航空发动机机匣高效加工方法研究.doc
李岩+杨传勇
摘 要：化学铣特种加工工艺广泛应用于航空工业中大型薄璧零件加工，化学铣所有工装的制造方法尚不成熟，需要我们去研究、试验，选择合理的技术方案。文章主要论述航空发动机机匣化学铣加工所需工装的制造过程。
关键词：化学铣；PP材料；覆涂
中图分类号：V263 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）35-0070-02
随着战斗机性能的不断提升，对航空发动机的要求也在不断提高，随之而来的是高性能材料的应用，由于高性能材料逐渐被引进发动机的制造行业，对机械加工能力的要求也越来越复杂，越来越难保证设计要求，对刀具性能的要求越来越高，导致刀具消耗费用在直线上升。因此采用新的加工方法来替代纯粹的机械加工是一种必然趋势，同时必将产生对新型工装的需求。机匣化学铣工装在制造方法上是一片空白，需要我们去探索、试验，从中选择比较合理的技术方案，来满足化学铣工装的要求。
1 化学铣技术简介
化学铣切特种工艺是利用化学溶液（酸、碱、盐等）与金属产生化学反应，导致金属腐蚀溶解，从而改变零件形状、尺寸的加工方法。它的特点是：（1）能加工任何难切削的金属材料，并且不受材料强度和硬度限制；（2）适用于大面积零件加工和批量件加工，加工效率较高；（3）零件加工后变形小，没有应力、裂纹、毛刺等缺陷。（4）在化学溶液中添加合理的表面活性剂与光亮剂，能够提高零件表面的光洁度和粗糙度，从而提高零件的装配工艺性。
化学铣比一般的机械加工优势：通过控制化学溶液配比参数，对预先确定的部位从零件上除去基体材料，能够获得所需尺寸精度的零件，常用于加工特薄、易变形、大面积的零件，并且不会产生切削应力，零件无变形。具有投资小、设备简单和适应性广，尤其是加工型面复杂的零件，以无刀具损耗、无切削内应力等优点，成为制造领域中一项重要的加工技术，尤其在航空领域有着广阔的应用前景，主要用于减轻结构重量，加工薄壁零件，加工复杂形状和细微结构零件。
2 化学铣工装工艺分析
航空发动机扩散器机匣，材料为TA12，钛及钛合金具有密度小、强度高，抗断裂和耐蚀性好的综合性能，广泛应用于航空工业。其机械切削加工性能差，钛及钛合金热导率小，切削加工时产生的热量不易散失，导致刀具温度过高、磨损很快，加工较大余量时易烧蚀，特别是对薄壁，外形复杂的零件，其加工难度更大。扩散器机匣由于排气温度高，安装座加强肋尺寸结构复杂，不宜采取焊接钣金成形等工艺加工，采用化学铣工艺使安装座、加强肋成形。槽液为浓硝酸+氨气酸，工装用于机匣零件的固定及旋转。
化学铣工装如图1所示，主要零件为固定杆和活动中轴，固定杆为焊接结构外涂PYC胶或玻璃钢，用于防酸腐蚀：活动中轴为PP材料在其中间穿钢管以确保轴的强度。
3 确定工装材料
（1）PP材料，学名为聚丙烯，耐酸性能好，焊接性能好，具有良好机械加工性能，应用广泛。聚四氟乙烯，俗称塑料王，耐酸性能在非金属材料中最好，一般用于强酸性溶槽的制造。（2）PP管问题：PP管由于没有国标，各厂家都是自主制造，因此市场上不一定有相应的管料，根据相关的塑料厂通用标准，在钢管标准上上浮一级，做为PP管的暂用标准。（3）PP材料工业及民用差别：PP材料大量应用于民用，如PP-R冷热水管，由于民用的PP管，主料为PP材料，另加入其他的添加剂等，特别是含杂质量超标，因此，民用PP管焊接性能不好，只能热熔焊接。工业用PP材料，纯度可以保证，焊接性能良好耐酸腐性能好，对于化学铣用工装最好选用工业级PP材料，不推荐采用民用PP管。（4）OCrl7Ni2Mo2（SUS316）耐酸能力比Ocrl8Ni9（SUS304）强，但SUS316需要锻件加工，可以用SUS304代替，对工装使用过程没有太大影响，仅仅是处于酸液中的时间要略有减少。
