吴宏春 马镇镇 康可可 于 鲲

（1.空军驻沈阳黎明公司军代表室，辽宁 沈阳 110043；2.中国航发沈阳黎明航空发动机有限责任公司，辽宁 沈阳 110043）

0 引言

某组合件为航空发动机的重要零件，是联动部件，它位于机匣焊接组件的外部，通过摇臂装配某组合件、可调叶片与机匣焊接组件进行连接。目前，零件的装配方案为摇臂装配组合件与某组合件连接是通过销子连接的，装配时用木锤以2.5 N从内圆轻击销子端部敲打，使其与机体贴合。然后装配开口销，并用尖嘴钳子弯转。

结合机匣组件装配状态及零件在发动机中的作用，某组合件的突出技术问题是衬套装配过程，主要表现在衬套与零件装配存在剪切应力，容易挤压出铜丝；衬套装配过盈量不满足设计图要求使衬套后续镗衬套孔容易松动、脱落。

我国现行过盈装配工艺中的装配方法有3个。1）热装。2）冷装。3）压装[1]。这些装配方法效率低，不仅不能保证零件的装配精度，而且容易破坏零件自身的状态，位置精度和零件的再装配精度。

该次对衬套装配方案进行研究，以加工过程、加工时间、零件装配后的质量、后续零件变形情况为指标，将改进后方案与木锤装配法进行对比；分析气动方案的装配原理，从装夹方式、工装结构和加工过程等方面开展研究工作[2]，制定切实有效的装配方法，提高装配效率及装配质量，减少人员，降低操作工人的劳动强度，提高操作精度及操作可行性。最终保证衬套装配过程实现“0”质量问题的质量目标，并控制零件轴与孔的同轴度，达到无剪切铜丝现象的实验目标。最后通过优化工艺过程，实现衬套装配过程的标准化操作。

1 总体技术方案

技术方案如下。1）通过对零件的装配过盈量以及装配后的零件状态进行分析，确认联动环组合件衬套过盈装配方法的合理性。2）对使用木锤打入方法进行装配的零件进行数据收集，包括加工过程、加工时间、零件装配后衬套存在问题数量、装配后镗孔找正的状态。3）研究气动方案工艺装备结构，应用气动机构使装配压力一致，实现半自动化装配，并收集相关数据。4）将木锤打入法与气动工装装配法2种方法加工的零件数据进行对比，确定最优的加工方案。 5）对气动机构结构进行分析，总结气动方案工装设计经验，实现该类零件衬套装配标准操作。

2 问题剖析

目前零件组合件上孔尺寸为ф8+0.015，衬套与其配合尺寸为装配后要求过盈0.032～0.008，属于过盈装配，现场加工时采用敲击法进行装配，主要存在问题如下。1）零件装配敲击前必须采用液氮进行冷却，使用冷却的液氮容易对人体造成伤害，存在安全隐患。2）装配衬套时容易将衬套装倾斜，衬套垂直度差，后续加工容易衬套容易脱落，需要进行重复装配。3）安装衬套过程采用木锤敲击法，在装配时衬套对准联动环的孔时间最长为1 min，衬套与零件互相挤压时容易产生铜丝，现场实际的配合尺寸不能满足装配要求。

该文对木锤打入法问题进行分析，首先对操作过程流程进行总结，经过总结，具体操作步骤如下。a）将衬套用液氮冷却。b）将联动环垂直放在摇臂钻床床面槽内，保证其中一个径向孔在最底部。c）一名操作者扶稳联动环，保持垂直状态。d）另一名操作者用尖嘴镊子将衬套放进联动环的槽内；将衬套B对准联动环C面，用自制的销钉垫块由联动环另一个径向的孔伸进去，顶在衬套E面，后用木锤敲击销钉顶部，衬套装入。e）在机床上顺时针或者逆时针转动联动环，按照步骤b）～d）进行装配其余14个孔上衬套。f）装配完外环上的15处衬套后，将联动环转移到足够联动环高度的平台上，将联动环挂在平台一角上，保证内环其中一个径向孔在最高位置并垂直于平台。g）操作者用尖嘴镊子将衬套放进联动环的槽内；将衬套B对准联动环D面，用自制的销钉垫块由联动环另一个径向的孔伸进去，顶在衬套E面，后用木锤敲击销钉顶部，将衬套装入；在平台上顺时针或者逆时针转动联动环，按照步骤f）～g）进行装配其余14个孔上衬套。

对木锤打入法进行分析，存在3个风险点。首先，在采用摇臂钻床的床面中间的缝隙对零件进行垂直放置，并进行固定，需要工作人员保证零件的垂直度，偏差情况很难控制；其次，内层一圈装配15个衬套，对零件内壁进行15次的敲击；外层一圈装配15个衬套，对联动环外圆进行15次的敲击；用人手的力气打入衬套不能控制力度的大小，容易使零件变形。按每件零件装配72件衬套计算，平均加工时间41.93 min，衬套出现问题数量为28件，跳动变化量为0.02 mm～0.11 mm，合格率极低。

