GE燃機火焰筒加工技術(shù)

李雪梅

（中國航發(fā)成都發(fā)動機有限公司，四川 成都，610503）

0 引言

GE 火焰筒此類產(chǎn)品多為薄板通過焊接、成型、機械加工而制成的鈑金件，焊接和成型后所產(chǎn)生的變形將直接影響車加工壁厚尺寸，易造成零件壁厚的減薄?；诖耍疚囊訥E 燃燒室火焰筒零件為例，詳細分析了零件特點以及下料、成型、車加工等工序的工藝特點，通過試驗，采用不同壁厚的板料、不同的下料形狀和尺寸，并細化工序要求、改進工藝方法，較好地解決了此類零件車加工后的壁厚減薄技術(shù)難點，為解決薄壁成型零件機加工壁厚問題提供了加工方法借鑒。

1 零件特點及工藝難點

1.1 零件特點

以GE 火焰筒為例，所采用的材料為AMS5872，原材料厚度為6.35mm，通過下料、焊接、成型、機加后保證壁厚3.15 （mm）機加火焰筒。零件成型后，在整個圓周方向上車加工91 條高度為0.762mm 的加強筋，銑加工88 條軸向錐度筋條。其成品件外形實物如圖1 所示。

圖1 成品零件外形實物圖

1.2 改進前的零件狀態(tài)分析

1. 改 進 前 的 原 材 料 狀 態(tài)。AMS5872、6.35×980×1295（mm）的矩形板料。

圖2 直筒料成型受力分析

圖3 錐形筒成型受力分析

2.改進前的主要加工工藝流程。下料→刨邊→拋光→彎兩端→滾圓→定位焊→焊接→鉗加工→X 光檢查→熱處理→車端→成型→熱處理→校型→車兩端→壓裝零件→車加工→銑筋條→頂出零件→車大端→鉗修→檢驗。

3.改進前存在的主要問題或不足：原材料厚6.35mm，筒體成型困難，原材料價格昂貴，材料費用和成本高；彎曲對接焊兩邊并滾圓筒體時，零件的對接坡口成為尖形，導(dǎo)致焊接后打磨主體易減薄，從而不能保證零件壁厚；鉗加工打磨焊縫時，容易打傷主體；零件成型時，小端轉(zhuǎn)接R 處型面不到位，導(dǎo)致零件很難車加工滿足壁厚尺寸要求；車加工零件上筋條時，由于是全型面支撐，在車加工中過程中無法測量零件的壁厚尺寸。

1.3 加工難點

1.對焊接坡口形狀要求高，錯邊量不大于0.25mm，否則將可能導(dǎo)致零件焊縫處打磨減?。?/p>

2.零件成型后的面輪廓度要求高，加工難度大；

3.成型后，在圓周方向上車加工91 條高度為0.762mm 的加強筋，銑加工88 條軸向錐度筋條；

4.零件表面質(zhì)量要求高，對鉗工的技能要求高。

2 此零件加工工藝改進

針對此零件在改進前存在的工藝問題、加工難點和設(shè)計圖尺寸要求不符，經(jīng)過多次試驗，總結(jié)并歸納出以下工藝改進點。

2.1 工藝改進前主要加工方法

除嚴格按照主要工藝流程加工外，另外增加了對重要工序的控制和要求，并進行了細化。具體包括以下五項內(nèi)容：

1. 原材料的厚度和下料形狀。改進前，零件的原材料牌號為AMS5872， 其板料規(guī)格為6.35×1016×3048（mm）， 下 料 尺 寸 為6.35×980×1295（mm）的矩形板料。增加了矩形料對邊平行度和鄰邊垂直度要求。

2.控制對接坡口形狀。下料后，首先將矩形料的兩邊刨焊接坡口；然后彎曲、焊接兩端并滾圓。滾彎后零件的對接坡口不能成

為尖形，彎曲后，用直尺檢查基本為線接觸而不是點接觸。

3.確保焊接錯變量。零件定位焊后，必須保證錯邊量不大于0.25mm，對不符合要求的鉗工校正以滿足錯邊量要求。

4.控制成型質(zhì)量。成型此零件型面共采用了成型和校型兩道工序。改進前的零件采用直筒料，在對直筒料成型受力分析（見圖2）時發(fā)現(xiàn)：直筒料成型前內(nèi)徑為φ406mm，成型后小端內(nèi)徑為φ348.5mm、大端內(nèi)徑為φ469.9mm。小端在成型時受壓，原材料增厚；而大端在成型時受脹，原材料減薄。斜面A處（見圖2）是受力的分界點，在此處會造成斜面的直線度不好，而小端因收縮在去除外力后回彈導(dǎo)致小端與錐面轉(zhuǎn)接R 尺寸很難保證，由此可見，直筒料的成型受力特性造成了小端R 很難保證，斜面A 處鼓起，直線度不好，成型面輪廓度質(zhì)量較差，從而直接影響了車加工壁厚尺寸。

5.壓裝零件和車加工。成型后，將此零件壓裝到整體型面胎膜上，胎膜的型面和陽模的型面一致，從而解決了薄壁零件車加工振動。如果型面質(zhì)量不好，車加工時零件與夾具型面貼合不好，易導(dǎo)致車加工時零件壁厚尺寸無法保證。

