鈑金挖補(bǔ)修理在發(fā)動(dòng)機(jī)唇口型面中的應(yīng)用

曲洪利 胡洋嘉 萬(wàn)治

摘要：發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道唇口是由時(shí)效硬化處理后的鋁合金板材加工而成的三維復(fù)雜曲面結(jié)構(gòu)，服役環(huán)境惡劣且部件位置特殊，極易受損，已有的維修方法費(fèi)用高、周期長(zhǎng)。南航沈陽(yáng)復(fù)合材料修理車(chē)間短艙項(xiàng)目組創(chuàng)新開(kāi)發(fā)的直接使用成品時(shí)效硬化板材鈑金加工工藝，無(wú)需外委熱處理和后期校型，大大縮短了維修周期，為機(jī)隊(duì)運(yùn)行提供了保障。

關(guān)鍵詞：唇口；三維復(fù)雜曲面；時(shí)效硬化

Keywords：lip skin；3D complex surface；age hardening

1 研究背景

現(xiàn)代民航客機(jī)為追求優(yōu)異的氣動(dòng)性能以及更好的燃油經(jīng)濟(jì)性，不斷對(duì)機(jī)體結(jié)構(gòu)的原材料與加工工藝進(jìn)行優(yōu)化?，F(xiàn)階段最為成熟且廣泛應(yīng)用的結(jié)構(gòu)材料，還是以鋁合金為主的輕質(zhì)合金以及鈦合金為主的高溫合金。

發(fā)動(dòng)機(jī)作為飛機(jī)的核心部件，其進(jìn)氣道唇口又處于發(fā)動(dòng)機(jī)最前端，服役環(huán)境惡劣，不可避免地經(jīng)常受到鳥(niǎo)擊、雷擊等損傷，易造成前唇凹坑、緊固件孔擴(kuò)大等結(jié)構(gòu)性問(wèn)題。針對(duì)這些問(wèn)題的傳統(tǒng)維修方法有兩種，一是訂購(gòu)成品航材，切段更換，看似簡(jiǎn)單省勁，但成本高昂，訂購(gòu)周期受外界影響因素大，而且容錯(cuò)率低，易造成浪費(fèi)；二是利用凹模配合木槌進(jìn)行鈑金加工，只能使用質(zhì)地軟、塑性好的2219-0軟鋁，在補(bǔ)片成型后還需要外委進(jìn)行時(shí)效熱處理，熱處理時(shí)間大約為5天，且熱處理后的補(bǔ)片會(huì)發(fā)生不可控的變形，需要進(jìn)行至少1天的后期校型，而變形嚴(yán)重的補(bǔ)片不得不直接報(bào)廢。上述兩種方法均不是前唇挖補(bǔ)修理的最優(yōu)解。

根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，南航沈陽(yáng)復(fù)合材料修理車(chē)間V2500A1/A5發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道翻修項(xiàng)目自2017年上項(xiàng)以來(lái)，僅2017年就有四分之一的進(jìn)氣道前唇需要進(jìn)行挖補(bǔ)修理，對(duì)鈑金挖補(bǔ)修理技術(shù)優(yōu)化的需求迫在眉睫。在認(rèn)真貫徹落實(shí)“三個(gè)敬畏”、質(zhì)量至上的原則下，項(xiàng)目組從材料本身出發(fā)，探索出了既節(jié)約成本又可縮短周期的技術(shù)方案。

2 技術(shù)難點(diǎn)與創(chuàng)新

2.1 材料創(chuàng)新

CMM手冊(cè)中前唇修理的補(bǔ)片需達(dá)到T62狀態(tài)，相對(duì)于0狀態(tài)，T62狀態(tài)是一種更高強(qiáng)度、更高硬度的優(yōu)質(zhì)狀態(tài)Al-Cu合金。相較于使用0狀態(tài)軟鋁先進(jìn)行補(bǔ)片成型，后進(jìn)行時(shí)效熱處理，使用T62狀態(tài)直接成型不必進(jìn)行二次的固溶處理與人工時(shí)效，可大大縮短維修周期。但是T62鋁合金強(qiáng)度的提升必然帶來(lái)塑性的下降，導(dǎo)致在不破壞力學(xué)性能極限的前提下，鈑金校型的難度大大增加。

2.2 工藝創(chuàng)新

為了保證2219-T62硬鋁能夠順利使用，在查閱了相關(guān)資料并咨詢專(zhuān)家后，確定了能用于三維曲面加工的設(shè)備：英國(guó)輪（見(jiàn)圖1）和點(diǎn)成型機(jī)（見(jiàn)圖2），但是由于這兩臺(tái)設(shè)備的操作門(mén)檻較高，加之能熟練應(yīng)用這兩臺(tái)設(shè)備的人并不多，因此首要問(wèn)題是精確加工時(shí)的工藝參數(shù)。

