鈑金挖補修理在發動機唇口型面中的應用

曲洪利 胡洋嘉 萬治

摘要：發動機進氣道唇口是由時效硬化處理后的鋁合金板材加工而成的三維復雜曲面結構，服役環境惡劣且部件位置特殊，極易受損，已有的維修方法費用高、周期長。南航沈陽復合材料修理車間短艙項目組創新開發的直接使用成品時效硬化板材鈑金加工工藝，無需外委熱處理和后期校型，大大縮短了維修周期，為機隊運行提供了保障。

關鍵詞：唇口；三維復雜曲面；時效硬化

Keywords：lip skin；3D complex surface；age hardening

1 研究背景

現代民航客機為追求優異的氣動性能以及更好的燃油經濟性，不斷對機體結構的原材料與加工工藝進行優化。現階段最為成熟且廣泛應用的結構材料，還是以鋁合金為主的輕質合金以及鈦合金為主的高溫合金。

發動機作為飛機的核心部件，其進氣道唇口又處于發動機最前端，服役環境惡劣，不可避免地經常受到鳥擊、雷擊等損傷，易造成前唇凹坑、緊固件孔擴大等結構性問題。針對這些問題的傳統維修方法有兩種，一是訂購成品航材，切段更換，看似簡單省勁，但成本高昂，訂購周期受外界影響因素大，而且容錯率低，易造成浪費；二是利用凹模配合木槌進行鈑金加工，只能使用質地軟、塑性好的2219-0軟鋁，在補片成型后還需要外委進行時效熱處理，熱處理時間大約為5天，且熱處理后的補片會發生不可控的變形，需要進行至少1天的后期校型，而變形嚴重的補片不得不直接報廢。上述兩種方法均不是前唇挖補修理的最優解。

根據數據統計，南航沈陽復合材料修理車間V2500A1/A5發動機進氣道翻修項目自2017年上項以來，僅2017年就有四分之一的進氣道前唇需要進行挖補修理，對鈑金挖補修理技術優化的需求迫在眉睫。在認真貫徹落實“三個敬畏”、質量至上的原則下，項目組從材料本身出發，探索出了既節約成本又可縮短周期的技術方案。

2 技術難點與創新

2.1 材料創新

CMM手冊中前唇修理的補片需達到T62狀態，相對于0狀態，T62狀態是一種更高強度、更高硬度的優質狀態Al-Cu合金。相較于使用0狀態軟鋁先進行補片成型，后進行時效熱處理，使用T62狀態直接成型不必進行二次的固溶處理與人工時效，可大大縮短維修周期。但是T62鋁合金強度的提升必然帶來塑性的下降，導致在不破壞力學性能極限的前提下，鈑金校型的難度大大增加。

2.2 工藝創新

為了保證2219-T62硬鋁能夠順利使用，在查閱了相關資料并咨詢專家后，確定了能用于三維曲面加工的設備：英國輪（見圖1）和點成型機（見圖2），但是由于這兩臺設備的操作門檻較高，加之能熟練應用這兩臺設備的人并不多，因此首要問題是精確加工時的工藝參數。

英國輪的作用是通過不同曲率的壓頭與合適的下壓力度配合得到單面弧度的板材。設備原理看似簡單，但卻需要細膩的手法與熟練的操作意識。在得到了單面弧度板材后，再利用點成型機進行三維曲面的成型，其原理是通過上方活動錘頭的錘擊使單面弧度的板材“收”或“放”，以得到三維曲面板材。機器的兩個關鍵參數為錘擊頻次和上下兩錘的間距，不同的錘擊頻次與兩錘間距相互配合能得到不同弧度的曲面，只有掌握了精確的參數才能得到符合氣動要求的補片。通過反復試驗，最終確定了工藝所需參數以及相對應的“高頻三段錘擊”工藝，分別通過預成型、粗成型、精確成型三組不同的工藝參數來進行補片加工，在保證成型精度的同時盡量縮短了加工時間，以防材料因為冷加工頻數過多而產生冷作硬化，導致裂紋的產生。

2.3 驗證創新

由于南航沈陽基地之前一直是使用 2219-0軟鋁配合凹模進行補片制作的，從未直接使用過T62硬鋁進行加工，因此上述方案的可行性必須重新進行驗證。

補片的質量和氣動外形是補片的兩個最為關鍵的參數，若補片存在微裂紋，長久服役易產生疲勞，使裂紋延展、補片脫落，甚至打傷發動機葉片導致發動機空停。為了確保方案的切實可行，決定使用熒光探傷和三維測繪的方法來對補片進行質量評估。

因OEM廠家嚴密的技術封鎖，無法從外界獲得唇口蒙皮的數字模型，項目組利用三維掃描設備對庫存的完好唇口進行精確建模（見圖3），再對補片修理區域予以掃描，通過比對來確定修理區域是否滿足氣動外形的要求，并進行熒光探傷。經檢驗，依據此工藝完成的2219-T62補片滿足氣動要求且無裂紋，達到CMM手冊中對唇口補片的要求，同時根據SRM手冊54-10-00，滿足補片與唇口本體對接間隙≤0.05in的條件。

3 成果應用

2019年，一架A320neo飛機右發進氣道唇口蒙皮遭遇鳥擊停廠，損傷如圖4所示，OEM報價人民幣近百萬元，維修周期20天。南航沈陽復合材料修理車間短艙項目組按照創新工藝，僅用3天保質保量完成了全部修理工作，全部航材費用不足萬元，修理成品如圖5所示。

目前為止，新型鈑金工藝技術已成功應用于近20臺發動機唇口的修理中。后續部件的跟蹤信息尚未收到任何質量問題的反饋，維修工藝可靠，質量優良，穩定耐用，效果顯著，累計節支350余萬元。

4 結束語

該修理工藝已成功為南航5家分子公司近20余臺V2500發動機進氣道提供維修服務，有效減輕了南航外送維修的壓力，避開了國外OEM廠家的維修能力限制，對于提升國資MRO企業的技術水平，助力形成具有充分自主知識產權的國產大飛機配套維修產業提供了重要的參考，具有十分顯著的社會價值。

作者簡介

曲洪利，工程師，從事復合材料維修技術研究與開發工作。