某型直升機發(fā)動機進氣道蒙皮質(zhì)量問題分析與改進

王明廷 李巍 曾龍飛 巫小麗 潘美華

摘要：針對某型直升機發(fā)動機進氣道蒙皮零件在焊接前需要現(xiàn)場返修的問題，分析得出蒙皮成型的檢驗模和焊接夾具不協(xié)調(diào)是產(chǎn)生問題的主要原因。取經(jīng)過焊接夾具返修前后的試驗件，點焊為組件，通過機上比試，確定焊接夾具尺寸的唯一準確性。以現(xiàn)場返修的零件為樣件，翻制檢驗模和落錘模，按照新制模具加工零件，無需現(xiàn)場返修，零件一次性交檢合格率為90%以上。

關(guān)鍵詞：直升機；進氣道；蒙皮；夾具

Keywords：helicopter；engine air inlet；skin；fixture

0 引言

直升機發(fā)動機進氣道既要供給發(fā)動機一定流量的空氣，又對發(fā)動機起到防護作用，保證飛機的安全飛行，進氣道結(jié)構(gòu)承受高頻振蕩的疲勞影響，要求與進氣口連接密封結(jié)實。

某型直升機發(fā)動機進氣道蒙皮結(jié)構(gòu)如圖1所示。圖紙要求的進氣道蒙皮零件材料規(guī)格為6A02-M-δ1.2，抗拉強度為σ≥295MPa，對照材料標準可知，零件需要人工時效至T62狀態(tài)。零件為左右對稱件，由于外形凹型腔最大深度為220mm，含有三處彎邊，高度為27mm，零件曲度較大，適用于落壓成型，制定的工藝方法為：剪板機下料→落錘預成型→落錘校型→固溶處理→按照檢驗模校型→人工時效至T62→檢驗和交付。最后，零件交付給焊接車間，按照焊接夾具定位，點焊成型。

目前，交付給焊接車間的該型直升機所有批次進氣道蒙皮均與焊接夾具不協(xié)調(diào)，需要現(xiàn)場返修，零件一次性交檢合格率很低，且現(xiàn)場返修的零件由于材料狀態(tài)加工硬化，回彈性大，因此，找出零件不合格的根本原因，制定有效的改進措施有重要意義。

1 原因分析

運用“頭腦風暴法”，針對造成零件對比焊接夾具切割線輪廓度和貼模度超差的原因展開分析，繪制關(guān)聯(lián)圖，如圖2所示。

根據(jù)關(guān)聯(lián)圖，可以確定共有8項末端因子。經(jīng)調(diào)查，落錘操作工均有上崗證，考試成績合格；零件現(xiàn)場周轉(zhuǎn)防護符合規(guī)范；測量工具和落錘設(shè)備定檢合格。因而排除了圖中編號為1、3、4、7的四個末端因子。

查閱熱處理典型工藝規(guī)程可知不同材料淬火和人工時效間的允許間隔，如表1所示。查閱返修的所有零件檢驗記錄頁，淬火結(jié)束時間和校型開始時間的間隔均在6h以內(nèi)，故排除了編號為2的末端因子。

根據(jù)前文中進氣道蒙皮成型工藝可知，零件是在新淬火狀態(tài)下按照檢驗模校型后人工時效至T62，再交給總檢。因此，落錘模并非零件最后成型的依據(jù)，排除了8號“落錘模與檢驗模尺寸不協(xié)調(diào)”的原因。

2 主要原因確認

查閱標準，6A02牌號鋁合金的化學成分如表2所示。時效強化是合金固溶處理后快冷淬火時溶質(zhì)原子和空位（晶體點缺陷）達到雙重過飽和狀態(tài)，提高了強度[1]。由表2可知，人工時效能將合金中Mg、Fe、Si原子沉淀，提高強度，改善合金的抗腐蝕性和應力腐蝕抗力。根據(jù)熱處理典型工藝規(guī)程，6A02軟狀態(tài)鋁合金人工時效的溫度為160℃，未達到材料再結(jié)晶溫度（0.4～0.5）Tm（Tm為鋁合金熔融溫度660℃），零件不會變形[2]。因此，排除了5號“零件因時效期變形”與焊接夾具不協(xié)調(diào)的原因。

綜上分析，根據(jù)“5W1H”原則，可以確定6號末端因素“檢驗模與焊接夾具不協(xié)調(diào)”是主要原因。取經(jīng)過焊接夾具現(xiàn)場成型前后的零件，分別點焊為組件，進行機上比試，如圖3所示。結(jié)果表明，未經(jīng)焊接夾具現(xiàn)場成型的組件比發(fā)動機進氣口壁的加強筋右偏20mm，嚴重超差；經(jīng)過夾具現(xiàn)場成型的組件無偏移，可以確定焊接夾具尺寸無誤，故可推斷造成零件返修的根本原因在于加工零件的檢驗模尺寸不準確。

