航空發動機噴嘴關鍵工序加工及裝備

哈爾濱東安實業發展有限公司 張智秋 賈峰

航空發動機噴嘴關鍵工序加工及裝備

哈爾濱東安實業發展有限公司 張智秋 賈峰

隨著我國經濟建設和航空工業的迅速發展，國家對航空發動機及其他航空產品的需求越來越大。航空發動機是高技術產品，其組成的零部件多達幾千種，品種繁多、技術復雜、要求高。

航空發動機噴嘴作為整個發動機的核心零件，加工精度和質量對燃油分布、霧滴尺寸、燃燒完全度、點火、出口溫度場、潤滑和排放污染等均有很大的影響。本文主要對燃油噴嘴的加工進行論述。

航空發動機噴嘴產品概述

1.產品特點及分類

噴嘴分為滑油噴嘴和燃油噴嘴兩大類?？讖揭话銥棣?.3～0.8mm。滑油噴嘴為各潤滑系統中的末端零件，用于對潤滑點或部位進行噴油，以保證運動部件的正常工作。燃油噴嘴為各燃油系統中的末端零件，為發動機燃燒室提供燃油。

2.燃油噴嘴產品的特點

燃油噴嘴的功用是將燃油霧化，加速混合氣體的形成，保證穩定的燃燒和提高燃燒效率。航空發動機的燃油噴嘴有：離心噴嘴、氣動噴嘴、蒸發噴嘴和甩油盤式噴嘴。燃油噴嘴中的兩個重要件為啟動噴嘴前部和旋流器。如下圖所示，旋流器起到旋流作用，燃油從兩槽中進入旋流室內，從旋流室旋流，在壓力的作用下產生離心力使燃油高速旋轉到啟動噴嘴前部的102°錐角內，燃油高速旋轉通過φ0.32mm的中心孔，在壓力的作用下產生霧化及霧化角。霧化角的大小由啟動噴嘴前端的80°錐角決定。

其工作原理是燃油在油壓的作用下沿切向噴油槽進入噴嘴腔內，高速旋轉，從噴口噴出時，在離心力的作用下霧化，形成旋轉的圓錐油霧層，與來自渦流器的旋轉氣流相撞、混合形成混合氣。燃油噴嘴對發動機燃燒室工作性能有重大影響，所以燃油噴嘴的要求很嚴格，要求霧化程度、霧化角度、小壓力下的霧化程度與角度、大壓力下的噴嘴流量及噴嘴的燃油分布均勻度情況嚴格執行工藝。

燃油噴嘴關鍵工序加工

1.材料選擇及特點

燃油噴嘴的材料一般為高溫合金鋼。材料力學性能要求很高，一般生產工藝根本無法達到技術條件要求。通過強化工藝使該材料達到要求的力學性能強度，即布氏硬度為150HB，含碳量wC=0.05%～0.10%。

噴嘴的工藝特點為微孔加工，既要保證孔徑尺寸，又要保證噴口的角度和表面粗糙度要求，在鉆孔后需要研磨。加工時切削速度v=15～

50m/min，進給速度f=0.005mm/r。

2.工藝流程

（1）加工流程：車工→車工→調質處理→車工→車工→磨工→鉆內孔→粗鉆油孔→精鉆油孔→研磨噴口的角度→檢驗→性能試驗→檢驗→洗滌→包裝。

（2）關鍵工序。本零件小，硬度高，要求精度高，零件在加工過程中難度大。加工時定制專用插槽刀具和專用過中心刃的鉸刀。由于在加工零件時沒有5軸加工中心，所以想到將自定心夾盤夾在高精度分度盤上，找正中心進行加工。由于槽深0.25mm，用專用插刀分5刀進行加工，每次進刀0.05mm。由于是插槽加工，所以表面粗糙度值Ra很難達到0.8μm，所以本道工序留有0.02mm余量，在特種研磨機進行研磨加工槽的Ra=0.8μm，保證槽的公差精度。

經過幾次現場加工發現加工φ1.7mm孔徑時，中心有凸起。經分析是因為鉸刀的橫刃沒有過中心，后經橫刃過中心的刀具加工后才得以解決。

本道工序訂制專用鑄鐵研磨棒來研磨K面（文中未注出），保證K面的表面粗糙度值Ra=0.4μm。本道工序為重要工序，一次加工零件中所有重要尺寸.由于使用高精度轉盤，使零件旋轉時的誤差控制到最小，保證零件兩槽的角度和對稱性。由于是一次加工使φ1.7mm與兩槽的接刀幾乎沒有，有的只是機床誤差，更好的保證了零件的跳動和尺寸精度。

