某靜子組件工藝研究

王 雨 武 佳 孫可婧（沈陽黎明航空發動機（集團）有限責任公司，遼寧 沈陽 110043）

某靜子組件工藝研究

王 雨 武 佳 孫可婧
（沈陽黎明航空發動機（集團）有限責任公司，遼寧 沈陽 110043）

摘 要：該組件由內機匣與外機匣以及百余片葉片電子束焊焊接組成。零件材料：TC4，尺寸精度要求高，其形位公差要求嚴，最大直徑Ф1028.5mm，安裝邊端面跳動為0.03mm，徑向跳動為0.03mm，最小薄壁厚為1.2mm，前后安裝邊上有直徑大小不同的孔共100多個，位置度要求為0.06mm、0.1 mm。由于以往沒有加工過這類由大量葉片焊接連接而成的大直徑薄壁鈦合金組合件，因此無法對其變形給出確切數值。另外該組合件上有一種樹脂材料和兩種涂層，分別為：含空心玻璃珠的RTV硅樹脂；面層材料為Metco601NS的涂層（底層材料為Metco450NS/KF-6）；以及Cu-Ni-In涂層，上述樹脂及涂層還是我公司首次使用，澆灌、噴涂工藝尚未有成熟工藝，其機加性能更是一無所知。通過本次攻關以四級靜子組件為突破掌握這類大直徑薄壁機匣、葉片焊接組合件的加工工藝，以及摸索上述三種涂層的加工性能，為其它類似零件提供借鑒數據，提升機加工藝能力，并為后續發動機的研制奠定工藝基礎。

關鍵詞：大直徑；薄壁機匣；葉片焊接；變形控制；涂層；加工工藝

1 引言

零～四級靜子組件是X20發動機低壓壓氣機機匣的主要部件，是焊接機匣，設計結構復雜，由內、外機匣與百余片葉片電子束焊焊接而成，零件壁薄剛性差，焊接變形大，設計精度要求高，造成機械加工難度大，組件上含有一種樹脂材料和兩種涂層，分別為：含玻璃珠的硅樹脂；面層材料為Metco601NS的涂層（底層材料為Metco450NS/KF-6）；以及Cu-Ni-In涂層，上述樹脂及涂層還是我公司首次使用，澆灌、噴涂工藝尚未有成熟工藝，其機加性能更是一無所知，故組合件的加工工藝路線的制定難度較大。通過工藝攻關解決零件的首件加工研制，同時也為其它相似件的加工提供寶貴的經驗。

2 零件簡介

零件屬于大型薄壁焊接環形機匣，由內環、外機匣、葉片等組成。零～四級靜子組件中最大直徑Ф1028.5mm，最高軸向高度為126.7mm，尺寸精度要求高，其形位公差要求嚴，安裝邊端面跳動為0.03mm，徑向跳動為0.03mm，最小壁厚為1.2mm，前、后安裝邊上有直徑大小不同的精密定位孔及螺栓連接孔共100多個，精密定位孔位置度要求為0.06mm。零～四級靜子組件內環內表面有含空心玻璃珠的硅樹脂，為轉子配合處，二、三、四級機匣的內流道表面有Metco601NS涂層，為轉子葉片配合處。四級機匣內環Cu-Ni-In涂層。

3 總體方案

3.1 設備選擇

零～四級靜子組件設計要求型面尺寸及技術條件精度高，因此加工工序采用高精度數控設備，以便獲得高的尺寸精度及形位公差。加工中選用以下設備：臺灣數控立車、雙柱精密立式加工中心。

