出口封嚴(yán)機(jī)匣的加工技術(shù)

摘要：蜂窩封嚴(yán)結(jié)構(gòu)是當(dāng)今先進(jìn)航空發(fā)動機(jī)采用的重要封嚴(yán)結(jié)構(gòu)。蜂窩封嚴(yán)結(jié)構(gòu)是由六邊形小格子金屬蜂窩芯與外環(huán)座經(jīng)高溫釬焊而成，用于航空發(fā)動機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、壓縮機(jī)、汽輪機(jī)的級間封嚴(yán)。某封嚴(yán)機(jī)匣是一個較復(fù)雜的蜂窩焊接結(jié)構(gòu)件，這類零件的加工涉及機(jī)匣內(nèi)外流道的加工，蜂窩的制造、加工和磨削技術(shù)。 因此，研究短環(huán)形火焰筒的加工技術(shù)具有較大的現(xiàn)實(shí)意義。

Abstract： Honeycomb seal structure is an important seal structure used in today's advanced aeroengine. Honeycomb seal structure is made of hexagon small lattice metal honeycomb core and outer ring seat by high temperature brazing. It is used for inter-stage seal of aero-engine， gas turbine， compressor and steam turbine. A sealing casing is a complex honeycomb welding structure. The processing of this kind of parts involves the processing of the inner and outer flow passage of the casing， and the manufacturing， processing and grinding of the honeycomb. Therefore， it is of great practical significance to study the processing technology of short annular flame tube.

關(guān)鍵詞：封嚴(yán)機(jī)匣;數(shù)控加工;蜂窩焊接;高溫釬焊

Key words： sealing casing;CNC machining;honeycomb welding;the high temperature brazing

中圖分類號：TK473? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2020）22-0102-02

1? 出口封嚴(yán)機(jī)匣的工藝技術(shù)分析

出口封嚴(yán)機(jī)匣的加工表面主要由內(nèi)腔、外壁、左右端面和安裝配合止口、螺釘孔等組成，其內(nèi)腔被一安裝法蘭止口分成左右兩腔。外壁流道表面的粗糙度Ra1.6，對右端安裝止口及端面的跳動不大于0.05mm，內(nèi)部兩處配合止口表面的直徑尺寸分別為？準(zhǔn)438和？準(zhǔn)398.7左右，配合精度為H7，對右端安裝止口及端面的跳動不大于0.05mm。零件整體為環(huán)形薄壁結(jié)構(gòu)，壁厚差不大于0.1mm。機(jī)匣環(huán)座的左端焊有蜂窩，出口封嚴(yán)機(jī)匣為一薄壁大型環(huán)形機(jī)匣，各表面及各配合止口表面要求較高，又與焊接蜂窩和熱處理等工序交織在一起。經(jīng)過分析，封嚴(yán)機(jī)匣零件的主要加工難點(diǎn)：①內(nèi)外部光滑流道表面的加工;②蜂窩封嚴(yán)結(jié)構(gòu)的制造技術(shù);③蜂窩結(jié)構(gòu)封嚴(yán)機(jī)匣大孔徑的電火花磨削工藝;④內(nèi)腔配合法蘭上36個螺栓孔的加工。

2? 實(shí)際加工及工藝難題解決

2.1 內(nèi)外部光滑流道表面的加工

2.1.1 內(nèi)外壁流道表面加工工藝方案的選擇

內(nèi)外壁的流道表面主要由圓柱面、錐面及過渡轉(zhuǎn)接R組成，R的尺寸較多，有R50、R5、R2、R1等，這些表面用傳統(tǒng)的加工方法是在普通車床上加工完成的。加工的表面光度較差，R處很難光滑轉(zhuǎn)接，加工時由于切削參數(shù)不穩(wěn)定，因此產(chǎn)生較大的切削應(yīng)力，容易使零件產(chǎn)生變形，加工后內(nèi)外壁厚差很難保證。而采用數(shù)控車床就有很大的優(yōu)勢，能有效地保證產(chǎn)品質(zhì)量和提高生產(chǎn)效率。本零件的精加工工序，采用CKS6180A數(shù)控臥式車床，使用FANUC0-TC系統(tǒng)來完成車削加工。

