特種加工技術(shù)在航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造中的應(yīng)用

中航工業(yè)常州蘭翔機(jī)械有限公司 馮建偉 牟宗平

在新一代飛機(jī)的研制保障項(xiàng)目和批量生產(chǎn)過程中，為了縮短國(guó)內(nèi)特種加工技術(shù)和國(guó)外先進(jìn)水平的差距，保障自主研發(fā)，國(guó)家對(duì)特種加工設(shè)備、儀器儀表的采購、重要設(shè)施的建設(shè)以及人才培養(yǎng)等方面都給予大力支持及投入大量的經(jīng)費(fèi)，這也充分表明先進(jìn)的加工技術(shù)對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展的重要性。下面結(jié)合實(shí)例，淺談幾種特種加工技術(shù)在我廠的應(yīng)用。

1.葉片榫齒加工

葉片是航空發(fā)動(dòng)機(jī)最常見的零件，也是非常重要的零件，不論是旋轉(zhuǎn)的還是靜止的葉片，尺寸要求都非常高，我廠有一種渦輪盤GH93葉片，安裝部位為榫齒結(jié)構(gòu)，榫齒要求形位公差很高，此零件也是關(guān)重件，以往采用改造過的進(jìn)口銑床銑加工，如圖1所示，利用定制的專用成形銑刀分別進(jìn)行粗、精銑加工，并有嚴(yán)格的工藝控制，雖然這種辦法能滿足尺寸要求，但受高合金材料、切削線速度、刀具磨損等因素限制，長(zhǎng)期以來工作效率一直不高。

圖1

近年來，隨著葉片批量生產(chǎn)的需要，我廠針對(duì)此類型產(chǎn)品引進(jìn)了特種加工設(shè)備——蠕動(dòng)磨床，以磨代銑，蠕動(dòng)磨是砂輪可以一次通過工件將成形形狀磨削至全深的一種特種工藝，具有將毛坯工件一次加工成形的特點(diǎn)，可以合并粗、精銑工序一次對(duì)毛坯進(jìn)行磨削，分擔(dān)了其他機(jī)床銑削的負(fù)荷，同時(shí)，砂輪可以根據(jù)工件形狀隨時(shí)打磨、修整、更換，工作效率大大的提高。

2.蜂窩組件特種復(fù)合加工

現(xiàn)代航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪部件的旋轉(zhuǎn)件和靜止件之間常常采用氣流封嚴(yán)結(jié)構(gòu)，以減少氣流損失，提高發(fā)動(dòng)機(jī)功率，老一代的發(fā)動(dòng)機(jī)多采用封嚴(yán)閉齒結(jié)構(gòu)，但隨著我國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造工藝技術(shù)的不斷提高，金屬蜂窩真空釬焊件在新開發(fā)研制的機(jī)型中被大量采用，如圖2所示，蜂窩片間點(diǎn)焊牢固可靠，其結(jié)構(gòu)及加工本身就是一項(xiàng)特種加工技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)國(guó)內(nèi)只有北京為數(shù)不多的幾個(gè)廠、所才能生產(chǎn)，航空發(fā)動(dòng)機(jī)蜂窩材質(zhì)通常為耐高溫合金，與之相配的蜂窩外環(huán)也為耐高溫合金，組件采用真空釬焊連接而成，真空釬焊是另一種先進(jìn)的焊接工藝，例如，我廠試制的某型號(hào)燃?xì)廨啓C(jī)采用了多種蜂窩封嚴(yán)組件結(jié)構(gòu)，如圖3所示。

圖2

圖3

蜂窩材料為GH536，蜂窩外環(huán)材料為GH625，粘帶釬料為BNi82CrSiB（BNi2），針對(duì)蜂窩材料薄、孔洞多且均勻密集分布，受熱易變形的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，釬焊前將釬料薄片均勻填充打磨清理過的蜂窩與蜂窩外環(huán)之間，用儲(chǔ)能點(diǎn)焊將蜂窩材料固定在外環(huán)上用以定位，不涂釬劑，焊接時(shí)，釬料在母材間擴(kuò)散，依靠毛細(xì)管的吸附作用分布到蜂窩外徑的緊密配合面上，將工件連接。

