以關(guān)鍵件試制過(guò)程探索修理科研內(nèi)涵

桂敏 羅沿進(jìn)/襄陽(yáng)航泰動(dòng)力機(jī)器廠

以某型空氣發(fā)生器離心葉輪的試制過(guò)程為對(duì)象，介紹了裝備修理企業(yè)以修理科研模式開(kāi)展關(guān)鍵零備件制造的流程及質(zhì)量控制關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對(duì)比分析了修理科研與一般科研的差異，從延伸修理理念、設(shè)計(jì)修理標(biāo)準(zhǔn)、解決修理瓶頸問(wèn)題等角度總結(jié)了修理科研的內(nèi)涵，指出修理科研是航空修理企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力。

襄陽(yáng)航泰動(dòng)力機(jī)器廠歷經(jīng)19 個(gè)月，開(kāi)展了某型空氣發(fā)生器離心葉輪試制工作（見(jiàn)圖1），通過(guò)了超轉(zhuǎn)、破裂試驗(yàn)考核、長(zhǎng)試考核、出廠鑒定。離心葉輪因其結(jié)構(gòu)復(fù)雜且為關(guān)鍵部件，從最初認(rèn)識(shí)不足導(dǎo)致試制中斷到從嚴(yán)要求順利通過(guò)鑒定，經(jīng)歷了極其艱苦的試制過(guò)程，正是這種歷程引發(fā)了工廠對(duì)“修理科研”的深刻思考。因此，以離心葉輪試制為案例，總結(jié)提煉了修理科研思想，可為后續(xù)其他修理科研工作的開(kāi)展提供借鑒經(jīng)驗(yàn)。

1 修理科研路徑分析

圖1 某型空氣發(fā)生器離心葉輪三維圖

結(jié)合離心葉輪試制，可將修理科研分為工藝設(shè)計(jì)輸入→工藝設(shè)計(jì)→試制→試驗(yàn)驗(yàn)證→可靠性研究→批生產(chǎn)六個(gè)階段。修理科研打破了傳統(tǒng)科研模式，從原有就產(chǎn)品論產(chǎn)品的思路，延伸到掌握產(chǎn)品功能、主要故障、可靠性研究等方面。對(duì)比修理科研與一般科研路徑，主要有以下特點(diǎn)：

1）強(qiáng)調(diào)工藝設(shè)計(jì)過(guò)程

修理科研注重工藝設(shè)計(jì)過(guò)程，將樣件加工作為工藝設(shè)計(jì)中的一環(huán)，通過(guò)樣件加工驗(yàn)證工藝合理性，同時(shí)將外場(chǎng)故障信息、可靠性研究成果等作為工藝設(shè)計(jì)的輸入，不斷優(yōu)化完善工藝，形成系統(tǒng)性工藝設(shè)計(jì)理念。

2）增加可靠性研究?jī)?nèi)容

修理科研根據(jù)航修企業(yè)特點(diǎn)，單獨(dú)提出需求進(jìn)行可靠性研究，主要是針對(duì)內(nèi)外場(chǎng)故障情況，應(yīng)用先進(jìn)制造技術(shù)，提高抗疲勞性能，保證產(chǎn)品質(zhì)量。

3）重批生產(chǎn)能力的形成

一般科研未對(duì)批生產(chǎn)提出要求，而修理科研最終目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)批生產(chǎn)，使技術(shù)攻關(guān)成果、可靠性研究成果等能解決實(shí)際問(wèn)題，轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，而不是停留在研究層面。

2 修理科研過(guò)程控制

2.1 將技術(shù)狀態(tài)對(duì)接、故障統(tǒng)計(jì)分析、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)原理分析作為工藝設(shè)計(jì)輸入

1）開(kāi)展技術(shù)狀態(tài)對(duì)接，確保設(shè)計(jì)、試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一。將離心葉輪制造所需圖樣、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與總師單位進(jìn)行對(duì)接，確保其現(xiàn)行有效；明確離心葉輪試驗(yàn)驗(yàn)證考核項(xiàng)目，對(duì)接試驗(yàn)考核大綱，如超轉(zhuǎn)破裂試驗(yàn)大綱、考核試車(chē)大綱，保證設(shè)計(jì)、試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)與總師單位技術(shù)狀態(tài)一致。