2.1.2 擬定工藝方案

①分析工件確定加工部位及順序。出口封嚴(yán)機(jī)匣為一端帶法蘭邊的薄壁環(huán)形盤類零件，整個零件的內(nèi)外表面均需要加工。從整個工件的結(jié)構(gòu)上看，加工順序?yàn)椋很囉叶嗣妗囅饔叶藘?nèi)腔里段（至R50處）→車削右端內(nèi)腔外段（包括右端止口）→車削外部流道表面（190.5范圍）→車削左端內(nèi)腔里段→車削左端內(nèi)腔外段。各部位的加工精度不同，需要合理的選擇和控制切削參數(shù)。②確定工件裝夾方式。由于出口封嚴(yán)機(jī)匣為薄壁環(huán)形零件，只能采用軸向壓緊的辦法，在此前的加工中已經(jīng)考慮到為此工序預(yù)留的工藝安裝邊（如圖1所示）。在立車修復(fù)基準(zhǔn)的工序中用壓板逼平加工的方法，加工了左右端面作為數(shù)控精加工的基準(zhǔn)。零件分別以F面、E面為基準(zhǔn)，軸向壓緊來進(jìn)行加工。③刀具的選擇。依據(jù)加工部位、加工順序和加工精度要求綜合考慮選擇刀具。采用肯納數(shù)控機(jī)夾刀具，牌號為SVHBR-2525M16加工右端內(nèi)腔里段的內(nèi)孔止口和內(nèi)端面，此種刀具主偏角為107.5°，特點(diǎn)是可以兼顧內(nèi)孔與端面的切削，綜合性能較佳。采用肯納數(shù)控機(jī)夾刀具，牌號為SVHBL-2525M16加工右端內(nèi)腔外段各表面，采用反走刀加工。采用肯納數(shù)控機(jī)夾刀具，牌號為SVJBL-3225P16加工外部各型面，保證壁厚5+0.1mm。零件掉頭裝夾后，分別采用SVHBR-2525M16和SVHBL-2525M16加工左端內(nèi)腔各表面。④選用切削液，使用乳化油水溶液作為切削液。

2.2 蜂窩封嚴(yán)結(jié)構(gòu)的制造技術(shù)

2.2.1 蜂窩芯激光拼焊技術(shù)

對于厚度小的蜂窩芯采用單排點(diǎn)焊就可以滿足要求，對于厚度大于5mm的蜂窩采用雙排焊。采用YAG激光器進(jìn)行焊接。主要參數(shù)有：脈沖寬度、焊接電壓、離焦量。由于焊接材料很薄，厚度僅為0.05mm，容易出現(xiàn)中心穿孔現(xiàn)象。因此，必須科學(xué)合理的選擇焊接參數(shù)，在獲得一定焊點(diǎn)直徑的同時應(yīng)避免出現(xiàn)打孔現(xiàn)象，從而得到較高的焊點(diǎn)焊接強(qiáng)度。

2.2.2 蜂窩封嚴(yán)結(jié)構(gòu)釬焊技術(shù)