英國(guó)輪的作用是通過(guò)不同曲率的壓頭與合適的下壓力度配合得到單面弧度的板材。設(shè)備原理看似簡(jiǎn)單，但卻需要細(xì)膩的手法與熟練的操作意識(shí)。在得到了單面弧度板材后，再利用點(diǎn)成型機(jī)進(jìn)行三維曲面的成型，其原理是通過(guò)上方活動(dòng)錘頭的錘擊使單面弧度的板材“收”或“放”，以得到三維曲面板材。機(jī)器的兩個(gè)關(guān)鍵參數(shù)為錘擊頻次和上下兩錘的間距，不同的錘擊頻次與兩錘間距相互配合能得到不同弧度的曲面，只有掌握了精確的參數(shù)才能得到符合氣動(dòng)要求的補(bǔ)片。通過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，最終確定了工藝所需參數(shù)以及相對(duì)應(yīng)的“高頻三段錘擊”工藝，分別通過(guò)預(yù)成型、粗成型、精確成型三組不同的工藝參數(shù)來(lái)進(jìn)行補(bǔ)片加工，在保證成型精度的同時(shí)盡量縮短了加工時(shí)間，以防材料因?yàn)槔浼庸ゎl數(shù)過(guò)多而產(chǎn)生冷作硬化，導(dǎo)致裂紋的產(chǎn)生。

2.3 驗(yàn)證創(chuàng)新

由于南航沈陽(yáng)基地之前一直是使用 2219-0軟鋁配合凹模進(jìn)行補(bǔ)片制作的，從未直接使用過(guò)T62硬鋁進(jìn)行加工，因此上述方案的可行性必須重新進(jìn)行驗(yàn)證。

補(bǔ)片的質(zhì)量和氣動(dòng)外形是補(bǔ)片的兩個(gè)最為關(guān)鍵的參數(shù)，若補(bǔ)片存在微裂紋，長(zhǎng)久服役易產(chǎn)生疲勞，使裂紋延展、補(bǔ)片脫落，甚至打傷發(fā)動(dòng)機(jī)葉片導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)空停。為了確保方案的切實(shí)可行，決定使用熒光探傷和三維測(cè)繪的方法來(lái)對(duì)補(bǔ)片進(jìn)行質(zhì)量評(píng)估。

因OEM廠家嚴(yán)密的技術(shù)封鎖，無(wú)法從外界獲得唇口蒙皮的數(shù)字模型，項(xiàng)目組利用三維掃描設(shè)備對(duì)庫(kù)存的完好唇口進(jìn)行精確建模（見(jiàn)圖3），再對(duì)補(bǔ)片修理區(qū)域予以掃描，通過(guò)比對(duì)來(lái)確定修理區(qū)域是否滿足氣動(dòng)外形的要求，并進(jìn)行熒光探傷。經(jīng)檢驗(yàn)，依據(jù)此工藝完成的2219-T62補(bǔ)片滿足氣動(dòng)要求且無(wú)裂紋，達(dá)到CMM手冊(cè)中對(duì)唇口補(bǔ)片的要求，同時(shí)根據(jù)SRM手冊(cè)54-10-00，滿足補(bǔ)片與唇口本體對(duì)接間隙≤0.05in的條件。

3 成果應(yīng)用

2019年，一架A320neo飛機(jī)右發(fā)進(jìn)氣道唇口蒙皮遭遇鳥(niǎo)擊停廠，損傷如圖4所示，OEM報(bào)價(jià)人民幣近百萬(wàn)元，維修周期20天。南航沈陽(yáng)復(fù)合材料修理車(chē)間短艙項(xiàng)目組按照創(chuàng)新工藝，僅用3天保質(zhì)保量完成了全部修理工作，全部航材費(fèi)用不足萬(wàn)元，修理成品如圖5所示。

目前為止，新型鈑金工藝技術(shù)已成功應(yīng)用于近20臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)唇口的修理中。后續(xù)部件的跟蹤信息尚未收到任何質(zhì)量問(wèn)題的反饋，維修工藝可靠，質(zhì)量?jī)?yōu)良，穩(wěn)定耐用，效果顯著，累計(jì)節(jié)支350余萬(wàn)元。

4 結(jié)束語(yǔ)

該修理工藝已成功為南航5家分子公司近20余臺(tái)V2500發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道提供維修服務(wù)，有效減輕了南航外送維修的壓力，避開(kāi)了國(guó)外OEM廠家的維修能力限制，對(duì)于提升國(guó)資MRO企業(yè)的技術(shù)水平，助力形成具有充分自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的國(guó)產(chǎn)大飛機(jī)配套維修產(chǎn)業(yè)提供了重要的參考，具有十分顯著的社會(huì)價(jià)值。

作者簡(jiǎn)介

曲洪利，工程師，從事復(fù)合材料維修技術(shù)研究與開(kāi)發(fā)工作。