2）分析故障信息，將其作為制造工藝的控制點(diǎn)。統(tǒng)計(jì)離心葉輪外場(chǎng)故障信息，主要有葉片前緣掉塊和表面點(diǎn)狀腐蝕兩類(lèi)故障，故障率分別約為2%和3%；收集故障分析資料，相關(guān)文獻(xiàn)已針對(duì)離心葉輪進(jìn)氣邊中部出現(xiàn)的宏觀裂紋原因進(jìn)行了分析，葉片前緣點(diǎn)腐蝕坑底的沿晶微裂紋性質(zhì)為應(yīng)力腐蝕裂紋，葉片表面點(diǎn)腐蝕對(duì)疲勞裂紋萌生與擴(kuò)展起到促進(jìn)作用。依據(jù)故障信息分析結(jié)果，確定離心葉輪制造時(shí)應(yīng)重點(diǎn)控制葉片質(zhì)量，特別是葉片前緣1/3部位不準(zhǔn)有腐蝕現(xiàn)象。

3）分析結(jié)構(gòu)原理，為離心葉輪制造提供理論支撐。對(duì)離心葉輪進(jìn)行有限元分析（見(jiàn)圖2），模擬真實(shí)約束狀態(tài)，按真實(shí)受力條件進(jìn)行加載，得到最大轉(zhuǎn)速下的應(yīng)力云圖和位移云圖。從應(yīng)力云圖可以看出，應(yīng)力集中在離心葉輪底部R角處，其值較低，故該位置不容易損壞。從位移云圖可以看出，變形量最大位置出現(xiàn)在葉片前緣1/3 部位，理論分析結(jié)果與外場(chǎng)故障情況一致。

開(kāi)展技術(shù)狀態(tài)對(duì)接，確保源頭文件不出現(xiàn)偏差，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、制造、試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一。同時(shí)進(jìn)行故障統(tǒng)計(jì)分析、結(jié)構(gòu)原理分析，發(fā)現(xiàn)影響產(chǎn)品質(zhì)量的隱性問(wèn)題點(diǎn)，全面了解產(chǎn)品功能、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。

圖2 有限元模擬葉輪應(yīng)力分布情況

2.2 改變工藝設(shè)計(jì)理念，由工藝編訂思維向系統(tǒng)化工藝設(shè)計(jì)思維轉(zhuǎn)變

1）消化圖樣及相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；收集類(lèi)似零件加工工藝資料；與承制廠進(jìn)行工藝對(duì)接，確定主要工藝路線。

2）依據(jù)工廠實(shí)際情況、技術(shù)狀態(tài)對(duì)接成果及故障信息分析結(jié)果，初步完成試加工工藝設(shè)計(jì)，并組織系統(tǒng)內(nèi)外專(zhuān)家進(jìn)行評(píng)審。

3）加工樣件，驗(yàn)證工藝。加工時(shí)，技術(shù)人員全程跟產(chǎn)，及時(shí)了解、發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，完善工藝。

4）開(kāi)展風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，識(shí)別風(fēng)險(xiǎn)源并采取對(duì)應(yīng)措施。采用“九新分析法”，對(duì)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)過(guò)程控制和產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)進(jìn)行全過(guò)程、全流程、全要素的質(zhì)量安全風(fēng)險(xiǎn)分析，識(shí)別風(fēng)險(xiǎn)源。按照GJВ/Z1391《故障模式、影響及危害性分析指南》，采取FMECA 分析方法和故障模型，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程從技術(shù)文件輸入、試制、試驗(yàn)驗(yàn)證等方面開(kāi)展風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，識(shí)別出技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)和進(jìn)度風(fēng)險(xiǎn)為兩類(lèi)重要風(fēng)險(xiǎn)。其中，技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)有技術(shù)文件輸入、技術(shù)準(zhǔn)備、試驗(yàn)驗(yàn)證三個(gè)風(fēng)險(xiǎn)源，進(jìn)度風(fēng)險(xiǎn)有加工過(guò)程、特殊過(guò)程兩個(gè)風(fēng)險(xiǎn)源，并對(duì)風(fēng)險(xiǎn)源進(jìn)行控制。

5）重新識(shí)別關(guān)鍵過(guò)程并加強(qiáng)控制。離心葉輪工藝設(shè)計(jì)時(shí)，除對(duì)圖樣要求的關(guān)鍵過(guò)程進(jìn)行嚴(yán)格控制外，還結(jié)合產(chǎn)品功能、外場(chǎng)故障等重新識(shí)別關(guān)鍵過(guò)程，將葉型加工、外輪廓加工、硫酸陽(yáng)極化增加為關(guān)鍵過(guò)程，降低出錯(cuò)風(fēng)險(xiǎn)，提高產(chǎn)品可靠性。