查詢歷史資料，該型直升機進氣道蒙皮零件無三維產(chǎn)品數(shù)模，模具和夾具的設(shè)計制造依據(jù)為模線樣板，后續(xù)自下而上根據(jù)進氣口裝配尺寸要求，提出進氣道蒙皮組件外形設(shè)計更改，對應的焊接夾具切割線進行了返修，但由于成型零件的左右對稱模具不能用整體組件的外形更改，因此檢驗模與焊接夾具不協(xié)調(diào)，造成批量零件現(xiàn)場返修。

3 改進措施

針對檢驗模尺寸不準確有兩種解決方法，一種方法是測量記錄焊接夾具水平方向切割線到對稱軸的距離、弧面外形到底部平面的距離、圓弧半徑等三個數(shù)值，如圖4所示，然后按照記錄的數(shù)值返修檢驗模，再重新翻砂制造落錘模。第二種方法是以焊接夾具現(xiàn)場成型無誤的零件為樣件，重新設(shè)計制造檢驗模，重新翻砂制造落錘模。

3.1 返修檢驗模和落錘模

由圖4可知，刻度尺無法在三維空間直接測量水平方向切割線至對稱軸的距離，需要測量兩者延長線之間的距離，但切割線與軸線不平行，無法準確測量該數(shù)值。同樣，圓弧的圓心無法準確找到，半徑測量值也不精確。即返修檢驗模不僅難以獲取準確的尺寸，而且鉛鋅材料落錘模是鑄造成型，無法在原有基礎(chǔ)上機械加工更改外形，故返修檢驗模不可取。

3.2 新制檢驗模和落錘模

各加工兩件進氣道蒙皮試驗件，分別編號為a1、a2和b1、b2。以a1、a2為依據(jù)，設(shè)計制造左右部分的檢驗模，并將零件b1、b2按照新檢驗模核驗，確認模具無誤。以新的檢驗模為依據(jù)，制造落錘模，流程如圖5所示。根據(jù)鑄造成型特點，為了避免模具實物出現(xiàn)表面氣孔、粘砂、冷隔、縮松等質(zhì)量缺陷，制定規(guī)范，要求對鉛鋅材料加熱，充分熔融，降低含氣量；型砂中加入煤粉，表面涂防粘砂涂料；提高澆注溫度和澆注速度；設(shè)置冒口，保證澆注量，合理補縮[3]。

4 改進效果

統(tǒng)計改進前的18個批次、106件產(chǎn)品和改進后新投產(chǎn)的19件產(chǎn)品的返修情況，分析零件對比焊接夾具尺寸不一致的主要原因?qū)α慵淮涡越粰z合格率的影響程度，繪制排列圖，如圖6所示。改進前，兩種質(zhì)量缺陷頻數(shù)共186次，而四種質(zhì)量缺陷頻數(shù)共205次，累計占比為90.73%。改進后，只有1件需要返修，一次性交檢合格率達到94.7%，并且兩種主要的質(zhì)量缺陷頻數(shù)的占比僅為33.33%，對零件的影響程度顯著降低。

5 結(jié)論

1）加工某型直升機進氣道蒙皮所使用的檢驗模尺寸與焊接夾具不協(xié)調(diào)，通過機上比試，確定了焊接夾具尺寸的唯一準確性，找出了檢驗模尺寸偏差是零件返修的主要原因。

2）以焊接夾具返修無誤的樣件為依據(jù)，先設(shè)計制造新檢驗模，再鑄造翻制落錘模。通過新模具加工的進氣道蒙皮，不僅對比焊接夾具切割線輪廓度和貼模度在公差范圍內(nèi)，且零件的一次性交檢合格率達到90%以上，質(zhì)量缺陷對零件影響明顯降低。

參考文獻

[1]王小娜，韓利戰(zhàn)，顧劍鋒.鋁合金時效析出動力學及強化模型[J].中國有色金屬學報，2013，10（23）.

[2]于慶波，孫瑩，楊根喜.冷變形鋁合金再結(jié)晶熱效應及其機理[J].材料熱處理學報，2013，34（9）.

[3]鄧建新，邵明.擠壓鑄造成形體系結(jié)構(gòu)研究[J].鑄造技術(shù)，2011，32（12）.

作者簡介

王明廷，工程師，主要從事直升機鈑金零件制造工藝工作。