2.2 工藝改進后的加工方法

由于直筒料的成型受力特性，以及在零件加工過程中發(fā)現(xiàn)的不足，經(jīng)過多次試驗后，總結(jié)出了解決此零件工藝加工流程中的不足，改變了下料形狀，增加了一些關(guān)鍵工序。主要有以下六項內(nèi)容：

1. 將直筒料改為扇形料。改進后，采購的原材料牌號仍為AMS5872，其板料規(guī)格變更為5.334×1016×3048（mm）。材料厚度由6.35mm改為5.334mm，下料的形狀由矩形改為扇形。

2.扇形料的成型受力分析。將扇形料刨邊、彎曲、焊接、滾圓成錐形筒體，錐形料小端內(nèi)徑為φ369.9mm，大端內(nèi)徑為φ482.24mm；成型后小端內(nèi)徑為φ348.5mm，大端內(nèi)徑為φ469.9mm；由于在成型時整個錐體的型面都受壓，不存在受力分界點，斜面的直線度很好。因材料回彈，小端的轉(zhuǎn)接R 和大端的直徑都會增大，因此在設(shè)計模具時就考慮了回彈量，大端陰模內(nèi)徑比理論值小1.2mm，小端陰模內(nèi)徑比理論值小1.0mm；同時考慮到大、小端增厚量差異，小端按5.6mm 配陰陽模間隙，大端按5.334mm配陰陽模間隙，斜面按大、小端尺寸過渡配間隙。解決了回彈和成型時的受力分界點給型面造成的影響。但是，小端轉(zhuǎn)接R 仍然很難保證，因此針對此問題采取了一個補充工藝收小端。錐形筒成型受力分析（見圖3）。

3.校正小端轉(zhuǎn)接R。在零件校正型面后，采用校正陽模和小端收環(huán)配合，通過減小收環(huán)的R 來補充回彈量的加工方法，解決了因回彈導(dǎo)致轉(zhuǎn)接R 不合格問題。

4.測量零件實際壁厚并標記在零件上。分別測量筒體大小端、斜面、轉(zhuǎn)接R 處和焊縫處壁厚，記錄測量的最小值，并用油性筆標記在零件相應(yīng)的位置上。

5.壓裝零件。將已車端面和記錄有實際厚度數(shù)據(jù)的零件用液壓機將零件壓裝到胎具上，壓好后，敲擊零件所有外表面，沒有空響（表示零件與胎具貼合良好）后才能進行下工序加工。

6 .數(shù)控車加工筋條。由于該零件為薄壁件，且零件在車加工過程中無法測量厚度（只有加工完成后從胎具上取下來才能進行測量），同時零件的成型輪廓（如大小端直徑、斜面直線度，斜面與小端轉(zhuǎn)接R15.88mm）質(zhì)量也會對車加工壁厚產(chǎn)生直接影響?？紤]到這些影響壁厚控制的因素，對數(shù)控車加工細化了以下五條操作要求：

a）找正零件大小端和斜面3 處的跳動，要求跳動不大于0.4mm。

b）車加工外層時，數(shù)控程序的的轉(zhuǎn)接R 應(yīng)與實際零件轉(zhuǎn)接R 一致。用直尺和樣板緊貼零件的斜面和小端找出轉(zhuǎn)接處，用劃針在零件上劃出轉(zhuǎn)接R 處交點處，根據(jù)劃線來決定小端端面余量以建立軸向車加工基準。并根據(jù)零件上記錄的實際壁厚計算車加工外層加工余量，從而保證零件壁厚和筋條總高度尺寸。

c）車加工外層后，接著車加工圓周方向的91 條加強筋，保壁厚尺寸3.15 （mm）（見圖1）

d）車加工完成后，零件連同胎具一起周轉(zhuǎn)到數(shù)控銑床，銑加工88 條軸向錐度筋條。

e）銑加工完成后，將帶有零件的胎具周轉(zhuǎn)到液壓機處，將零件從胎具上取下來。

3 工藝改進后的經(jīng)濟效益分析

工藝改進后經(jīng)濟效率包括原材料采購成本和廢品率降低兩部分，經(jīng)計算改變零件厚度和下料規(guī)格后，單件材料消耗成本每件降低4206 元，按年訂單8 臺共144 件（18 件/臺），可節(jié)約采購費用605664 元。根據(jù)質(zhì)量統(tǒng)計數(shù)據(jù)，改進工藝后廢品率降低了2%，按同樣的產(chǎn)量計算降低廢品損失（顯性損失）132255 元。按年產(chǎn)144 計算工藝改進后共節(jié)約737919 元。

4 結(jié)論

通過對GE 火焰筒典型零件的成型受力分析和試驗生產(chǎn)，在原工藝流程的基礎(chǔ)上細化了焊接坡口彎曲形狀，細化了鉗工打磨焊縫要求，細化了數(shù)控車加工要求。通過將板料厚度由6.35mm 改為5.334mm、將矩形料改為扇形料，改變了零件的成型受力狀況；通過增加校正小端與斜面的轉(zhuǎn)接R 工序，改善了成型的型面輪廓質(zhì)量；增加壓裝零件前的實際壁厚測量并記錄在零件上，為后續(xù)的車加工等關(guān)鍵工序提供了依據(jù)。通過這一系列的工藝改進，找到了一種較為可靠、穩(wěn)定的工藝路線和加工方法，既降低了生產(chǎn)成本和廢品率，又提高了經(jīng)濟效益，為解決同類零件的加工提供了可資借鑒的工藝方法。