加工時(shí)，技術(shù)人員全程跟產(chǎn)，將問(wèn)題解決措施優(yōu)化進(jìn)工藝。同時(shí)關(guān)注可靠性研究、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、關(guān)鍵過(guò)程識(shí)別等結(jié)果，應(yīng)用質(zhì)量管理手段分析產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)全過(guò)程，持續(xù)改進(jìn)工藝，用系統(tǒng)性思維來(lái)開(kāi)展工藝設(shè)計(jì)。

2.3 更新試制觀念，用批生產(chǎn)思維指導(dǎo)試制工作

試制以小批量為主，以前試制時(shí)未充分考慮批量生產(chǎn)模式，在轉(zhuǎn)批生產(chǎn)后可能出現(xiàn)質(zhì)量波動(dòng)。

離心葉輪試制時(shí)，各重難點(diǎn)工序除進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)外，還按批生產(chǎn)要求，配齊工夾量具，并開(kāi)展針對(duì)性培訓(xùn)工作。如設(shè)計(jì)制造11 套工夾量具，外購(gòu)4 套專(zhuān)用三爪內(nèi)徑千分尺，增加工夾具數(shù)量，確保批生產(chǎn)需求。試制時(shí)，操作人員技能培訓(xùn)、工夾量具配備及設(shè)備配備均按批生產(chǎn)要求進(jìn)行，為實(shí)現(xiàn)批生產(chǎn)能力奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

2.4 從設(shè)計(jì)角度明確試驗(yàn)驗(yàn)證項(xiàng)目，全面考核產(chǎn)品性能指標(biāo)

以前關(guān)鍵、重要件試驗(yàn)考核主要進(jìn)行搭車(chē)長(zhǎng)試，并未從設(shè)計(jì)角度出發(fā)全面考核產(chǎn)品強(qiáng)度、剛度、壽命等性能指標(biāo)。離心葉輪按GJВ3971《航空燃?xì)鉁u輪輔助動(dòng)力裝置通用規(guī)范》要求，結(jié)合技術(shù)狀態(tài)對(duì)接成果，與總師單位共同編訂試驗(yàn)方案，明確進(jìn)行動(dòng)平衡、頻率測(cè)量、超轉(zhuǎn)試驗(yàn)、破裂試驗(yàn)、試車(chē)考核五項(xiàng)試驗(yàn)，涉及產(chǎn)品強(qiáng)度、剛度、壽命、振動(dòng)穩(wěn)定性四大方面。

工廠開(kāi)展動(dòng)平衡、頻率測(cè)量對(duì)標(biāo)工作，驗(yàn)證自有動(dòng)平衡、頻率測(cè)量技術(shù)的有效性。按工藝考核大綱要求，通過(guò)超轉(zhuǎn)試驗(yàn)、破裂試驗(yàn)和長(zhǎng)試考核，全面考核自制離心葉輪質(zhì)量。

2.5 應(yīng)用先進(jìn)制造技術(shù)，由按圖制造向抗疲勞研究延伸，開(kāi)展可靠性研究

過(guò)去零備件制造滿(mǎn)足于獲得圖樣要求的幾何尺寸和位置精度，并沒(méi)有考慮產(chǎn)品表面質(zhì)量對(duì)其使用壽命的影響。離心葉輪試制時(shí)，應(yīng)用表面完整性知識(shí)開(kāi)展了抗疲勞制造研究。

1）提高葉型表面完整性。一方面，開(kāi)展葉型拋光研究，降低葉型表面粗糙度值，應(yīng)用組合拋光方法，解決了鋁合金手工拋光不均勻難題，將設(shè)計(jì)圖樣要求的表面粗糙度值不大于Ra0.8μm 降低為不大于Ra0.4μm。另一方面，改進(jìn)硫酸陽(yáng)極化工藝，提高了表面質(zhì)量。

2）控制葉型加工參數(shù)，使葉型表面呈壓應(yīng)力狀態(tài)，提高了離心葉輪的抗疲勞性能。應(yīng)用正交試驗(yàn)法，分析得出加工方式及步距大小均會(huì)影響葉型表面應(yīng)力性質(zhì)，依據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，確定葉型加工參數(shù)。通過(guò)對(duì)加工參數(shù)的控制，使其表面殘余應(yīng)力為壓應(yīng)力狀態(tài)；降低葉型表面粗糙度值，提高葉型表面完整性，減少疲勞源，提高了離心葉輪的抗疲勞壽命。