3.2 控制變形采取的措施

（1）減少單件機加殘余應力帶到焊接組件中：合理劃分零件機匣殼體加工階段、均勻去除加工余量。零件加工過程主要分為粗加工、半精加工和精加工三個階段，粗加工階段去除毛料大部分加工余量，材料去除量較大、切削用量較高、切削力較大，存在一定的加工應力，因此粗加工后要安排消除應力熱處理，去除加工應力；半精加工階段的目的是使精加工的余量更為均勻，進一步釋放加工應力；精加工階段的加工余量較小、余量去除更為均勻，切削力較小，加工應力分布均衡，零件變形較小。機匣殼體組合加工尺寸均勻留3mm余量，在組件中劃分半精加工、精加工兩個加工階段，在半精加工中增加修復基準安排，保證零件加工定位面的精度（即平面度），使加工零件處于良好的裝夾狀態，避免零件精加工中壓緊變形。（2）內、外表面對稱循環車削加工。由于機匣壁厚較薄，零件剛性較差，零件在切削力的作用下會產生變形，通過控制切削深度，內、外表面交替循環車削，能夠減小零件變形。（3）根據零件材料和結構，合理選擇加工刀具，確定合理的切削參數。（4）采用合理的零件裝夾方式，軸向壓緊、徑向定位，加工中增加輔助支撐要求，增強零件工藝系統剛性，以減小零件加工變形。（5）采用數控加工方法，能夠減少人為操作失誤，優化數控程序，合理選用加工刀具，優化切削參數，穩定加工質量，提高加工效率。（6）加工前，用劃線方式初步確定零件的余量分布狀況，進行調整，以劃線做為粗加工找正基準。

3.3 關鍵工序分析

（1）劃線工序。靜子組件焊后熱處理消除殘余應力，半成品變形，半精加工無基準，需安排劃線，對余量進行調整及基準確定，加工后使所有機加表面均能滿足設計規定尺寸要求，加工面至非加工表面的尺寸也應符合設計圖規定尺寸要求。（2）定位基準面的加工。定位基準是零件高精度尺寸、技術條件的保證。在確定定位基準時，不能只考慮單個工序，要對整個定位基準進行分析。加工過程中，需要進行定位基準的轉換，這就要求轉換的基準也有較高的精度要求。機匣殼體由于結構復雜，壁薄，容易產生加工變形，定位基準面的實際狀態是對變形量控制的關鍵，即平面度要滿足高精度尺寸、技術條件的要求。（3）精車加工。加工后壁厚僅有1.2mm，該處加工尺寸小、壁薄、結構剛性差，導致加工切削力大，加工過程中存在讓刀和變形現象，使型面難以加工，須選擇合適的加工參數。（4）對玻璃珠硅樹脂、Metco601NS、Cu-Ni-In涂層的加工： 靜子組件為焊接組件，其需進行焊接、真空熱處理、澆注硅樹脂、噴涂金屬涂層、車加工等工序，因此必須解決三種特殊涂層工序安排問題。考慮到零件大、壁薄、變形，Metco601NS涂層單邊厚度2 mm ，Cu-Ni-In涂層單邊厚度僅有0.04～0.12厚，真空熱處理對涂層結合力有影響，因此決定在組合件中車涂層基體尺寸后進行噴涂。三種特殊涂層尺寸加工在組件中最終完成，保證與安裝邊定位止口跳動要求，而且可以減少零件周轉過程中對涂層造成的損傷。涂層的安排順序為：焊接組件→澆灌硅樹脂→車加工Cu-Ni-In、Metco601NS涂層基體尺寸→噴涂Cu-Ni-In、噴涂Metco601NS涂層→車加工灌硅樹脂、Cu-Ni-In、Metco601NS涂層。

結語

通過對零～四級靜子組件的工藝研究及試驗加工，掌握了此類有多種涂層的薄壁焊接零件的加工方法、工藝路線和多種涂層材料應采用的切削參數。此次試驗加工的成功，為其它相似類零件的加工，打下了良好的基礎。

參考文獻

[1]工程材料實用手冊[M].北京：中國標準出版社，2002.

[2]金屬切削手冊[M].上海：上海科學技術出版社，2011.

[3]航空材料學與金屬加工工藝[Z].沈陽黎明航空發動機集團公司.

中圖分類號：TG493

文獻標識碼：A