以關鍵件試制過程探索修理科研內涵

桂敏 羅沿進/襄陽航泰動力機器廠

以某型空氣發生器離心葉輪的試制過程為對象，介紹了裝備修理企業以修理科研模式開展關鍵零備件制造的流程及質量控制關鍵環節，對比分析了修理科研與一般科研的差異，從延伸修理理念、設計修理標準、解決修理瓶頸問題等角度總結了修理科研的內涵，指出修理科研是航空修理企業的核心競爭力。

襄陽航泰動力機器廠歷經19 個月，開展了某型空氣發生器離心葉輪試制工作（見圖1），通過了超轉、破裂試驗考核、長試考核、出廠鑒定。離心葉輪因其結構復雜且為關鍵部件，從最初認識不足導致試制中斷到從嚴要求順利通過鑒定，經歷了極其艱苦的試制過程，正是這種歷程引發了工廠對“修理科研”的深刻思考。因此，以離心葉輪試制為案例，總結提煉了修理科研思想，可為后續其他修理科研工作的開展提供借鑒經驗。

1 修理科研路徑分析

圖1 某型空氣發生器離心葉輪三維圖

結合離心葉輪試制，可將修理科研分為工藝設計輸入→工藝設計→試制→試驗驗證→可靠性研究→批生產六個階段。修理科研打破了傳統科研模式，從原有就產品論產品的思路，延伸到掌握產品功能、主要故障、可靠性研究等方面。對比修理科研與一般科研路徑，主要有以下特點：

1）強調工藝設計過程

修理科研注重工藝設計過程，將樣件加工作為工藝設計中的一環，通過樣件加工驗證工藝合理性，同時將外場故障信息、可靠性研究成果等作為工藝設計的輸入，不斷優化完善工藝，形成系統性工藝設計理念。

2）增加可靠性研究內容

修理科研根據航修企業特點，單獨提出需求進行可靠性研究，主要是針對內外場故障情況，應用先進制造技術，提高抗疲勞性能，保證產品質量。

3）重批生產能力的形成

一般科研未對批生產提出要求，而修理科研最終目標是實現批生產，使技術攻關成果、可靠性研究成果等能解決實際問題，轉化為生產力，而不是停留在研究層面。

2 修理科研過程控制

2.1 將技術狀態對接、故障統計分析、產品結構原理分析作為工藝設計輸入

1）開展技術狀態對接，確保設計、試驗標準統一。將離心葉輪制造所需圖樣、技術標準與總師單位進行對接，確保其現行有效；明確離心葉輪試驗驗證考核項目，對接試驗考核大綱，如超轉破裂試驗大綱、考核試車大綱，保證設計、試驗標準與總師單位技術狀態一致。

2）分析故障信息，將其作為制造工藝的控制點。統計離心葉輪外場故障信息，主要有葉片前緣掉塊和表面點狀腐蝕兩類故障，故障率分別約為2%和3%；收集故障分析資料，相關文獻已針對離心葉輪進氣邊中部出現的宏觀裂紋原因進行了分析，葉片前緣點腐蝕坑底的沿晶微裂紋性質為應力腐蝕裂紋，葉片表面點腐蝕對疲勞裂紋萌生與擴展起到促進作用。依據故障信息分析結果，確定離心葉輪制造時應重點控制葉片質量，特別是葉片前緣1/3部位不準有腐蝕現象。

3）分析結構原理，為離心葉輪制造提供理論支撐。對離心葉輪進行有限元分析（見圖2），模擬真實約束狀態，按真實受力條件進行加載，得到最大轉速下的應力云圖和位移云圖。從應力云圖可以看出，應力集中在離心葉輪底部R角處，其值較低，故該位置不容易損壞。從位移云圖可以看出，變形量最大位置出現在葉片前緣1/3 部位，理論分析結果與外場故障情況一致。

開展技術狀態對接，確保源頭文件不出現偏差，實現設計、制造、試驗標準統一。同時進行故障統計分析、結構原理分析，發現影響產品質量的隱性問題點，全面了解產品功能、結構特點。

圖2 有限元模擬葉輪應力分布情況

2.2 改變工藝設計理念，由工藝編訂思維向系統化工藝設計思維轉變

1）消化圖樣及相關技術標準；收集類似零件加工工藝資料；與承制廠進行工藝對接，確定主要工藝路線。

2）依據工廠實際情況、技術狀態對接成果及故障信息分析結果，初步完成試加工工藝設計，并組織系統內外專家進行評審。

3）加工樣件，驗證工藝。加工時，技術人員全程跟產，及時了解、發現問題，完善工藝。

4）開展風險評估，識別風險源并采取對應措施。采用“九新分析法”，對設計開發、生產過程控制和產品實現進行全過程、全流程、全要素的質量安全風險分析，識別風險源。按照GJВ/Z1391《故障模式、影響及危害性分析指南》，采取FMECA 分析方法和故障模型，對生產過程從技術文件輸入、試制、試驗驗證等方面開展風險評估，識別出技術風險和進度風險為兩類重要風險。其中，技術風險有技術文件輸入、技術準備、試驗驗證三個風險源，進度風險有加工過程、特殊過程兩個風險源，并對風險源進行控制。

5）重新識別關鍵過程并加強控制。離心葉輪工藝設計時，除對圖樣要求的關鍵過程進行嚴格控制外，還結合產品功能、外場故障等重新識別關鍵過程，將葉型加工、外輪廓加工、硫酸陽極化增加為關鍵過程，降低出錯風險，提高產品可靠性。