①蜂窩封嚴(yán)結(jié)構(gòu)是一種特殊的釬焊結(jié)構(gòu)，在待焊零件中，一件是剛性外環(huán)，另一件是柔軟的蜂窩芯，這與剛性件之間的釬焊有很大區(qū)別。釬焊工藝主要取決于零件結(jié)構(gòu)，釬料及母材性能，同時要兼顧材料的熱處理特性。出口封嚴(yán)機(jī)匣的結(jié)構(gòu)是由外環(huán)座與蜂窩芯經(jīng)釬焊而構(gòu)成，為保證在熱加工過程中不損傷材料性能，應(yīng)盡量減少材料的加熱次數(shù)。釬焊工藝應(yīng)與環(huán)座的固溶處理工藝相匹配，即能將兩種工藝合并起來一次進(jìn)行，這樣既可防止因多次熱循環(huán)而降低材料的使用性能，又可大大提高經(jīng)濟(jì)性。②熱循環(huán)過程中的變形控制。出口封嚴(yán)機(jī)匣的環(huán)座是由鍛件經(jīng)機(jī)加工而成，它的特點(diǎn)是;薄壁件，剛性差;直徑一般在300～800mm之間;環(huán)座內(nèi)部存在機(jī)加工內(nèi)應(yīng)力。因此，在釬焊的熱循環(huán)過程中，由于相變、內(nèi)應(yīng)力釋放和材料在高溫下屈服強(qiáng)度降低，就會使零件產(chǎn)生變形，主要表現(xiàn)在橢圓度和端面跳動上。因此，在實(shí)際加工中制定的熱循環(huán)工藝上，采用升溫速率不大于15℃/min的辦法，使環(huán)座加工應(yīng)力緩慢、均勻的釋放，避免應(yīng)力不均而造成過大的橢圓度。③釬料及工藝參數(shù)的選擇。通過選擇合適的釬料，并針對環(huán)座材料的固溶工藝特點(diǎn)，選擇合適的釬焊溫度、保溫時間等工藝參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了出口封嚴(yán)機(jī)匣環(huán)座與蜂窩進(jìn)行焊接的同時對環(huán)座材料進(jìn)行了固溶處理，使釬焊質(zhì)量和環(huán)座材料只經(jīng)一步工序同時達(dá)到設(shè)計(jì)要求，提高了經(jīng)濟(jì)效益。

2.2.3 蜂窩釬焊質(zhì)量無損檢測技術(shù)

目前，對該類構(gòu)件的無損檢測方法，國外主要有超聲波和液體滲漏法，國內(nèi)主要有液體滲漏法和激光檢測法，從檢測的效果看，這兩種方法還不成熟。因此，根據(jù)技術(shù)發(fā)展的需要，結(jié)合現(xiàn)有封嚴(yán)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及國內(nèi)現(xiàn)有檢測手段、方法和技術(shù)條件，吸取國外先進(jìn)技術(shù)和研究成果，擬采用超聲法。超聲法系統(tǒng)的構(gòu)成，包括KGCJ高頻超聲檢測儀、探頭。其檢測過程為：通過檢測儀激勵探頭發(fā)出聲波，經(jīng)構(gòu)件作用后，反饋于探頭，顯示在檢測儀上，根據(jù)探頭接收到由釬焊部分反射回來的聲波的多少來判別缺陷。

2.3 蜂窩結(jié)構(gòu)封嚴(yán)機(jī)匣大孔徑的電火花磨削工藝

2.3.1 蜂窩件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、技術(shù)要求和工藝分析

①蜂窩件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：它是由0.05mm厚的GH536金屬箔壓型，組焊成一種蜂窩孔狀結(jié)構(gòu)將其焊接在機(jī)匣環(huán)座的轉(zhuǎn)動密封部位，蜂窩孔的端面加工成與其相配的篦齒盤外徑相一致的精密環(huán)形孔，它可以有效地實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動密封，減少發(fā)動機(jī)的流體損失。②技術(shù)要求和工藝分析：使用了蜂窩結(jié)構(gòu)的出口封嚴(yán)機(jī)匣。其孔徑的尺寸精度和位置精度要求較高，該類零件剛性差，不適于承受機(jī)械加工的切削力，采用車、磨加工產(chǎn)生的大量毛刺無法清除，蜂窩孔壁只有0.05mm，容易發(fā)生加工變形扭曲，一般機(jī)械加工不能滿足零件的技術(shù)要求。

