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从转包零件的加工看中国的航空发动机制造技术

2013-10-25  来源:《金属加工(冷加工)》  作者: 沈志云

中航工业沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司二级技术专家、高级工程师 沈志云
中航工业沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司二级技术专家、高级工程师 沈志云

  随着航空发动机的不断发展,关键零部件的制造技术有了新的提升,与此同时,和国外航空发动机企业的技术合作、交流的机会也大大增加。特别是通过转包零件加工,接触的制造工艺与相关技术文件,明显可以看到我国与国外先进航空制造企业存在的差距,主要体现在以下几个方面:

  1. 零件的设计要求

  转包的设计图样引用的相关工艺、冶金、质量等标准非常多,在进行零件的设计中,还充分考虑零件的加工工艺性。例如:

  (1)对零件数控加工的接刀点的位置、方向及深度都有详细的要求,如图1所示。

图1 数控加工的接刀点
图1 数控加工的接刀点

  (2)对弱刚性零件限制状态检查方法有明确的规定,如:表面P平面度在0.03mm范围内,直径A圆度公差在0.047mm范围内,所有尺寸都应满足图样要求,零件是在限制测具上检查,也就是零件满足组装状态的要求。

  (3)对于零件的内外圆倒角或孔边圆角在图样上标注规定值时,必须满足图2所示要求(阴影区域),任何情况下不允许有尖角或小于半径(R0.1mm)而引起的应力集中问题。

图2 对倒角的要求
图2 对倒角的要求

  由于我国发动机设计、制造工程基础薄弱,制造企业不能为设计部门提供比较完善的加工试验基础数据和工艺标准的图样,缺少相关技术标准。零件设计图中标准的引用较少,规定不够详细。例如:对弱刚性零件检测状态规定比较宽泛,没有明确规定限制状态和自由状态下检查的工艺方法及要求。通常限制状态检查,就是在机床上检查,造成零件变形比较大,影响零件装配质量且增加了装配难度。对于零件中的一般未标注尺寸公差、转接圆角按HB5800-1999,不具体,缺少针对特性。

  2. 毛料状态

  转包零件采用精化毛料,毛料经热处理和超声波检查后供货,余量小且相对比较均匀,质量稳定,加工中不再安排相应工序,可缩减生产过程链。

  我们的毛料大多采用精化毛料,经热处理和超声波检查后供货,但由于受零件制坯工艺及无损检测等因素的制约,在生产中仍需进行超声波检查和去应力热处理,使得生产周期加长。

  3. 技术标准

  转包产品标准完备,有质量控制、质量验证、目视检查等通用标准及工程图样用法和公差说明等,对于关键零件(如盘类件)还有专用质量标准、特定表面质量标准及孔加工、边缘处理等标准,对产品特性质量的控制和检测、表面特征等也都有明确的要求,对于产品制造的全过程具有可操作性和控制性。而我们相关标准比较匮乏、不健全。通常盘类件采用的标准主要在毛料、特种工艺与特种检验方面,对于机械加工几乎没有相关的技术标准。主要是通过尺寸公差来实现产品特性,对加工过程与方法没有特殊要求,缺少针对某些工艺方法的具体工艺标准,如:关键孔加工、去毛刺、表面特性、半径检查方法等。

  4. 工艺规程

  转包加工基本上采用工序集中的工艺原则,有效利用数控设备功能,实现数字化加工和检测的集成。工序的集成化不仅提高了工艺的有效性,减少基准转换,提高加工精度,而且减少工装夹具数量,缩短产品生产周期。工艺规程内容完整详实,从夹具的安装、零件的找正方法和相关注意事项的提醒,到工序加工中,每段程序对应的走刀路线、加工顺序及刀具的走刀次数,每个加工过程都规定得非常详细,便于操作者执行,可操作性强。

  我们的工艺规程内容简单,一般只对工序内容做相应的技术规定,并没有细化到具体的操作步骤,不同的操作者对工艺规程的细节会有不同的理解,零件的加工过程和结果过多地依赖操作者技能,指导性较差。

  5. 过程控制

  转包生产由于有较为详细的过程控制技术标准支持,其过程控制严格,详细规定了特性尺寸的检测方法和工装的结构方案。不仅仅控制零件的尺寸要求,对零件特性形成过程控制非常关注,从而保证了产品质量稳定性。

  我们的加工过程控制主要是针对零件满足设计尺寸特性要求而进行的一些工序检验、中间检验和最终检验等,在制造中,对工艺过程控制、零件表面完整性控制等环节比较薄弱。

  6. 工装

  转包零件加工专用工装较少,通常是由专业设计制造厂家提供工装,结构简单、材料轻便。夹具多数采用单元体结构,适合一系列相似零件的加工,只需更换相应的定位环、块即可,具有互换性,可有效降低成本,缩短研制周期。在夹具选材上,以铝合金、非金属材料为主,夹具不仅重量轻,而且不宜碰划伤零件表面。在测量上,充分利用设备的在线检测功能,对于部分精度高、结构复杂的关键部位,有测量专机。在专用测具上大多使用精度较高的千分表或数显表。在零件加工中,粗加工已普遍采用高硬度、高耐磨的陶瓷刀具,在粗加工大余量部位采用重切刀杆,提高刀具刚性及加工效率。

  我们零件加工的工装比较多,基本上一道工序对应一套专用夹具,材料以结构钢为主,比较笨重。专用测具、样板较多,测具大多使用百分表,测量精度较低。零件切削基本上采用硬质合金刀具,粗、精加工刀片区分不大,专用粗加工刀片使用的很少。

  通过以上简单的对比,可看出我国航空发动机制造业与国外的差距,我们要通过转包加工,学习航空发动机设计理念、跟踪国外先进的制造技术,提升我国航空发动机关键零部件的制造水平,实现经济效益与技术提升的双赢。

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