金秀杰+梁巧云+藺治強(qiáng)

摘 要：某型機(jī)葉片組件采用了新型結(jié)構(gòu)，在葉片大端軸頸上裝配了內(nèi)襯套、外襯套及搖臂。內(nèi)襯套與軸頸采用了小間隙小過盈配合的裝配形式。對于這種葉片裝配形式還是首次，沒有經(jīng)驗(yàn)可以借鑒，研制中造成了葉片和襯套的報廢。文章針對某型機(jī)整流葉片軸頸與內(nèi)襯套在裝配中的問題，開展了工藝攻關(guān)，經(jīng)多種方法的試驗(yàn)，提出了裝配的有效措施，避免了葉片和襯套的報廢損失，滿足了設(shè)計(jì)要求狀態(tài)，為新結(jié)構(gòu)的葉片組件順利研制提供了技術(shù)保障。

關(guān)鍵詞：葉片軸頸；襯套；過盈裝配

中圖分類號：TK44 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）31-0069-02

引言

整流葉片是通過葉片緣板安裝部位或軸頸裝配在發(fā)動機(jī)的機(jī)匣中，為壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子葉片提供確定方向、流量的穩(wěn)定壓縮空氣，使壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子葉片得到穩(wěn)定的工作條件，為燃燒室提供穩(wěn)定的高壓、溫度空氣，促使其能夠正常工作。為了調(diào)整整流葉片的角度，采用了在葉片軸頸上裝配內(nèi)襯套、外襯套及搖臂機(jī)構(gòu)。但由于內(nèi)襯套與軸頸采用了過盈配合的裝配形式，對于這種葉片裝配形式還是首次，沒有經(jīng)驗(yàn)可以借鑒，在研制裝配中造成了大量葉片和襯套的報廢。因此針對該問題，開展了工藝技術(shù)攻關(guān)，保證產(chǎn)品質(zhì)量，提高一次裝配合格率。

1 葉片和襯套的結(jié)構(gòu)及材料特點(diǎn)

某發(fā)動機(jī)整流葉片，由上下軸頸和葉身型面三個部分組成，大端軸頸長徑比可達(dá)4.5，且尺寸及形狀公差要求嚴(yán)格，葉型截面厚度的最大值為1.4左右，葉片型面總長50左右，如圖1所示。葉片組件大端軸頸裝配內(nèi)襯套、外襯套、搖臂，如圖2、圖3所示。該葉片采用了鈦合金，屬難加工材料，此材料是一種典型的α+β型兩項(xiàng)合金，是當(dāng)前最常用的葉片合金。其材料特點(diǎn)是比強(qiáng)度高，具有較好的熱強(qiáng)性和低溫韌性，優(yōu)良的耐腐蝕性能，但因其彈性模量小，也具有變形不易消除的特性。內(nèi)襯套采用了馬氏體不銹鋼材料，經(jīng)淬火回火后具有較高的硬度和耐磨性，常用于制造在腐蝕環(huán)境下的耐磨零件。其熱性能為：熔化溫度范圍 1377～1510℃；熱導(dǎo)率 λ（20℃）=29.3W/（m.℃）；線膨脹系數(shù)（20～200℃）α=11.0 10-6/℃；相變溫度：Ar1=740℃[1]。

2 問題來源

如圖2所示，軸頸與內(nèi)襯套配合為間隙0.011～過盈0.013，由于這種葉片結(jié)構(gòu)剛性較弱，裝配間隙小，襯套裝不正，導(dǎo)致襯套裝不到底或卡到軸頸上端，并且會將葉片軸頸劃傷，造成葉片和襯套報廢。針對該項(xiàng)問題，開展了多種方法的工藝試驗(yàn)。

3 工藝試驗(yàn)及原因分析

葉片毛料為模鍛件，按照典型結(jié)構(gòu)零件的常規(guī)裝配流程工藝，首先是要將葉片單件按設(shè)計(jì)要求尺寸全部加工完成，最終再進(jìn)行襯套的裝配。

3.1 工藝試驗(yàn)

（1）直接裝配法：葉片軸頸尺寸與襯套尺寸按照極限尺寸計(jì)算，可有0.011的間隙至0.013的過盈。將安裝板內(nèi)側(cè)進(jìn)行支撐，將襯套放在葉片軸頸端面，用木錘敲擊襯套端面，其結(jié)果基本是卡在軸頸上端?？紤]靠人進(jìn)行敲擊，敲擊力大小及力的均衡性不能控制，又在小型壓力機(jī)上進(jìn)行裝配試驗(yàn)，但由于襯套與葉片軸頸靠手工對正，因此這種方法也未順利完成，襯套卡在軸頸上端。（2）襯套加熱法：襯套為不銹鋼材料，經(jīng)查閱其材料性能，對其進(jìn)行加熱至200℃，不會影響其材料性能。因此，對襯套進(jìn)行了加熱裝配試驗(yàn)。將襯套放入200℃烘干箱中，保溫2～3分鐘，用工具快速取出對準(zhǔn)軸頸，并用木錘敲擊襯套端面，由于襯套與葉片軸頸不能完全對正，因此這種方法也未順利完成，襯套卡在軸頸上端。（3）葉片冷卻、襯套加熱法：利用材料熱漲冷縮的原理，對葉片軸頸采用了液氮冷卻、襯套用大功率電吹風(fēng)進(jìn)行加熱處理，進(jìn)行了裝配試驗(yàn)，其試驗(yàn)結(jié)果也是將襯套卡在軸頸上端。