对打装过程进行分析，为了保证打装质量，必须保证被容件与包容件同轴，不允许倾斜。同时，由于零件是过盈装配，在没有工装控制的情况下，靠人为手动扶正很难实现，在木锤打击过程中，因为倾斜可能造成后续加工衬套脱落的情况。

以前装配衬套是将液氮冷却衬套后进行装配，在用液氮进行冷却时需要将衬套在液氮里产生的汽泡释放完全，需要的时间为15 min～20 min，大致轴径能收缩0.01～0.015，在现场使用液氮容易产生安全隐患。很多情况下现场不使用液氮，直接用木锤进行敲击打入，容易使衬套倾斜打装入零件内，产生铜丝，造成装配的过盈量不满足设计尺寸要求，如果倾斜严重，还会在后序镗孔工序产生加工时衬套脱落现象。

3 新方法工装结构分析

通过对前期数据的收集，确定采用气动装置进行过盈量衬套装配，以保证衬套的装配质量，避免出现衬套装配质量问题。同时零件为整圆状态，装配过程应该保证零件放平，采用底盘带有垫块的结构方案，将零件保持平衡放置；衬套装配时应该保持与联动环孔同心，并且与之垂直，用销子进行穿透，控制其同心度和垂直度，保证装配质量；压装衬套应该确定利用气压带动销杆顶压或者回弹回带力进行压装如图1所示。

3.1 工装第一次试验问题收集

通过第一次工装试验，对现场的各项试验问题进行收集，总结有一下3个方面的问题。1）工装实物与现场气口不能连接，接口不一致，现场压缩空气管子为Ф12 mm，工装连接管为Ф6 mm，缺少一个Ф12 mm转Ф6 mm的转接嘴。2）工装夹具上气缸与自身的联动装置无连接管，现场使用的连接管大小不一致，无法连接，根据使用夹具位置与压缩空气连接管子的距离，缺少一个5 m长直径6 mm的管子。3）工装实物与图纸对比，定位块位置错误， 零件无法落到夹具里面，并且衬套定位位置与零件装配位置距离太大，气缸不能使用。4）通过增加配置一个6 mm～12 mm的转接嘴，5 m长直径Ф6 mm的管子，并对夹具进行返修，进行二次试验。

3.2 工装第二次试验数据收集

现场进行联动环组合件的衬套装配工序第二次验证，夹具返修回来的工装与购买的连接相配件，进行现场连接，验证零件的使用过程，记录零件的装配过程，收集工装使用的问题以及装夹的操作步骤。

3.2.1 手动阀使用介绍

手动阀结构用于调整进气排气装置；手动阀上标识介绍，上面标识B、N和A代号，其中：代号B用于装衬套使用气缸给气，保证滑动销伸出；代号N回原排气，气缸不工作；代号A气缸工作，保证伸出的滑动销收回。每次装衬套前，现场压缩空气与夹具连接后，应该按照图示位置验证气动连接是否成功；用压力表确定压力值大小，保证每次装夹力的一致性。

3.2.2 零件装夹

将零件上的“U”形通槽放在夹具凸台位置，并保证凸台上的中心槽对准联动环上径向通孔，保证夹具中心滑动销能自由穿过。

3.2.3 操作步骤

操作步骤有9个。1）在装配时，首先将衬套装入夹具凹槽内。2）将手动阀转动到B 位置，滑动销会带动衬套与联动环同心。3）将挡销插入夹具凹槽内。4）旋转手动阀到A位置。5）滑动销会带动衬套回弹，利用气压压装衬套。6）将手动阀旋转到B位置，将挡销从夹具凹槽内取出。7）旋转手动阀到A位置，滑动销会回弹，完成内圆一个衬套装配过程。8）将联动环抬起，旋转到下一个“U”形槽，按照1）～7）顺序进行安装。9）按照要求，拧下2处螺钉A，将夹具中的气缸结构整体取下，旋转180 °安装在对面用拧下2处的螺钉A拧紧在螺纹孔B位置，按照以上的加工步骤1）～8）进行外环的衬套装配。

图1 夹具示意图

3.2.4 工装第二次压装验证结果

衬套没有全部装入零件内，只装入1/3，不能满足装配要求。

通过现场观察加工过程及加工结果，发现衬套的垂直度和剪切的压痕铜丝屑没有问题。

加工时间：首次连接夹具的时间为90 min ，第一次验证10 min（装8 min，敲打10下2 min），第二次验证2 min（敲打3下2 min）。

经过现场验证分析，发现夹具使用过程中气缸的压力不够，调节压力表最大值气缸压力也不够；经过分析讨论，在其他结构都满足现场要求的情况下，需要增加压力。解决方案为更换气缸，再根据现场试验情况，需要提高3倍气缸压力，气缸压力提高，气缸的尺寸需要进行调整，需要对夹具尺寸进行更改。