本道工序槽尺寸測量，用萬能工具顯微鏡進行測量。將零件放大到30倍時，找正零件的4方的一邊，找正零件內孔中心進行測量兩槽的對稱性和兩槽的寬度、深度及角度尺寸。通過萬能工具顯微鏡可以看出零件的缺陷。通過顯微鏡下可對零件進行細微的調整。

3.加工設備配置

（1）設備配置的原則。設備配置以保證產品質量，滿足生產規模為前提，所選設備將充分考慮其先進性、實用性、經濟性。

（2）主要設備。主要設備有七軸五聯動立式加工中心、五軸五聯動鏜銑加工中心、數控內圓磨、慢走絲數控線切割機床、研磨機、三坐標測量機、萬能工具顯微鏡和燃油噴嘴性能試驗器等。

1）七軸五聯動立式加工中心：定位精度0.005mm，重復定位精度0.003mm，橫向X軸行程≥400mm，縱向Y軸行程≥200mm，垂直方向Z軸行程≥410mm，背向加工單元F軸行程≥300mm，裝刀主軸最大轉速≥30 000r/min，工件旋轉E軸車削時最大轉速≥6 000r/min。

2）五軸五聯動鏜銑加工中心，用于各種噴嘴零件的加工。設備的主要性能參數為：工作區域及行程600mm/450mm/450mm，光柵尺測量系統分辨率0.000 1mm、旋轉0.001°，直線軸快速進給65m/min，X、Y、Z軸定位精度4μm，重復定位精度2μm，A、C軸定位精度7"，重復定位精度4"。

3）數控內圓磨用于套類零件的內圓精加工。設備的主要性能參數為：磨孔直徑為10～100mm，磨孔長度為125mm，工件轉速為50～500r/min，砂輪轉速15 000r/min，進給分辨率0.001mm，圓度0.010 mm，圓柱度0.003mm，表面粗糙度值Ra=0.16μm。

4）慢走絲數控線切割機床用于復雜結構件的復雜內輪廓及滑油泵擺線齒輪的加工。設備的主要性能為：加工精度≤0.005mm，最大加工速度≤220 mm2/min，最佳加工表面粗糙度Ra≤0.5μm，最大工作尺寸900mm×670mm×210mm，最大加工厚度210mm，最大切割錐度/工作厚度30°/100mm，電極絲直徑0.15～0.3mm，電極絲運行速度1～12m/min。

5）研磨機用于滑油及燃油噴嘴的噴口部位加工，以保證噴口的角度精度和表面粗糙度要求。

6）三坐標測量機。工廠現有三坐標測量機2臺，承擔全分廠零件的檢測工作，現已處于超負荷運行狀態，無剩余能力承擔零件的檢測工作。因此需新增三坐標測量機。設備的主要性能為：行程范圍1500mm×900mm×700mm，MPEE 為0.9+L/400μm，MPEP＜1.0μm。

7）萬能工具顯微鏡用于入廠產品材料顯微組織的觀察和分析及復驗。設備的主要性能為：放大倍數為50×～1000×，采用光陷阱技術，光學部件具有防霉功能。

8）燃油噴嘴性能試驗器。燃油噴嘴是發動機的一個關鍵部件，主要是為燃燒室提供高質量的油霧。燃油的霧化、液霧的蒸發、液霧的運動軌跡及燃油濃度的分布對燃燒室的點火、燃燒效率、燃燒穩定性和熄火邊界、燃燒室出口溫度場和火焰筒的壽命等影響非常大，因此，需要通過試驗來檢測噴嘴的加工后的性能。

試驗器的主要技術參數為：最大燃油壓力15MPa，最大燃油流量150kg/h，燃油流量誤差≤1.0%，燃油霧化錐角范圍0°～90°，霧化空氣流量誤差≤1.5%，壓力測量誤差≤0.5%，霧化顆粒誤差≤5.0%，粒徑測量范圍0.5～850μm，粒徑測量精度＜3%。□