加工時，技術人員全程跟產，將問題解決措施優化進工藝。同時關注可靠性研究、風險評估、關鍵過程識別等結果，應用質量管理手段分析產品實現全過程，持續改進工藝，用系統性思維來開展工藝設計。

2.3 更新試制觀念，用批生產思維指導試制工作

試制以小批量為主，以前試制時未充分考慮批量生產模式，在轉批生產后可能出現質量波動。

離心葉輪試制時，各重難點工序除進行技術攻關外，還按批生產要求，配齊工夾量具，并開展針對性培訓工作。如設計制造11 套工夾量具，外購4 套專用三爪內徑千分尺，增加工夾具數量，確保批生產需求。試制時，操作人員技能培訓、工夾量具配備及設備配備均按批生產要求進行，為實現批生產能力奠定堅實基礎。

2.4 從設計角度明確試驗驗證項目，全面考核產品性能指標

以前關鍵、重要件試驗考核主要進行搭車長試，并未從設計角度出發全面考核產品強度、剛度、壽命等性能指標。離心葉輪按GJВ3971《航空燃氣渦輪輔助動力裝置通用規范》要求，結合技術狀態對接成果，與總師單位共同編訂試驗方案，明確進行動平衡、頻率測量、超轉試驗、破裂試驗、試車考核五項試驗，涉及產品強度、剛度、壽命、振動穩定性四大方面。

工廠開展動平衡、頻率測量對標工作，驗證自有動平衡、頻率測量技術的有效性。按工藝考核大綱要求，通過超轉試驗、破裂試驗和長試考核，全面考核自制離心葉輪質量。

2.5 應用先進制造技術，由按圖制造向抗疲勞研究延伸，開展可靠性研究

過去零備件制造滿足于獲得圖樣要求的幾何尺寸和位置精度，并沒有考慮產品表面質量對其使用壽命的影響。離心葉輪試制時，應用表面完整性知識開展了抗疲勞制造研究。

1）提高葉型表面完整性。一方面，開展葉型拋光研究，降低葉型表面粗糙度值，應用組合拋光方法，解決了鋁合金手工拋光不均勻難題，將設計圖樣要求的表面粗糙度值不大于Ra0.8μm 降低為不大于Ra0.4μm。另一方面，改進硫酸陽極化工藝，提高了表面質量。

2）控制葉型加工參數，使葉型表面呈壓應力狀態，提高了離心葉輪的抗疲勞性能。應用正交試驗法，分析得出加工方式及步距大小均會影響葉型表面應力性質，依據試驗結果，確定葉型加工參數。通過對加工參數的控制，使其表面殘余應力為壓應力狀態；降低葉型表面粗糙度值，提高葉型表面完整性，減少疲勞源，提高了離心葉輪的抗疲勞壽命。

2.6 組建批生產團隊，注重工序過程銜接,為產品質量提供保障

一般件試制轉批生產時操作人員可不固定，但關鍵件所有特性要求都很苛刻，對每個工序都提出了更嚴格的要求：一是既要關注本工序，還應關注下工序，特別是不同專業工序間要做好銜接，避免由于彼此專業互不了解而出現質量問題；二是成立以試制人員為主的專項生產小組，參與試制人員有經驗，對產品重要性、本工序及下工序應把握的重點、操作要點、注意事項等均比較清楚，可避免錯誤重復發生；三是除了關鍵過程進行“三定”外，對于一般工序的操作人員、檢驗人員、工裝、設備、工藝方法也做出明確規定，即非生產小組成員不允許加工該產品，不在工藝中的工裝、設備不得加工該產品，未按工藝加工的產品即使合格也不予驗收。四是注重各工序間的銜接，組成以試制人員為主批生產團隊，固定所有工序人員、設備、操作方法，保證了產品質量的穩定，實現了試制到批生產的順利過渡。

3 修理科研的內涵

修理科研的提出厘清了思路，明確了方法，找到了解決問題的抓手，建立了科學的修理思想。

1）修理科研延伸了修理理念

設計是航空裝備研發維修的基礎，修理科研實現了裝備壽命的向前延伸，理解了裝備設計思路和理念，掌握了設計和試驗數據，避免為“修理”而“修理”的閉門造車問題，實現了與研制單位技術標準對接，保持了與設計實驗技術標準、制造技術狀態的統一。

2）修理科研設計了修理標準

突破了傳統技術方案和技術標準編制誤區，將裝備設計制造階段的研制設計、試驗驗證、故障信息以及航空修理企業掌握的內外場故障信息、研究措施以及分類統計分析結果等作為方案及技術標準設計的輸入，應用設計思維，開展考核指標、驗證方案、風險管控措施等設計工作，生成具有自主知識產權的航修標準。

3）修理科研解決了修理瓶頸

以解決實際生產難題為主，以實現批生產為目標，在原有技術基礎上，針對故障分析失效原因，總結預防措施，應用先進的制造技術對修理方法開展可靠性增長研究，解決修理生產中的“攔路虎”。因此，修理科研的提出貼合航修企業實際情況，是指導航修企業開展實際修理技術工作的方法，是一種先進的實用性修理思路。

4 結束語

某型空氣發生器離心葉輪試制是探索修理科研的一項具體實踐活動，認識由淺入深，從最初的“螺釘螺帽”到“關鍵件”再到“修理科研”，踐行了修理科研理念。修理科研的目標是：做完一個科研項目，掌握一個產品；修理科研的宗旨是：做到技術見底，狀態可控；修理科研的意義是：航修科技進步的關鍵。抓住了修理科研，就抓住了航修企業的核心競爭力。