3.3 工装第三次试验数据收集

将夹具结构进行调整，增加PUSD接头、薄壁气缸和手动阀等结构。现场进行S组合件的衬套装配工序第三次验证，夹具返修回来的工装按照第二次连接方式进行现场连接，验证零件的使用过程。

现场最开始连接件采用的是自己配制接头为PUSD-12-0丢失，造成工装无法连接，根据实际情况进行现场改造，进行2次转接连接。改进操作步骤中进行装配结构旋转180°进行内圆的装配，由于旋转装配过程需要5～10分钟，自己做一个顶销，利用以前的原理进行顶装。采用此工装后不需要特殊调整，只要将衬套按正确位置放进与插销配合的凹槽内即可，保证外径与孔对准，实现了衬套装配的自动化。

3.3.1 改进后操作步骤

将衬套放入后，将手动阀转动到B 位置（左面），随着旋转的手动阀，滑动销会自动伸出，保证衬套进入联动环内圆孔中。a）将手动阀旋转到N位置（中间），然后在旋转的手动阀到A位置（右面），滑动销会自动回弹。b）将自制的顶销伸入已装的衬套背面。c）将手动阀转动到B 位置（左面），随着旋转的手动阀，滑动销会自动伸出顶在顶销上，衬套装入。d）重复步骤b）；完成一个衬套的装配。e）分析现场顶装的结果，发现零件装夹后与按照工装实际回带压装的效果一致，再转换压装机构180°进行装配，减少了整个零件的装配时间5 min～10 min ，并且满足了压装衬套的垂直度和在同轴度要求，装配过程简单。

3.3.2 衬套与联动环垂直和同轴度方法介绍

根据衬套内径尺寸确定滑动销尺寸红线标记，保证衬套与滑动销同轴及垂直状态。

根据衬套外径及联动环孔径蓝线标记确定定位套尺寸绿线标记，再根据滑动销尺寸红线标记确定定位套尺寸红线标记，滑杆工作时会带动定位套进入联动环孔内，保证衬套与联动环同轴及垂直状态。

根据滑动销回弹带动插销压装衬套，完成一个衬套的装配过程，在回弹和压装过程中，通过插销与定位插销的凹槽配合的尺寸确定插销的垂直度，再通过插销与滑动销配合尺寸确定插销与滑动销的垂直度；滑杆带动插销回弹压装保证了衬套打入过程的垂直度，避免倾斜。

3.3.3 工装第三次试验总结

零件在最初的方案制订和后续一系列的现场加工验证，发现零件装配工装过程研究考虑的因素比较多，需要考虑装夹的零件放置的状态、装配过程同心和垂直要求、压装采用的方法、加工过程遇到难点需要调整工装结构方案的措施；通过现场77件零件的装配验证，总结出零件装配在最终状态收集到的数据如下。1）一个衬套安装时间不到1 min，大部分时间都能小于37 s，一个零件加工需要17 min左右。2）每次使用夹具连接时间5 min。同一批次加工的零件只需要连接一次。3）零件装配过程气动结构无需操作者进行重复转换工作，节省时间为：3 min～5 min。4）在其中2件上对衬套进行装配后再取下（任意验证13件衬套）检查，发现并无铜丝剪切衬套外壁光整。

将零件采用木锤打入法收集的数据与采用气动半自动化工装收集的数据进行对比，可以看出，零件加工时间减少了26.9 min；衬套出现问题数量由原来的28变为0；跳动变化量由原来的0.02 mm～0.11 mm变为0～0.04 mm；确定零件装配采用气动压装衬套方案的可行性，衬套与联动环的同心度是根据工装结构，所装的77件零件均无铜丝挤压现象，零件合格入库，并通过后续装配车间的反馈零件状态与以往比较衬套无铜丝产生，并且零件装配过程无问题产生。现场采用该工装节省了加工时间，提高了零件装夹效率，避免质量隐患存在。

4 结论

通过此次研究，说明了3种工装方案对零件衬套装配的方法可行性，最终通过气动方案工装的使用，现场半自动化进行零件装配。通过对气动方案工装的调整，不断调整气缸压力及连接方式，最大程度地降低衬套装配的人为干预程度，实现衬套装配的半自动化，从而提高零件的装配质量，最终杜绝了衬套倾斜装配导致铜丝产生及装配精度差的问题。通过衬套半自动化装配，实现压装力大小的统一，零件变形得到了有效的控制。

通过气动方案工装的使用，减少了人员参与，降低了操作工人的劳动强度，提高了操作精度。最终保证衬套装配过程实现“0”质量问题，达到控制零件轴与孔同轴度并无剪切铜丝为实验目标要求，为零件的最终合格交付奠定了良好的基础。