焊接完成后的蜂窩組件內(nèi)徑109mm留有余量，通常單面2～3mm，用于組合加工，此時(shí)又出現(xiàn)另一種特種加工技術(shù)——電解磨，電解磨是電解作用與機(jī)械磨削相結(jié)合的一種特種加工，磨削時(shí)，導(dǎo)電磨輪與蜂窩兩者之間保持一定的磨削壓力，凸出于磨輪表面的非導(dǎo)電性磨料使工件表面與磨輪導(dǎo)電基體之間形成一定的電解間隙，由于浸在電解液中，在直流電的作用下，蜂窩表面金屬由于電解作用生成離子化合物和陽極膜。這些電解產(chǎn)物不斷地被旋轉(zhuǎn)的磨輪所刮除，使新的金屬表面露出，繼續(xù)產(chǎn)生電解作用，蜂窩材料遂不斷地被去除，從而達(dá)到磨削的目的，最后采用超聲波清洗方式去除蜂窩孔洞內(nèi)殘留的電解廢物、雜質(zhì)等。

3.屏蔽金屬軟管火焰釬焊

圖4

（1）金屬軟管在火焰釬焊前先整體加熱處理，溫度沒有嚴(yán)格要求，約為300℃左右，目的是釬焊時(shí)軟管基體與待焊接處溫差變小，有利于焊接質(zhì)量。

（2）釬劑兌水加熱熔化并攪勻。

（3）調(diào)節(jié)好氧氣及乙炔流量，用輕微碳化焰的外焰加熱屏蔽軟管一端，焰芯距焊件表面20mm左右。

（4）待屏蔽軟管加熱到釬料接近熔化的溫度時(shí)，用金屬刷將熔劑涂于焊接30mm左右位置處，并用外焰繼續(xù)加熱。

（5）同時(shí)立即將帶片狀釬料與被加熱到高溫的金屬軟管接觸熔化，使其熔化滲入金屬絲的間隙中，慢慢旋轉(zhuǎn)軟管，防止釬料堆積一處，當(dāng)釬料漸漸流入間隙后，調(diào)節(jié)火焰焰芯與工件距離，加大到35～40mm繼續(xù)旋轉(zhuǎn)加熱，使其金屬基體與釬料之間能相互均勻溶解，同時(shí)應(yīng)適當(dāng)控制加熱持續(xù)的時(shí)間。

（6）將軟管放置在銅板上自然冷卻，禁止裸手接觸，以防燙傷，用上述辦法繼續(xù)焊接金屬軟管另一端。

（7）焊后及時(shí)用清水煮零件15～20min，去除零件殘留的熔劑和熔渣，晾干。

最后，采用常規(guī)焊接手段，按要求將管接頭與金屬軟件氬弧焊焊接即可，效果如圖6所示。

圖5

圖6

除上述三種加工案例之外，我廠還有很多的特種加工案例，由于篇幅的原因在此就不一一列舉。

4.結(jié)語

先進(jìn)特種加工技術(shù)作為確保航空發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)完整性是不可缺少的手段，其研究、開發(fā)與應(yīng)用直接關(guān)系到航空發(fā)動(dòng)機(jī)的質(zhì)量、壽命和可靠性，相信隨著對(duì)特種加工技術(shù)的不斷深入及掌握，再高深莫測(cè)的事物都會(huì)變得簡(jiǎn)單，就像當(dāng)初的線切割技術(shù)發(fā)展一樣，到時(shí)特種加工技術(shù)也不再稀奇，作為普通的加工技術(shù)廣泛地應(yīng)用在加工行業(yè)的各個(gè)角落。