蠟在航空發動機零部件制造中的應用

馮保東，黃艷松，張文桔

（1.海軍駐株洲某軍代室，湖南 株洲 412002；2.中航工業南方公司，湖南 株洲 412002）

0 引言

蠟是日常生活中常見的一種產品，按來源可分為動物蠟、植物蠟、石油蠟等，其中石油蠟被廣泛應用于工業生產中，主要用于制作包裝材料、電器元件絕緣、鑄造蠟模、火柴以及顏料添加劑等。石蠟和地蠟是兩種不同的石油蠟，在固態時具有一定的硬度和韌性，而且熔點較低、易去除，在機械制造中發揮了重要的作用。航空發動機零件復雜、腔道多，而且多數為薄壁件，制造過程多余物以及尺寸變形的控制難度大，蠟的使用有助于我們很好地解決了上述問題。本文分析了石蠟和地蠟的特性，以幾個典型零部件為例介紹了石蠟和地蠟在航空發動機制造中的應用情況，并總結了應用過程中應注意的事項。

1 蠟的特性

石蠟是從石油或其他礦物油中提煉出來的一種固體烷烴混合物。石蠟為白色或淡黃色固體，無臭無味，熔點為47～4℃，不與常見的化學試劑反應，可以燃燒，通常按照熔點每隔2℃分成不同的品種。石蠟溶于乙醚、笨二硫化碳、潤滑油等，不溶于水、乙醇及酸類。

地蠟是從石油經過脫蠟后的殘留物中提取出來的由正構烷烴、異構烷烴等混合而成的微晶形蠟。地蠟一般呈淺黃色固體塊狀，有很好的粘附性和韌性。地蠟熔點為54.4～0.6℃，熔點和黏度比石蠟高，可與多種蠟類互溶。

2 航空發動機零部件制造中的應用

因蠟具有較好的低溫熔點特性，固態時具有一定的硬度、韌性，在機械加工特別是薄壁零件、腔道零件的加工中可利用其特點用于增加零件剛性、減少震動、實現多余物防制以及零件的無壓力裝夾等功能。

2.1 灌蠟增強零件剛性，減小加工變形

薄壁零件、葉片葉尖加工時，由于零件本身剛性不足，在不采取相關措施的情況下，加工過程中很容易產生加工變形，出現振動、橢圓，甚至扎刀及葉片扭曲變形等情況。因此，提高易變性零件加工過程中的剛性，是保證此類零件加工質量的關鍵。而利用蠟的低溫融化并重新凝固后具有一定硬度的特點，可以較容易地改善零件的剛性。圖1 所示的零件為某發動機火焰筒外環，壁厚不到2 mm，剛性較差，直接對外表面進行加工將導致變形，甚至出現扎刀現象，加工前在零件內部灌入80 號地蠟，由于該零件內腔較大，因此在蠟中間增加了鋼絲網、安裝了芯桶，從而進一步提高了剛性，使加工的產品尺寸滿足設計圖樣要求。圖2 所示的零件為某發動機壓氣機匣組件，內部裝有5 級葉片，每級由30 多個懸伸葉片組成，需要對葉尖進行磨削加工，由于葉片懸伸較長，在不采取措施的情況下葉片受到砂輪切削力時會產生一定的變形和振動，導致葉尖尺寸精度及表面質量達不到要求，甚至是出現不正常切削。通過在葉片周圍灌石蠟可以使懸臂葉片結構變為整體式結構，大大地提高了葉片零件剛性，改善了零件的切削性能，有效解決了葉尖加工難的問題。

圖1 某火焰筒外環灌蠟提高零件剛性

圖2 某壓氣機匣組件灌蠟提高了葉片加工剛性

2.2 灌蠟實現多余物控制

在航空發動機機匣、軸承座等帶有長油道、細小空腔結構零件加工過程中，因零件油道狹小，鐵屑等多余物一旦進入油道不僅檢查困難，而且取出來的難度較大，因此，這類零件加工過程的一項重要工作就是控制多余物。圖3 所示的零件為某發動機軸承座，內部腔道復雜、加工工序多，任一工序加工時鐵屑掉進腔道內都很難取出，而且無法進行檢查。因此在加工前，將零件內腔灌滿石蠟并封堵了各進口，可有效防止多余物進入。

