航空发动机整流器加工工艺研究

摘要：整流器是航空发动机压气机静子的重要部件，其制造精度直接影响压气机的工作性能和效率。针对小型压气机整流器整体加工非常困难的问题，一般采用真空钎焊后再机械加工成形，本文对焊接式航空发动机整流器加工工艺进行研究，制定了合理的工艺路线，并对单个叶片加工、叶片组装及修配、叶片真空钎焊等工艺进行研究，加工出了合格的零件。

关键词：航空发动机整流器；叶片加工；真空钎焊

整流器是航空发动机压气机静子的重要部件，其制造精度直接影响压气机的工作性能和效率。整流器加工主要有如下3种方式：1）由单个叶片直接安装或点焊在静子机匣获得；2）整体加工成形；3）由单个静子叶片焊接成形。在大型航空发动机结构设计中，整流器加工往往选用前2种方式。大型航空发动机具有直径大、相邻叶片空间敞开性好等特点，加工制造也比较容易；然而，对于小型发动机而言，整流器直径小、各叶片紧密排列，空间敞开性差，整体加工非常困难，小型发动机压气机整流器一般选择真空钎焊成型。本文针对焊接式航空发动机整流器加工工艺进行分析研究。

1整流器工艺分析

某发动机整流器三维模型如图1所示。整流器材料为马氏体不锈钢。该整流器叶片弯，扭较大，刀具可达性差，采用整体加工只能使用直径为2mm的铣刀，刀具长径比大、刚度差，加工效率极其低下。考虑零件加工工艺性，该整流器静子叶片采用单件加工，然后通过真空钎焊焊接成整环。焊接后，该整流器内流道不再采用机械加工，其精度由焊接保证；整流器主要安装表面精度等级为7级，焊接后由机械加工保证。

2加工工艺研究

根据整流器静子叶片的结构特点、焊接要求及加工精度等，设计加工工艺方案如下：加工单个静子叶片拼装点焊叶片真空钎焊磨基准车内外止口内孔喷石墨涂层车涂层铣定位槽切分去毛刺、清洗。经实践证明，该方案可行有效。

2．1单个叶片加工

该整流器为双支点结构，静子叶片焊接后形成内外环。在单个静子叶片加工时，需要将叶片的叶型及内流道、内外环钎焊接合面加工到最终尺寸，其余留有1mm加工余量（在钎焊后组合加工成形）。单个叶片余量分布示意图如图2所示。叶片毛坯为方料，叶片加工工艺方案如下：铣加工超声波探伤表面超声波探伤磨加工定位基准面数控铣加工叶型抛光叶片线切割叶片榫头去毛刺荧光检查。叶片由四轴加工中心加工而成，装夹方式为一夹一顶［1］。叶片应用CimatronE11．0软件编程，采用3＋1定轴开粗和四轴联动绕铣的方式加工成形。加工成形的单个叶片经三坐标检测合格。

2．2叶片组装及修配

2．2．1组装工装设计单个叶片加工后需要进行组装，以便于后续真空钎焊。根据整流器叶片结构特点，叶片组装工装应既满足叶片拼装装夹定位可靠，又能有效避免叶片拼装时的过定位问题。组装工装如图3所示。在设计工装时，利用工装内止口与叶片榫头外圆配合定位，工装内止口为主要定位基准，图3中L根据叶片尺寸及其精度而定。工装内止口与叶片榫头外圆采用0．01～0．03mm的间隙配合，该配合既能满足叶片流道拼装精度要求，又便于装配与拆卸。另外，整流器静子叶片的钎焊接头与轴向定位面不成直角分布，为使叶片在工装夹具中位置准确，需要根据缘板（钎焊接头面）的角度制作角向定位块，角向定位工装的使用示意图如图4所示。在拼装时，需要用该角向定位块与叶片角向进行比对。当角度不对应时应修正拼装叶片的角度。该套专用工装的使用，不仅能准确保证叶片的定位和拼装质量，也大大提高了该类整流器叶片的拼装效率。2．2．2叶片的点焊及修配由于整流器叶片是单件加工成形，叶片加工一致性较差，在组装时应根据实际情况进行修配。在拼装叶片时，应先试装全部叶片，分析试装结果后进行修配。修配后叶片缘板应具有0．03～0．1mm的钎焊间隙。拼装完成后，在叶片缘板间加塞铜皮，以提升拼装接头间隙的均匀性。叶片拼装完成后，采用氩弧焊点焊的方式将叶片进行固定，便于后续叶片的真空钎焊。采用对称焊接方法进行焊接，焊后变形量能得到有效控制。焊疤的大小应控制在2～4mm，过大的焊疤会影响后续的钎焊质量及机械加工质量；反之，容易开裂，对钎焊不利，需要补焊。对于开裂的焊缝应进行补焊。

