单片闭式波形弹簧加工工艺研究.pdf

第43卷第4期
火箭推进
Vol.43.N0.4
2017年8月
JOURNAL OF ROCKET PROPULSION
Aug,2017
单片闭式波形弹簧加工工艺研究
牛晋波,常涛,李智军,梁伟
(西安航天动力研究所.映西西安710100)
摘要:基于有限元 ABAQUS软件平台对单片闭式波形弹簧进行了弯曲回弹数值仿真模
拟与分析,研究了单片闭式波形弹簧母材厚度与冲压力和圆角处的回弹量与摩擦系数之间的
关系,得出了冲压模具设计规范和波形弹簧加工工艺规范,采用该工艺规范制造的单片闭式
波形弹已经用于无人机发动机之中,该发动机已通过地面试车考核,由此表明:单片闭式
波形弹簧加工工艺是合理、正确和有效的
关键词:波形弹簧;冲压成型;加工工艺;仿真分析
中图分类号:V261-34文献标识码:A文章编号:1672-9374(201704-0070)-06
Study on machining technology of
single-piece closed wave-shape spring
NIU Jinbo, CHANG Tao, LI Zhijun, LIANG Wei
(Xi an Acrospace Propulsion Institute, Xi'an 710100, China
Abstract: Based on the finite element ABAQUS software platform, the numerical simulation and
analysis of the single-piece closed wave-shape spring are carried out. The relationship among thickness
of spring material, punching force, friction coefficient and springback value at circular angle are
studied. The design specifications of stamping die and processing technic specifications of wave-shape
spring were obtaincd. The single-picce closed wave-shape spring manufactured with these
specifications has been used in a kind of UAV engine. The engine has been passed the ground test. This
shows that the processing technology of the single-piece closed wave-shape spring is reasonable
correct and effective
Keywords: wave-shape spring; stamping forming; processing technic; simulated analysis
0引言
天、石油化工等领域。单片闭式波形弹箦为封
闭结构,无开口,圈数为1,沿圆周方向有若下
波形弹簧是一种弹性元件,具有安装空间均布波形,常用于机械密封中,为石墨静环组件
小,弹力调控性好等优点,广泛应用于航空航提供轴向静态预紧力,机械密封工作时,为石黑
收稿日期:2016-12-11;修回日期:2017-06-21
作者简介:牛背波(1990-),男,上,研究领域为金属密封工艺
万方数据
第43卷第4期
牛晋波,等:单片闭式波形弾簧加工工艺研究
静环组件提供惮力补偿和缓冲作用,保证机械密
封端面比压稳定,同时克取助密封、传动件的1波形弹簧设计技术要求
摩擦、动环的惯性作用,从而保证密封端而摩擦
单片闭式波形弹簧结构如图1所示,单片闭
副能够处于良好的贴合状态、动环能够处于良好式波形弾簧材料为高温合金GH4169带材,材料
的动态追随状态,以确保密封有效:波形弹簧的状态为囧溶态,该材料具有良好的机械加工性能
刚度值要求处于一定的范围之内,若波形弹簧的和长期的组织稳定性,20℃吋抗拉强度和延伸率
刚度值太小,则支反力较小,密封比压亦较小,较高,即常温朔性较好,适合用于冲压力较大情
在机帔密封中起不到有效密封的作用,若波形弹况下的弯出成型,而不会因为材料发生较大塑性
簧的刚度值太大,则支反力较大,由此増大了机変形造成材料使用性能发生较大変化,其力学性
械密封静环组件石瞾环的磨损量,減少了机械密能见表1。单片闭式波形弾簧设计技术和一般性
封的工作寿命。单片闭式波形弹簧通常采用模其能参数范闹见表2,本文研究的单片闭式波形弹
冲压成型,在单片闭式波形弹簧的加工过程中,簧的设计要求为:外径D=の95.6mm,内径d
单片闭式波形弹簧的材料会发生不可避免的回弹の86.6mm,壁厚8=0.25mm,波高1-55mm,
效应,出此造成了单片闭式波形弾簧波形形状的波数N=5;刚度要求为:当单片闭式波形弹簧波
控制难度増大,单片闭式波形弹簧波形形状的差高由H-5.5mm压缩至H=I.62mm时,所施加的
异性易导致轴端密封力方向发生偏斜,同时单片作用力ド=19.6N;单片闭式波形蝉簧的波形为
闭式波形弹簧刚度值亦不易控制、当单片闭式由直线+弯角(弯角的圆角半径为R)构成的曲
波形弹簧刚度值变化范围较大时,极易?致机械面,其结构如图1所示
密封密封比压特性发生变化,从而影响密封效
果、密封性能、密封稳定性、密封可靠性利密封
寿命,本文采用有限元 ABAOUS软件平台进行了
单片闭式波形弹簧弯曲回弹数值仿真分析模拟
由此得出了单片闭式波形弾簧模具设计和冲压成
型的制造工艺规范,采用该工艺规范,有效控制
了单片闭式波形弹簧波形形状和刚度值散布范
WXR
×尺
围,单片闭式波形弹簧已经应用于中国科学院青
岛动力研究所无人机发动机的机械密封之中,该
图1单片闭式波形弾簧结构示意简图
发动机已通过了地面试车考核,单片闭式波形弹
Fig. 1 Structural diagram of single-piece closed
簧工作正常和稳定。
wave-shape spring
表1GH4169带材力学性能(固溶态,20℃)
Tab. 1 Mechanical properties of GH4169 strip-shape material (solid solution at 20 C)
屈服强度/MPa抗拉强度/APa
延伸率/%
弾性模量AMPa
泊松比
0.22
2040000
0.22
表2单片闭式波形弹簧设计技术要求和性能参数范围
Tab2 Design requirements and performance parameters of single-piece closed wave-shape spring
外径/mm
内径/mm
波高/加m
波数
工作压力N
工程代号
F
一般范围
l6-240
().2~1.4
2.0-7.5
设计要求
95.6
86.6
0