航空發動機薄壁焊接機匣變形控制技術研究

秦杰 王宇 郭書壹

摘要：文章針對某航空發動機機匣機加工藝，還有變形控制等進行了研究，將高溫合金機匣當作典型件，對機加工藝的開展過程進行了分析，制定了科學的工藝路線，對相關工藝參數等進行確定，以實現機加變形的充分控制，最大程度地實現設計要求，以期為有關人士提供參考。

關鍵詞：發動機;機械加工;變形控制;機匣

引言：

以某發動機機匣為例，其結構屬于新型結構，它由多個零件構成，包括鑄件結構及外機匣等，需要對機匣的變形進行控制。其機匣材料是鎳基時效合金，有著較為復雜的結構，其環形空間相對狹窄，機加水平相對較低，屬于薄壁機匣。因為內外機匣會存在很多接嘴及引起座，極易在切削以及磨等加工環境下出現變形，特別是外機匣變形，以及前后安裝邊變形，同時它還對機加中的軸向尺寸精度及同軸度有著非常高的要求，這使得機匣加工制造越來越困難，很難有效確保其設計尺寸。怎樣制定科學的工藝路線，達到對機加變形的有效控制，這是我們應該重點探討的課題。

1.強化材料特征

通過鎳基時效對高溫合金不銹鋼材料進行強化，可借助鎢級惰性氣體對其進行保護。因為其中存在鋁及鈦，在進行時效時，會產生r1二次相基體，有利于進一步強化高溫合金，提升其抗氧化能力，增強其熱強度。建議在固溶狀態下進行機加，以實現時效強化合金，當機加結束后需開展時效處理。基于固溶狀態開展作業，其難度會有所增加。因為r1強化相的產生，合金會比較強調應變開裂敏感。

除此之外，在加工的過程中，伴隨鋁及鈦含量逐漸變高，會促使材料性能相對下降，因為鋁及鈦的含量相對較多，其鑄件強度一般會很高，但是塑性相對較差，由于其內部相對疏松，還有著低熔點共晶物等問題，在實際進行機械加工時會存在很強的應力，從而導致裂縫的出現，在加工的過程中，需降低線能量及熔合比;對于上述材料的特性，應對熱輸入量加以科學控制，這樣才能最大限度地降低熔池尺寸，防止加工出現變形問題，降低加工速度，并進一步消除氣孔問題[1]。

2.工藝路線制定

根據上述分析可以得知，加工的重點應確保加工狀態及工裝限位等參數的確定，怎樣對機加變形問題進行有效控制，是對該機匣有關技術的研究重點。首先，可把外機匣還有不同的接嘴等構成組合件，對外機匣的變形現象加以掌控，接著再借助先進的機械加工技術，及內機匣構成相關的組件，對內外機匣進行有效控制，使二者達成統一;其次，借助一些接嘴及安裝座，對其他接嘴及安裝座進行預變形控制，借助機械加工工藝對變形進行優化控制。當加工結束之后，需開展時效處理，將加工余下的應力進行徹底消除，以增強加工的穩定性[2]。

3.機械加工試驗

（1）準備工作。首先，需進行拋光和清洗作業。對外機匣的前段、中段及后段進行拋光，對不同接嘴和安裝座等需要進行加工的位置表面進行拋光，使其呈現金屬的光澤;針對加工過程，如果沒有完全清理干凈，那么將很容易出現變形等問題。對此，在對配件進行裝配之前，可借助汽油來清洗零件及夾具，同時再通過丙酮對加工區域及附近進行清洗，以保證在實際進行機械加工時，不會對零件造成污染，降低氣孔及飛濺現象出現的幾率。其次，準確定位加工部位。針對內外機匣前、中、后段，以及不同接嘴和安裝座位，都應在準確定位的情況下完成，安裝的縫隙建議低于0.1毫米，其錯位也應在0.02毫米之內，并找正定位基準應在0.02毫米以內，根據軸線開展對稱定位，提高加工的精密度，減少變形[3]。其接頭型式一般都是鎖底結構，不但應達到定位裝配的標準，還應確保有效熔深，從而科學掌控加工缺陷。