2．3叶片真空钎焊

钎焊是采用比母材熔点低的金属材料做钎料，将焊件和钎料加垫到高于钎料熔点，低于母材融化温度，利用液态钎料润湿母材，填充接头间隙，并与母材相互扩散实现连接焊件的方法。［2］叶片钎焊在真空热处理炉中进行，钎料为HB－Ni82CrSiB。真空钎焊前先对零件进行清洗［3］，对钎焊缝间隙进行复查验证，按HB／Z309要求，内外流道接合面处刷膏状钎料，并作防溅、防流处置，然后采用防变形工装将零件压紧。按照真空钎焊工艺说明书进行钎焊，确定真空钎焊参数时，应考虑真空钎焊对零件力学性能的影响［4］。钎焊后应对焊缝进行100％着色检查。由于静子叶片拼装后流道面不齐整，钎焊钎料不容易填充整个焊接接头，会造成焊接后对焊缝的理化检查不合格，形成假废品现象，应注意区分。焊缝不合格时应进行补焊，一般补焊次数不超过2次；补焊时钎焊温度比第1次钎焊时低10～20℃［5］。钎焊后应在规定时间内进行回火，去除钎焊应力，并满足零件的力学性能。

2．4后续机械加工

钎焊完成后，先采用磨削方式加工基准面，然后在车床上将内外环精车到最终尺寸。车削时应注意控制进刀量，防止刀具断刀伤到叶片。车削完成后进行喷涂涂层、车涂层、铣定位槽和切分等工序。切分时沿焊缝进行切分，由于焊缝与零件端面具有一定的角度，需要做专用工装，并对零件进行压紧，防止零件切断掉落时被钼丝刮伤。最终形成的零件如图5所示。

3结语

本文对焊接式航空发动机整流器加工工艺进行了研究，制定了合理的工艺路线，并对单个叶片加工、叶片组装及修配以及叶片真空钎焊等工艺进行了研究，加工出了合格的零件。单个叶片加工时需要叶片的叶型及内流道、内外环钎焊接合面加工到最终尺寸，其余留有1mm加工余量。设计的叶片拼装定位工装，定位精确可靠，有效地控制了叶片钎焊后内流道的错位量，使其符合设计要求，提高了整流器的焊接质量。采用合理的叶片组装及修配方法，提高了叶片拼装效率和拼装质量。

参考文献

［1］刘艳，等．叶片制造技术［M］．北京：科学出版社，2002．

［2］张学军．航空钎焊技术［M］．北京：航空工业出版社，2008．

［3］颜渝．压气机静子叶片扇形组件加工工艺研究［J］．航空精密制造技术，2011，47（6）：32－35．

［4］谢黎雄．航空发动机整流器气体保护钎焊技术研究［J］．航空制造技术，2012（13）：145－147．

［5］庄鸿寿，罗格夏特．高温钎焊［M］．北京：国防工业出版社，1989．

作者：王福东 陆明 徐知方 张为民 单位：中国航发四川燃气涡轮研究院