徐念
中国航发南方工业有限公司 湖南株洲市 412002
摘要：本文分析了燃烧室环组件的工艺难点，重点介绍了各单件成形工艺改进、组合时变形及尺寸的控制、焊接夹具的改进、钎焊质量的控制。经过反复的工艺试验，调整工艺方法最终解决了环组件的单件成形、同时保证了组合时的尺寸及焊接质量。
该燃烧室环组件是內壳、外壳由72个叶片先定位焊再真空钎焊而成。內壳是由长方形料经钳工卷成圆筒，焊接后由轧波轮轧压成形，材料30321（材料规范AMS5510）;外壳是由扇形料经钳工卷成圆锥筒，焊接后由成型模冲压成形，材料HASTELLOY X（材料规范AMS5536）；叶片是由梯形料经落料成型模成形，材料为30321（材料规范AMS5510）。
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一、改进前加工情况介绍：
目前零件已加工完成10件。试制批2件，其中一件叶片突出外壳的⑦号尺寸0.5(+/-0.2)(72处)处超差，办单后顾客接收。另该零件是一关键件，批准时需要对我们的零件做实体化测试。外单位对我们发过去的首件钎缝进行金相检查发现缺陷，所以首次钎焊的认证失败。
二、技术难点及解决方案
1. 内外壳成形方案的确定
①分析外壳的工艺路线：为了保证零件的尺寸，留出修边的余量及涨型量，通过计算分析零件的型面特点：上端直壁段口部比斜壁段下端最底部直径大7.6mm、斜壁段长30.4mm。通过分析，决定采用由扇形料经钳工卷成圆锥筒、焊接后由成型模冲压成形的工艺方案，保证零件的形状、尺寸和轮廓度要求;后续进行车工、激光切割等工序保证零件的最终要求。
工艺流程如下：
0领料——10 激光切割——20 钳工——30 钳工——40 定位焊（钳工配合）——50钳工——60自动氩弧焊——70钳工——80 X光检验——90钳工——100钳工——110 固溶处理——120喷漆——130冲工——140 除漆——150固溶处理——160冲工——170车工——180钳工——190涨型——200清洗——210检验——220激光切割——230钳工——240清洗——250检验——260超声清洗——270渗透检查——280超声清洗——290标印——300检验
②分析内壳的工艺路线：为了保证零件的尺寸，留出修边的余量及涨型量，通过计算分析零件的型面特点：上端直壁段口部比下端口部直径大6mm、小端直壁段长8.2mm。通过分析及多次讨论，最终决定采用由长方形料经钳工卷成圆筒、焊接后由轧波轮轧压成形加涨型的工艺方案，保证零件的形状、尺寸和轮廓度要求;后续进行车工、激光切割等工序保证零件的最终要求。
通过此方案，由钳工轧波代替冲工成型，减少了120喷漆、140 除漆、和160冲工校正三道工序，提高了效率，降低了成本。另外，轧波轮的制造成本远低于成形模：类似件成形模的制造成本约为111000元，而此件轧波轮的制造成本为3700元。
工艺流程如下：
0领料——10 钳工——20 钳工——30 钳工——40 定位焊（钳工配合） —— 50钳工——60自动氩弧焊——70钳工——80 X光检验——90钳工——100钳工——110 退火——120钳工——130退火——140涨型——150车工——160钳工——170清洗——180检验——190激光切割——200钳工——210清洗——220检验——230超声清洗——240渗透检查——250超声清洗——260标印——270检验
2. 叶片配合处单、组件工艺尺寸及方案的确定
叶片尺寸和激光切割槽大小的确定：分析内外壳、组件及叶片的设计图，通过与叶片加工车间沟通，最终确定此叶片由我公司通过冲压弯曲成型。分析叶片厚度的设计图尺寸为0.762(+/-0.076)，最终叶片厚度工艺尺寸定为：t0.77(+/-0.05)。结合叶片装配过程，将内外壳槽的工艺尺寸定为：0.83(+0.05/0)。
组件工艺方案的确定：结合单件、组件的设计图，分析钎焊后零件特点。考虑到钎料延展性差且较脆，经加工后容易产生裂纹及缺陷。最终确定：组件定位焊后送真空钎焊，之后再由钳工微校完成零件加工，取消涨型工序。因此，组件设计图的单件处尺寸务必在单件加工时加工到位，另外，外壳孔的尺寸在激光切割时与槽一起加工。
3. 激光切割后钳工打磨工具的选择及改进
通过多方搜寻，最终挑选到内孔磨棒作为激光切割后钳工的打磨工具。初期考虑到叶片槽圆角处的打磨，初步选定Besdia(一品钻石)的ID3004/ IB3004/ ID3005/ IB3005四种型号的内孔磨棒。经过试制，发现磨棒在打磨过程中极易磨损且易断,打磨一个单件需要15个磨棒。通过分析，确定磨棒直径太小，且ID3004/ID3005的材料不适合。重新选定磨棒型号为IB-3007，打磨一个单件需要6个磨棒。每个磨棒43元，两种零件加工每个单件节省301元。
一个单件需要6个磨棒，且成本较高，因此“由吹砂初打磨”的方案被提出。
在“初打磨”的启发下，寻到由旋转挫初打磨后再由磨棒完成最后加工。小旋转锉打磨方案：将零件固定，使叶型槽与操作者目视水平线成合适角度（因小旋转锉有一小角度），由操作者双手握紧小旋转锉，控制打磨深度。因旋转锉打磨切削力大且强度很好，采取此精准打磨的方法，大大减少了钳工的工作量。同时，节省了磨棒的成本。
4. 焊接夹具的设计及焊接变形的控制。
由于零件结构复杂，焊接夹具不仅要设计合理，而且制造精度要求也高。通过尺寸计算及画图分析，组件设计图内外壳上端面的一条线性显示实则并非在一个面，实际相差0.126。同时结合基准面分析，为了保证零件焊后同轴度、轮廓度，确定通过夹具底板以内外壳下端定位，轴向方向靠压板撑紧、盖板压紧定位。同时，定位盖板考虑了零件装配和焊接时叶片突出外壳的尺寸限制。
分析组件的工艺路线，控制定位焊时的零件变形成为这个件加工的关键。通过试验，在定位焊时尽可能使用小电流，定位之初先环四周对称定位八点，之后再连续两点环四周逐步对称定位。通过此方法使零件定位焊时受热均匀，从而使变形达到最小。
三、改进效果
改进后：1.投入第一批3件，第二批5件，都已加工完成。其中一件合格零件已发送外单位，零件接收状况良好。
2.节约如下成本：a.节省成形模制造成本（约为11万元）、磨棒成本（约为640元/件）。b. 节省加工成本（约为640元/件），零件报废总成本（约为22500元/件）
四、结束语
该零件属于典型的中小航空发动机叶片组件，受尺寸限制致使焊接组件结构复杂。该类零件需着重解决各单件成形工艺控制，叶型槽及叶片尺寸控制，焊接夹具的设计及焊接变形的控制。此零件加工能实现质量稳定生产，同时还准备在类似的零件生产中推广应用。
作者简介： 徐念（1986-08-26），女，汉族，籍贯：湖北云梦，当前职务：工艺工程师，当前职称：工程师，学历：本科，研究方向：钣金成型