面基本不变形。从实践经验我们知道：如果采用不加填料冷弯工艺不可能达到如此高的弯曲质量，必须采用填料弯曲加工工艺。

该零件内孔直径只有3mm，填料灌注不方便。无论是固态填料还是液态填料，填料时都极易产生灌不满、气泡、填料不实的缺陷。因此，必须采用新的更合理的填料方法，解决填料填充质量的问题。

刚开始，我们采用易于熔化的松香作填料试验。在精心将松香熔化后填注到不锈钢管中后，待松香冷硬后弯曲试验。无论我们怎样努力，弯曲出的试件截面都会过量变形，不能满足设计要求。经对弯管弯曲进行受力分析，如图2所示。

分析可知，管子弯曲时内部填料主要受到压应力作用，且管子内外侧受压应力比中线两侧侧面小，截面受力不均使弯曲管子截面成似椭圆形。如果填料抗压强度不够，受压体积改变或发生“流动”现象都会使弯曲后截面成似椭圆形。采用松香作填料时，过大的压应力使松香材料在管内发生“流动”现象，使弯出的截面变形。

我们又用较常用可承受较大压应力的较细颗粒石英砂材料作填料弯曲试验。试验结果也是管子截面变成似椭圆形。分析可能是因为石英砂颗粒在受到较大不均的压应力时会产生轻微的相对滑动，使弯出的截面变形。

我们想到用φ 3mm铝棒直接插到不锈钢管中做填料。弯曲试验后的截面形状基本可以满足要求，但弯曲后铝棒没办法从孔中取出，也行不通。

在用以上3种材料试验未果后，我们知道必须找到一种新的填料，这种填料至少需满足以下条件：①承受较大压应力作用时体积不会改变。②截面受到不均压力作用时不变形或变形很小。③易于填注到细管中。④弯曲后易于从弯管中取出。

后来，在以上经验的基础上，我们想到了低熔点合金材料。查阅了多本低熔点合金资料后，我们找到一种熔点为70℃低熔点合金配方：铅27%，镉10%，铋50%，锡13%。在用天平称量各种材料混合熔化后，我们制成了这种低熔点合金材料。我们将这种低熔点合金熔液通过自己设计的灌模灌注到管中，待冷凝后进行弯曲试验。弯曲后细管外延出现轻微裂纹，但弯曲后管径基本可以满足要求。

认真对比查看弯曲前后细管，注意到：细管在弯曲前内壁存在轻微扩孔加工工序的刀痕，在刀痕较明显处的裂纹较明显。分析可知，在弯曲时管件外壁受拉应力作用，在有刀痕地方产生应力集中，使本来就有较强塑性不锈钢薄壁拉裂。降低细管内表面表面粗糙度可减少应力集中，因此建议车间将细管上一道扩孔工序由钻削加工改为用铰刀扩孔加工并增加磨内孔工序。

在改进工艺提高内表面的加工精度后，我们又一次填入低熔点合金试验。弯曲后，裂纹消除了，经检验员测量可满足设计要求。在灌注低熔点合金熔液到细管中时，往往是熔液还没流到管底就冷凝了，为方便灌注这种低熔点合金熔液到细管中，又设计了专用灌装模具，用这种模具可以一次灌装8件，大幅提高了灌注效率与成功率。

3. 结语

航空产品零件的特殊性与生产条件限制，生产中遇见技术难题已是常事。关键是遇到问题时应冷静分析，将问题分解为若干小问题，再在这些小问题中找到“主要矛盾”，有针对性地去逐个解决。

图2

表 2 （mm）