3.2 原因分析

針對上述多種試驗(yàn)結(jié)果分析，襯套不能順利裝配到葉片軸頸的主要原因有兩項(xiàng)。

3.2.1 軸頸尺寸精度對裝配的影響。由于軸頸尺寸公差較小，在加工兩端軸頸時，采用兩端中心孔定位壓緊，由于葉身型面已加工完，剛性較弱，在兩端頂尖頂緊后，葉片產(chǎn)生彎曲變形現(xiàn)象，造成車磨加工后軸頸橢圓，其變形量直接影響裝配。

3.2.2 專用裝配夾具對裝配的影響。從上述多種試驗(yàn)結(jié)果分析，襯套不能順利安裝，其主要原因是手工將葉片和襯套進(jìn)行裝配的方法，不能保證軸頸中心與襯套中心的準(zhǔn)確對正。

4 采取的工藝措施

針對上述裝配的影響因素，主要采取了相應(yīng)的改進(jìn)措施。

4.1 工藝路線的優(yōu)化

以減少葉片變形、保證軸頸尺寸及形狀精度為目標(biāo)，分析其影響變形的主要原因如下：定位裝夾方式對加工變形的影響、殘余應(yīng)力對加工變形的影響、切削力對彎曲變形的影響。

根據(jù)所分析的主要原因，針對性的采取技術(shù)措施，完善葉片加工夾具結(jié)構(gòu)，合理規(guī)劃葉片加工工藝路線和工序安排，對葉片單件和組件原工藝路線進(jìn)行了優(yōu)化，并優(yōu)化加工切削參數(shù)。

葉片單件工藝：將葉身型面數(shù)控銑工序分為粗、精銑兩道工序加工，通過控制切削量來降低數(shù)控銑型面的加工變形；同時在其中間增加去應(yīng)力熱處理工序，消除一部分加工應(yīng)力，可減少后續(xù)的加工變形量；增加熱處理后葉片的大小軸頸磨削加工工序，通過控制兩端軸頸的同軸度來有效控制葉片加工彎曲變形量；增加澆注低熔點(diǎn)合金工序，提高葉片剛性，保證后續(xù)軸頸加工的尺寸精度；取消了兩端軸頸的切斷工序，增加了磨削引導(dǎo)軸頸工序，如圖4所示。

葉片組件工藝：在原工藝的基礎(chǔ)上，細(xì)化了裝配工序操作及要求，并在組件中增加了兩端軸頸的切斷工序，如圖5所示。

4.2 裝配夾具設(shè)計(jì)

為了保證葉片軸頸和襯套中心對正，并能采用平穩(wěn)的壓力將襯套壓到軸頸底部，滿足設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)了專用夾具，結(jié)構(gòu)見圖6所示。

4.3 工序要求細(xì)化

按照工藝試驗(yàn)的結(jié)果，對工藝規(guī)程的操作步驟、技術(shù)條件進(jìn)行細(xì)化要求。

操作步驟：（1）裝配前，檢查葉片大端安裝板外側(cè)，保證裝配表面無任何污物、因加工時材料變形產(chǎn)生的凸起及毛刺。（2）裝配前，將葉片與內(nèi)襯套進(jìn)行試裝配，保證內(nèi)襯套能夠順利進(jìn)入葉片的引導(dǎo)部分，對于不合格葉片允許返修葉片引導(dǎo)軸。（3）裝配過程中，將內(nèi)襯套放入烘干箱內(nèi)加熱至300℃左右時將輔助套放入烘干箱內(nèi)與內(nèi)襯套共同保溫5min，將內(nèi)襯套及輔助套在烘干箱內(nèi)裝配好后，迅速將其取出，與裝夾在夾具上的葉片裝配，并迅速搖動棘輪扳手，將內(nèi)襯套與葉片軸頸裝配完好，保證內(nèi)襯套與葉片壓緊到位。

5 措施效果驗(yàn)證

將技術(shù)措施應(yīng)用到葉片研制中，大端軸頸與內(nèi)襯套裝配合格率達(dá)到了98%以上。

通過上述改進(jìn)措施的驗(yàn)證和實(shí)施，我們掌握了弱剛性葉片軸頸與襯套的小間隙或小過盈的裝配方法，積累了一定的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，同時為其他結(jié)構(gòu)相近的葉片裝配得到了一定的技術(shù)基礎(chǔ)及借鑒作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]夏恭忱，石玉珍.中國航空材料手冊[Z].1988，9：705.endprint