2.3.2 不同工藝方法的分析比較

①機(jī)械切削加工：如前所述不能采用普通車削、磨削加工蜂窩件。如果采用高速磨削效果會好些，但不能根本改變切削加工的變形，尤其不適于剛性較差的零件。②電解加工：可以采用不同形式的電解工藝加工蜂窩件。成形電解、電解車由于需要較大的介質(zhì)沖刷力，不利于弱剛性零件的加工，只有電解磨削是一種可取的加工工藝。它的特點(diǎn)是加工后表面質(zhì)量好，電極不損耗或損耗很小，缺點(diǎn)是會帶來零件和環(huán)境的污染。③電火花磨削加工：該工藝是利用脈沖放電的能量燒蝕被加工表面的金屬，使之達(dá)到所需尺寸。其特點(diǎn)是工具和電極間始終處于間隙狀態(tài)，可以認(rèn)為沒有切削力，介質(zhì)沖刷力較小或沒有，非常適于蜂窩零件的加工。其加工電極有損耗，加工效率較低。綜上所述，針對蜂窩的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，采用電火花磨削加工工藝最適宜。采用電極局部放電徑向進(jìn)給的磨削方式，電極的損耗可以通過電極的進(jìn)給予以補(bǔ)償。

3? 加工工藝方案選擇制定

出口封嚴(yán)機(jī)匣為一薄壁大型環(huán)形機(jī)匣，各表面及各配合止口表面要求較高，又與焊接蜂窩和熱處理等工序交織在一起，因此在工藝設(shè)計(jì)階段反復(fù)研究了加工方案，力爭加工方案可靠、高效。控制和減少零件的加工變形始終貫穿于出口封嚴(yán)機(jī)匣加工的整個過程中。①合理劃分階段，出口封嚴(yán)機(jī)匣加工分為粗車、細(xì)車、數(shù)控精車三個階段。粗加工階段主要是去除從去除大部分加工余量，提高生產(chǎn)效率。細(xì)車主要是為數(shù)控精車做準(zhǔn)備，并完成蜂窩焊接表面的加工。數(shù)控精車切除較少余量，所得到的精度和表面質(zhì)量都比較高。②合理安排加工順序，采用先基準(zhǔn)面，后其它面;先主要表面，后次要表面;先面后孔;先粗后精的原則。③根據(jù)不同加工階段，合理安排消除應(yīng)力處理，使各個加工環(huán)節(jié)產(chǎn)生的應(yīng)力逐一消除，將變形控制在最小范圍內(nèi)。④合理安排零件的裝夾方式，采用端面定位軸向壓緊的方法，合理設(shè)計(jì)了工藝安裝邊，保證了零件加工的順利進(jìn)行。出口封嚴(yán)機(jī)匣加工的工藝流程如下：鍛件→粗車→去除加工應(yīng)力→立車修復(fù)基準(zhǔn)→細(xì)車→蜂窩焊→熱處理→立車修復(fù)基準(zhǔn)→數(shù)控車→鉗加工各孔→車去除工藝法蘭→鉗去毛刺。

4? 結(jié)束語

蜂窩封嚴(yán)結(jié)構(gòu)是當(dāng)今先進(jìn)航空發(fā)動機(jī)采用的重要封嚴(yán)結(jié)構(gòu)。出口封嚴(yán)機(jī)匣的加工采用了多項(xiàng)航空發(fā)動機(jī)領(lǐng)域的先進(jìn)制造技術(shù)，這些技術(shù)是未來發(fā)動機(jī)必須采用的和正在研制改進(jìn)的先進(jìn)技術(shù)。出口封嚴(yán)機(jī)匣的加工成功為我所開展大尺寸蜂窩封嚴(yán)類結(jié)構(gòu)零件的加工摸索出了可靠高效的工藝方案。改變傳統(tǒng)做法，在數(shù)控車床上加工出口封嚴(yán)機(jī)匣的流道型面取得滿意效果，為我所類似結(jié)構(gòu)零件的加工積累了經(jīng)驗(yàn)。

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