4 工装焊接加工
（1）PP材料焊接问题：采用PP焊条（一般各塑料厂自制），通过热风机（500度以上空氣），进行焊接，工艺简单，能保证焊接质量，工业用PP材料与民用PP材料焊接时，性能不好，但能焊接。（2）固定架焊接变形问题：固定杆用定位夹具固定，焊接后拆下夹具，固定杆向里或向外变形约1mm，无法保证总图±0.50mm的技术要求，因为加强三角片焊接时向一侧收缩，产生拉应力导致零件变形。改为采取用焊接连接杆进行固定；再对焊接面有收缩倾向的地方进行校形。
5 固定架整体做防腐涂层
工装要求整体热浸PVC胶或衬玻璃钢防腐层厚度3-4um，目前此类常用工艺方法有以下4种：（1）热浸PVC：将工装放入PVC溶液中，溶液粘度类似于我们用的胶水状态，采用蘸糖葫芦的方法，将溶液一层层涂到工装上，粘接力较好，涂层能抗轻微冲击。通过提供试验件，第一次热浸，零件表面仅能涂上0.7m，并且很不均均匀：二次热浸，厚度增加不明显，无法达到技术要求。（2）包涂法：利用PVC材料可以焊接的性能，利用PVC管板等将工装整体进行包装，接口处采用焊接封口。这种方法，优点是比前一种，在厚度上可以自由选择，缺点是：没有结合力，仅为包装，易脱落。可用于汽车零件表面喷涂，但有效厚度1.5mm，不能保证技术要求。（3）喷涂PVC法：采用塑料喷涂设备，对工装进行喷涂。（4）衬玻璃钢法：采用树脂和纤维布（涤纶布），在零件表面进行缠绕，3-4mm约缠10层，固定时间为24小时。可以对任何型面进行衬覆，粘接力好，强度高。
通过对以上方法的综合考虑及分析工装的使用状态，最终选择第四种方案加工，首先，确定使用涤纶布+纤维布和3311型树脂胶进行衬覆，注意：不能完全使用涤纶布，原因是该材料透气性不妤，易出气泡现象。其次，衬覆过程注意事项：在整个衬覆过程中，如果某层没有可靠粘接，出现衬覆层之间存在间隙，即气泡现象，会降低涂覆层厚度，必须重新衬覆。最后，固定24小时，完成了对所有金属材料的覆涂工作，保证了涂层在3-4mm的技术要求。
6 工装制造注意事项
（1）PP材料要选择工业级，可用PP焊条（塑料厂自制），利用热空气焊接PP管材没有国标，使用时最好与塑料厂联系或到市场上做实际考察。（2）固定架焊接必须采用定位焊夹具，否则无法保证相对位置关系，采用连杆结构，防止零件变形；加强三角片最好对称分布（如左右方式），使焊接应力相互抵消。（3）固定架防腐涂层优选衬覆玻璃钢，验收时注意衬层之间是否完全粘接，材料优选3311型树脂胶和涤纶布+纤维布配合衬覆。（4）活动中轴，穿入SUS304钢管，加强轴的强度；加工时采用配车方法，间隙控制在005-01（直径），装配时采用PP材质的上水胶粘接固定。
7 结束语
经多方咨询及对相关厂家的走访，与相关人员探讨、研究，最终确定加工方法将工装合格制造，根据工装的使用反馈，对工装的工艺进行改进和优化，满足发动机机匣化学铣的使用要求。
参考文献：
[1]成大先.机械设计手册[M].化学工业出版社.
[2]夏恭忱，石玉珍.中国航空材料手册[M].北京标准出版社.
[3]郭成操.机械加工工艺基础[M].冶金工业出版社.
[4]于志涌.航空发动机机匣加工工艺探讨[J].科技创新与应用，2013（17）：103.endprint