（2）機械加工試驗。首先，應先明確工藝參數。針對工藝試件，可開展試驗，從而對科學的工藝參數進行確定。其次，需借助專用組合導向器以及內機匣，從而構成內機匣組件，對內外機匣同軸進行有效控制。最后，可采用車銑復合等新設備以及高效低應力銑削等新技術對一些接嘴及安裝座進行加工，從而對精加工余量進行預變形控制，最大限度地降低機匣變形問題。就機匣組件來說，需要將機匣組件中其余的加工殘余應力進行徹底消除，并充分考慮讓刀變形，從而科學掌控機加變形問題。

4.機匣的變形控制

（1）機匣變形分析。因為機匣結構是非常復雜的，且零件薄壁，弱支撐區技術要求也嚴，其變形不但非常多，還十分密集。在實際進行機械加工時，會出現較大的應力，極易導致加工裂紋，屬于關鍵的影響因素，同時還極易引起熱應變脆化。加工殘余應力及變形問題，當到達一定程度上，還將對加工強度及加工精度等造成較大的影響。特別是很難有效確保外機匣變形問題，也不能確保外機匣組合的同軸度以及精密尺寸的合格。對此，在機匣加工制造中，有必要對機加變形進行全面的控制，這一點特別關鍵。不管是在加工工藝、加工余量及加工收縮量的選擇方面，還是對加工區域的定位，以及加工完成后的熱處理，都是想要降低機加變形現象。

（2）控制變形的措施。需結合機匣變形的原因進行著手，應提高變形拘束度，對裝配間隙進行適當的調整，降低熱輸入，科學規劃機械加工順序。針對結構和材料的條件，以及安裝座加工等工藝進行完善，最大限度地避免外機匣凹陷變形，從而有效處理機匣前后安裝邊變形問題，科學控制同心度。在不可支撐狀態時，采用變形補償技術、變形力抵消技術及采用插銑加工回避刀具弱剛性等措施控制讓刀變形。在開展時效處理之后，有利于消除機匣組件中剩余的殘余應力，進而提升加工尺寸的穩定性，有利于全面增強材料的性能。

（3）機加工藝優化。存在著多種因素，可致使零件變形，而且有著一定的復雜性，在加工過程中，充分防止零件變形是相當關鍵的。需要基于優化工藝路線，根據薄壁機匣加工特點，從多個方面實施行之有效的工藝舉措，例如加工余量選取。針對零件加工，把其分成兩種加工，也就是粗、半精加工、精加工。粗加工去除毛坯大部分余量，并提供行之有效的定位基準;半精加工根據粗加工定位基準將多數尺寸加工到位;對于機匣精加工，需要充分遵循工序集中原則，基于1次裝夾定位，能夠有效完成零件尺寸的加工，確保全部圓柱的同心度以及各形位技術要求;為提高零件尺寸精度，全面把控機加變形，結束半精加工作業之后，進行精磨精鏜等高精度機械加工，如軸承孔徑內磨，精密孔鏜孔加工等。

結論：

綜上所述，本文將機匣當作典型件，設計了有關的工藝路線，并開展了一系列工程實驗，從而找出相應的機加變形規律，對科學的預變形工藝及加工工藝參數進行確定，進而科學掌控機匣的變形問題以及安裝邊翹曲問題解決方案，確保了加工質量，從而實現了機匣高精度高技術要求的機械加工。

參考文獻：

[1]鄧旬. 發動機斜安裝邊類機匣零件加工工藝研究[D].大連理工大學，2020.

[2]劉曉娟. 高溫合金薄壁機匣焊接應力變形控制及加工工藝優化[D].哈爾濱工業大學，2019.

[3]高獻娟，黃青松，方連軍，宋雨桐，李根深.一種薄壁焊接機匣制造技術[J].中國新技術新產品，2018（01）：89.