2.3 利用蠟實現無壓力裝夾

薄壁零件加工時除了本身剛性不足引起的變形之外，裝夾過程中產生的彈性變形也是影響零件加工質量的重要因素。對高精度或易變形零件來說，尋求一種合適的裝夾方式來減小裝夾產生的彈性變形對零件的影響尤為重要。固態蠟具有一定的硬度和韌性，在切削力矩不大的情況下可以利用蠟來傳遞扭力，實現零件的無壓力裝夾，從而消除易變形件因裝夾變形帶來的影響。

圖4 所示的零件為某發動機薄壁環，環內焊接有幾十個懸伸葉片，零件結構剛性差，裝夾困難并且左右兩端的外圓相互跳動要求高。采用平常的支撐一面壓緊一面進行加工，因其裝夾過程中產生變形以及兩次裝夾的誤差影響，很難滿足產品質量要求。將地蠟與石蠟按一定比例調配熔化后澆灌在心軸與零件之間，蠟固化后將定位心軸與零件凝固形成一個整體，使零件無任何壓力作用下固定在定位心軸上。零件加工時只需將心軸安裝于車床上，由于定位心軸剛性好，安裝時彈性變形小，并且零件與心軸沒有直接接觸，即使定位心軸產生微量變形也可以被具有韌性的蠟所吸收。固態蠟具有一定的韌性和強度，在一定的力矩范圍內可以將機床的力矩從定位心軸上傳遞給均布的各葉片，從而使零件克服刀具切削力實現切削加工。

圖3 某軸承座灌蠟防多余物

圖4 某環件灌蠟裝夾

通過此方法不僅可以實現無壓力裝夾零件，消除裝夾變形，還實現了零件兩端面的一次裝夾加工，消除了多次裝夾過程中的基準轉換誤差。

3 應用過程中的注意事項

3.1 根據實際應用場合選擇蠟的品種

石蠟室溫固態時具有相對較好的硬度，但是凝固過程中收縮率較大，并且很脆，韌性和黏性差，很容易產生蠟與零件剝離的現象；地蠟屬于微晶蠟，韌性黏性很好，凝固與零件的剝離程度比石蠟小，但是地蠟都具有塑性，當蠟受力容易產生塑性變形，因此在圖1 所示的場合中必須選擇收縮率小、有韌性和黏性的蠟才能保證蠟與零件之間不會產生間隙。而在圖2 的場合中又必須充分考慮懸臂葉片在受力時可能使葉片產生變形導致蠟與葉片分離，因此需要在葉片周圍灌塑性較小的蠟。

3.2 注重分層次灌蠟，及時檢查修復裂縫區

蠟冷卻時體積會收縮，常出現蠟與零件表面剝離現象，一旦出現剝離，蠟就會失去預期的作用。因此防止蠟凝固過程中與零件剝離是灌蠟過程的關鍵。可以通過降低冷卻速度、分層次灌蠟、補蠟等方式解決剝離現象。

3.3 必要時采取措施提高蠟的整體力學性能

蠟雖然能凝固成一個整體，但是蠟與零件表面之間的粘附力較小，而且某些蠟（如石蠟）本身比較脆容易開裂，大塊蠟在旋轉過程中很容易在旋轉力的作用下直接與零件脫離或散裂。因此對填蠟空間較大的零件灌蠟時，要在填蠟空間中增加線或者網狀結構來提高蠟的整體力學性能，防止零件加工過程中蠟的脫離和散裂。

3.4 熔化清理應防止零件表面粘附蠟層

蠟的化學性質比較穩定，較薄的蠟層比較難發現，殘留在零件表面形成多余物，并且蠟還容易粘附其他灰塵等多余物，對產品特別是精密零件有一定影響。除蠟一般分為熱熔化、清洗兩個步驟。首先通過加熱熔化或油浴熔化方法將蠟熔化掉，熔化后因零件表面一般還會附著微量的蠟物質，需要再次通過溶劑或清洗劑進行清洗。對于油道件還需要對管道進行沖洗，以保證管道中無殘留物。

4 結語

合理地利用蠟可以解決航空發動機零部件加工過程中變形、振動、多余物控制以及裝夾等難題，對提高產品質量起到了重要的作用。在蠟實際使用中，應合理選擇品種，實施分層次灌蠟，并適當采用增加鋼絲網等措施提高蠟的剛性。