飛機無擴口導管組件制造工藝

(海山實業發展總公司 河北 石家莊 050200)

引言

為了滿足當前航空導管系統減輕質量、提高壽命和增加可靠性的要求，無擴口導管被大量應用飛機管路系統之中[1]，并時刻承受著高強度載荷及管路高壓的多重負載。特別是連接質量裝配等問題更是對于整個飛機系統安全起著重大的影響。然而對于飛機大修而言，飛機管路的修理更是一項必不可少的工作。因此對于無擴口導管組件相關制造及工藝的研究是十分必要的。

目前對無擴口導管的研究大多局限于密封效果和密封機理，而關于無擴口導管的制造和測試分析等研究較少。所以本文先后對管套材料的選取及加工工藝進行分析確定，利用仿真軟件對其擠壓成形連接進行數值模擬，最終確定DN12無擴口導管內脹擠壓成形連接的參考脹形壓力為280 ～ 320Mpa。生產出完全滿足航標要求的導管組件。

一、無擴口導管組件材料及加工分析

(一)管套材料的選取及分析

管套是無擴口導管連接組件中的核心零部件，要求符合飛機上對于高壓力、高密封性、高疲勞強度等特點。0Cr12Mn5Ni4M03AL是上世紀50年代左右發展應用的一種新型材料，是介于馬氏體沉淀硬化不銹鋼與奧氏體沉淀硬化不銹鋼之間的一種過度型沉淀硬化不銹鋼。即有馬氏體不銹鋼的高強度，又有奧氏體不銹鋼的高韌性。

無擴口導管管套材料選為0Cr12Mn5Ni4M03AL，為得到更加準確的力學性能，對0Cr12Mn5Ni4M03AL棒材進行單拉試驗得到其力學性能數據如表1所示。

表1 0Cr12Mn5Ni4M03AL材料常溫力學性能

0Cr12Mn5Ni4M03AL具有很好的冷加工性能。因此很容易進行拉拔、冷軋、彎曲、深拉等加工。由于其較好的可塑性，它可以加工成到需要的形狀，隨后通過常溫時效加強。

(二)無擴口導管組件加工方案確定

針對無擴口導管管套的零件尺寸、表面粗糙度及其它技術要求，對加工方案作出以下設定：

(1)材料選擇：無擴口導管管套結構為中孔薄壁零件，胚料為棒材，故將其加工為內外圓均留有適當余量的中空毛坯料，并初步設定一根毛坯料加工5件產品ΦD*160mm。

(2)定位基準：無擴口導管管套零件圖軸向加工的尺寸基準為左端面，為保證加工零件誤差最小，設定加工順序為自左至右加工。

(3)擬定工藝路線：原材料粗加工→固溶+冰冷處理→精加工→時效→探傷。

(4)確定加工合適刀具。

(5)合理選用切削參數及刀具參數(吃刀量和進給速度等)。

結合上述加工方案對工件進行加工制造(如圖所1示)，經檢驗管套成品的誤差在設計圖紙公差允許范圍之內，經濟性合理，適用于批量制造，滿足大規模修理使用。然而工件經真空爐時效處理后，無擴口導管管套外觀顏色發灰，表面粗糙度較低，在成批完工后需對外密封型面進行拋光處理，使其達到規定要求。

圖1 管套加工實物圖

三、無擴口導管制造工藝的試驗驗證

(1)氣壓泄漏試驗：試驗件按規定最小力矩安裝，并用空氣或氮氣進行工作壓力或系統壓力試驗，入水中無氣泡漏出，保持5 min以上。

(2)耐壓試驗：試驗件按規定最小力矩安裝，以2倍工作壓力試驗，保持5 min以上，無滲漏和損壞。

(3)爆破壓力試驗：試驗件兩端管接頭留有20cm自由導管。半數試驗件以最小力矩安裝，其余以最大力矩安裝。當壓力升至耐壓壓力時，保持5 min以上。然后以140±35MPa/min增壓速度將壓力升至規定工作壓力的4倍或直至出現破裂或滲漏。低于4倍工作壓力時不應出現破裂或泄漏。

(4)重復裝配試驗：用最小力矩將導管組件及接頭連續完成8次裝配和分解。第3、5、8次擰緊后應經受住規定的耐壓試驗。

(5)連接強度試驗：試件固定在拉伸試驗機，以4±0.3mm/min速度給試件加力直至泄漏、拉脫或斷裂，導管拉力不小于航標規定值。

(6)脈沖試驗：試驗件以最小力矩連接，以耐壓壓力對試驗件試驗5 min。脈沖壓力峰值為工作壓力150%，頻率為每分鐘60±5次，壓力增加速率為775MPa/S-2100MPa/S，試驗件應經受住10萬次脈沖循環，試驗后進行耐壓試驗，過程中不得出現泄漏。

(7)彎曲疲勞試驗：試驗件以最小力矩安裝，工作壓力下經107次彎曲強度試驗，拉伸彎曲應力為導管材料強度極限的1/4(即σb/4)，過程中不允許有滲漏、破壞現象。

各試驗所需設備如圖2所示：

(a)氣驅氣體增壓試驗機 (b)氣體壓縮機

(c)氣驅液體增壓試驗機 (d)MTS單拉試驗機

圖2無擴口導管組件試驗驗證設備圖

四、結論

(1)管套材料為0Cr12Mn5Ni4M03AL，無擴口導管組件加工工藝路線為：原材料粗加工→固溶+冰冷處理→精加工→時效→探傷。

(2)脹形壓力為280Mpa時管壁前端凹槽處受到最大壓應變，而后隨壓力提高前端凹槽位置部分管材進入塑性區，導管與管套相互擠壓程度相對減弱。

(3)脹形壓力到320Mpa時后端凹槽處彈性變形達到最高值。而后增大壓力，后端凹槽位置管材進入塑性區。得出DN12無擴口導管內脹擠壓成形連接參考脹形壓力為280 ～ 320Mpa。