某机前封严环蜂窝多余物控制研究

2022-07-22陈金平刘兴宇

现代制造技术与装备 2022年5期

高瑾陈金平刘兴宇

（1.空装西安局某军事代表室，西安 710021；2.西安航空发动机集团有限公司，西安 710021）

航空发动机转子部件和静子部件之间的气流密封，常采取蜂窝结构密封[1]。蜂窝在加工和清洗过程中必定会产生多余物进入蜂窝晶格。当晶格较小、深度较大时，进一步增大了清洗难度。某型发动机燃烧室中的重要部件前封严环包含4 层蜂窝，蜂窝晶格小（边距尺寸为0.8 mm），蜂窝深约35 mm。本文重点研究如何有效对蜂窝晶格多余物进行控制和清理。

1 前封严环蜂窝简介

前封严环属于燃烧室中的重要部件，起气封作用，确保发动机效率和冷却效果。所以，设计上在其内孔通过电子束焊焊接了4 层蜂窝，再利用电火花磨削，将内径方向加工至设计图尺寸，以保证其与转子的间隙要求。前封严环结构实物，见图1。在加工过程中，要将零件整体放置在容易产生残留物的溶液中。加工完成后，需清理蜂窝。蜂窝为小晶格结构，蜂窝材料为GH536，蜂窝晶格边距为0.8 mm，蜂窝壁厚为0.5 mm，蜂窝深约为35 mm。蜂窝结构见图2。

2 前封严环蜂窝清理难点

2.1 蜂窝晶格尺寸小

前封严环包含4 层蜂窝，蜂窝为小晶格结构，蜂窝材料为GH536，蜂窝晶格边距为0.8 mm，蜂窝壁厚为0.5 mm，蜂窝深约为35 mm。因蜂窝层数多，晶格边距小，手工钳工去除的方式效率低。然而，蜂窝壁厚仅为0.5 mm，采用振动光饰等高效去除方式极易导致蜂窝壁变形坍塌，故不可取[2-10]。

2.2 多余物成分多样性

前封严环加工工艺过程长，蜂窝内的多余物可能是在电火花蜂窝处产生，也可能是在磨蜂窝前的机械加工处产生，还可能是在后续的清洗工序清洗液残留处产生[11]。因此，需要知道蜂窝多余物的成分，以便采取合适的方式去除多余物和规避多余物的产生。

3 前封严环蜂窝多余物控制

3.1 磨蜂窝加工过程分析

磨蜂窝前的所有机械加工工序中，用防护胶带防护蜂窝，防止机械加工过程中多余物进入蜂窝。用电火花磨加工代替正常磨加工，可减少磨加工过程中多余物的产生。磨加工后安排一道清理工序和两道清洗工序，减少多余物的产生，其中清理工序为钳工去除电火花加工中的黑斑。第一道清洗工序为蜂窝杂质及残留物。第二道清洗工序为超声波清洗，主要作用是将第一道清洗工序的清洗剂清洗干净[12-14]。

具体主要工艺过程如下：机械加工（对蜂窝防护）→磨蜂窝→钳工清理蜂窝→清洗蜂窝杂质及残留物→超声波清洗→检查蜂窝→检验→清洗、油封、入库。

3.2 蜂窝多余物成分确定

为找到残留物产生的原因，先从残留物的成分出发，利用pH 试纸检查残留物残渣溶液，发现残留物为弱碱性。从前封严环的加工工艺入手，逐个分析工序，特别是使用碱性溶液或者碱性辅助材料的工序，以期找到残留物产生的工序及原因，便于从工序入手进行残留物的控制及清除工作[15-24]。

通过pH 试纸试验后分析，蜂窝表面白色或黄褐色物体残留应为碱性清洗剂残留。碱性清洗剂残留在某个使用碱性清洗剂或者碱性辅助材料工序完成后，以液体形式存在于蜂窝的各个地方，特别是倒角处。随着自然干燥，在经过一定时间后，碱性清洗剂析出变成固体残留粘在零件表面。综上所述，碱性清洗剂或者碱性辅助材料的使用，导致零件蜂窝表面有碱性残留物的存在。

经过分析该零件的加工工艺，该零件在加工过程中没有使用到碱性辅助材料，如碱性的清洗剂等。可见，碱性残留物的发生只能是在工序的清洗过程中产生的。

对两道清洗工序进行调查，发现磨蜂窝清理后的第一道清洗工序使用的清洗液成分为碱性清洗剂。该工序清洗的主要作用是将蜂窝内部的残留物清洗干净。第二道清洗工序为超声波清洗，主要作用是将第一道清洗工序的清洗剂清洗干净。超声波清洗使用的液体为中性，故多余物主要为第一道清洗工序的碱性清洗剂残留。

3.3 蜂窝多余物清洗控制方案

经过试验发现，该残留物在80 ～150 ℃时析出，变成没有黏性的粉末。因此，通过增加加温炉烘烤的方式可以将零件蜂窝内部的残留碱性清洗剂烘干，从而消除残留碱性清洗剂析出到蜂窝表面的问题[25-29]。

按照试验流程，先确定前封严环是否可以承受80 ～150 ℃而不会造成零件的损伤，发现该零件在中转热处理进行20 工序真空时效时，温度在600 ～775 ℃。可见，烘烤的温度80 ～150 ℃不会对零件产生任何影响。此外，通过正交对比试验[6]，确定具体的温度范围及烘烤的时间。如表1 所示，其中温度范围按照车间现有加热炉的温度范围分为80 ～100 ℃、100 ～140 ℃和140 ～150 ℃。经过试验发现，编号为7 的参数清除效果最好，执行起来最经济，故选定此参数。