2.6 組建批生產(chǎn)團(tuán)隊(duì)，注重工序過(guò)程銜接,為產(chǎn)品質(zhì)量提供保障

一般件試制轉(zhuǎn)批生產(chǎn)時(shí)操作人員可不固定，但關(guān)鍵件所有特性要求都很苛刻，對(duì)每個(gè)工序都提出了更嚴(yán)格的要求：一是既要關(guān)注本工序，還應(yīng)關(guān)注下工序，特別是不同專(zhuān)業(yè)工序間要做好銜接，避免由于彼此專(zhuān)業(yè)互不了解而出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題；二是成立以試制人員為主的專(zhuān)項(xiàng)生產(chǎn)小組，參與試制人員有經(jīng)驗(yàn)，對(duì)產(chǎn)品重要性、本工序及下工序應(yīng)把握的重點(diǎn)、操作要點(diǎn)、注意事項(xiàng)等均比較清楚，可避免錯(cuò)誤重復(fù)發(fā)生；三是除了關(guān)鍵過(guò)程進(jìn)行“三定”外，對(duì)于一般工序的操作人員、檢驗(yàn)人員、工裝、設(shè)備、工藝方法也做出明確規(guī)定，即非生產(chǎn)小組成員不允許加工該產(chǎn)品，不在工藝中的工裝、設(shè)備不得加工該產(chǎn)品，未按工藝加工的產(chǎn)品即使合格也不予驗(yàn)收。四是注重各工序間的銜接，組成以試制人員為主批生產(chǎn)團(tuán)隊(duì)，固定所有工序人員、設(shè)備、操作方法，保證了產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)了試制到批生產(chǎn)的順利過(guò)渡。

3 修理科研的內(nèi)涵

修理科研的提出厘清了思路，明確了方法，找到了解決問(wèn)題的抓手，建立了科學(xué)的修理思想。

1）修理科研延伸了修理理念

設(shè)計(jì)是航空裝備研發(fā)維修的基礎(chǔ)，修理科研實(shí)現(xiàn)了裝備壽命的向前延伸，理解了裝備設(shè)計(jì)思路和理念，掌握了設(shè)計(jì)和試驗(yàn)數(shù)據(jù)，避免為“修理”而“修理”的閉門(mén)造車(chē)問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了與研制單位技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)接，保持了與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、制造技術(shù)狀態(tài)的統(tǒng)一。

2）修理科研設(shè)計(jì)了修理標(biāo)準(zhǔn)

突破了傳統(tǒng)技術(shù)方案和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)編制誤區(qū)，將裝備設(shè)計(jì)制造階段的研制設(shè)計(jì)、試驗(yàn)驗(yàn)證、故障信息以及航空修理企業(yè)掌握的內(nèi)外場(chǎng)故障信息、研究措施以及分類(lèi)統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果等作為方案及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的輸入，應(yīng)用設(shè)計(jì)思維，開(kāi)展考核指標(biāo)、驗(yàn)證方案、風(fēng)險(xiǎn)管控措施等設(shè)計(jì)工作，生成具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的航修標(biāo)準(zhǔn)。

3）修理科研解決了修理瓶頸

以解決實(shí)際生產(chǎn)難題為主，以實(shí)現(xiàn)批生產(chǎn)為目標(biāo)，在原有技術(shù)基礎(chǔ)上，針對(duì)故障分析失效原因，總結(jié)預(yù)防措施，應(yīng)用先進(jìn)的制造技術(shù)對(duì)修理方法開(kāi)展可靠性增長(zhǎng)研究，解決修理生產(chǎn)中的“攔路虎”。因此，修理科研的提出貼合航修企業(yè)實(shí)際情況，是指導(dǎo)航修企業(yè)開(kāi)展實(shí)際修理技術(shù)工作的方法，是一種先進(jìn)的實(shí)用性修理思路。

4 結(jié)束語(yǔ)

某型空氣發(fā)生器離心葉輪試制是探索修理科研的一項(xiàng)具體實(shí)踐活動(dòng)，認(rèn)識(shí)由淺入深，從最初的“螺釘螺帽”到“關(guān)鍵件”再到“修理科研”，踐行了修理科研理念。修理科研的目標(biāo)是：做完一個(gè)科研項(xiàng)目，掌握一個(gè)產(chǎn)品；修理科研的宗旨是：做到技術(shù)見(jiàn)底，狀態(tài)可控；修理科研的意義是：航修科技進(jìn)步的關(guān)鍵。抓住了修理科研，就抓住了航修企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力。