CN108161375B - 一种涡流器组件的加工工艺方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及航空发动机和燃气轮机领域，尤其是航空发动机燃烧室中的涡流器组件的加工工艺方法，所述涡流器组件由涡流器套筒和涡流器组成，所述涡流器套筒和涡流器均采用锻件作为原材料，所述涡流器组件加工工艺步骤包括（1）车削加工；（2）铣削或电火花加工；（3）清洗；（4）试装；（5）定位焊；（6）预置钎料：（7）真空钎焊；（8）钳修；（9）精车，本加工工艺方法，操作简单，解决了现有的采用精密铸造后在精加工的方式制作的涡流器组件不仅生产成本高、周期长、对人员和技术要求高而且冶金缺陷很难避免，铸件尺寸和质量的不稳定，成品率不高、从而降低燃烧室使用寿命对航空发动机的整体性能产生不利影响等问题。

Description

一种涡流器组件的加工工艺方法

技术领域

本发明涉及航空发动机和燃气轮机领域，尤其是航空发动机燃烧室中的涡流器组件的加工工艺方法。

背景技术

涡流器组件是航空发动机燃烧室中非常重要的零部件，带有叶片结构的涡流器组件更是广泛应用于高推重比航空发动机燃烧室中，其作用是形成火焰筒头部的回流区，降低气流速度，在火焰筒头部形成稳定的火源，保证燃烧室稳定工作。

涡流器组件尺寸小，结构复杂，环壁之间沿周向均布多个叶片，在科研试制或批量生产时，普遍采用整体精密铸造后在精加工的工艺方式，但整体精密铸造件存在以下问题：

1：虽然我国目前的精密铸造技术已非常成熟，但由于铸造方法本身的局限性，须采用专用铸造设备，预先制作高精密度铸模、型芯及浇注系统，导致铸件毛坯制作工序多、周期长、对人员和技术要求高，成本高；

2：采用精密铸造工艺方法，金属流动性受产品结构影响明显，含叶片结构的涡流器铸件常常存在难以避免的冶金缺陷如疏松、缩孔、孔洞等，从而导致铸件外型尺寸不稳定、表面粗糙度不达标，冶金质量不稳定与同种材料牌号锻件相比，抗拉强度低、疲劳强度差；

3：在铸造过程中受金属流动性的影响，导致环壁尺寸厚薄不均匀，由于精密铸造环壁厚度薄，加工余量小，导致后续精加工工序出现衔接困难如基准选择与加工余量精准判断不准确；

4：由于铸件冶金质量不稳定，也容易导致燃烧室无法持久稳定的工作，从而降低燃烧室使用寿命，对航空发动机的整体性能产生不利影响。

综上所述，目前亟需一种技术方案解决现有的采用精密铸造后在精加工的方式制作的涡流器组件不仅生产成本高、周期长、对人员和技术要求高而且冶金缺陷很难避免，铸件尺寸和质量的不稳定，成品率不高、从而降低燃烧室使用寿命对航空发动机的整体性能产生不利影响等问题。

发明内容

本发明的目的在于解决现有的采用精密铸造后在精加工的方式制作的涡流器组件不仅生产成本高、周期长、对人员和技术要求高而且冶金缺陷很难避免，铸件尺寸和质量的不稳定，成品率不高、从而降低燃烧室使用寿命对航空发动机的整体性能产生不利影响等问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种涡流器组件的加工工艺方法，所述涡流器组件由涡流器套筒和涡流器组成，所述涡流器套筒和涡流器均采用锻件作为原材料，所述涡流器组件加工工艺步骤如下：

（一）车削加工：采用车床加工涡流器套筒内、外圆表面及两端面至所需工艺尺寸；采用车床加工涡流器内、外圆表面及两端面至所需工艺尺寸。

（二）铣削或电火花加工：采用铣床或电火花加工涡流器外圆表面获得叶片外形；

（三）清洗：采用有机溶剂清洗加工成型的涡流器套筒和涡流器，保证零件表面干净无油污；

（四）试装：试装上述零件，修磨涡流器套筒内圆和叶片，确保涡流器套筒内圆和叶片接触的配合面间隙小于0.2mm；

（五）定位焊：采用氩弧焊对每一叶片与涡流器套筒内圆表面进行定位点焊；

（六）预置钎料：用砂纸打磨氩弧焊点，使其呈金属光泽，在叶片配合面上均匀涂抹适量的粉状钎料，并用粘接剂润湿，确保钎料不脱落；

（七）真空钎焊：将涡流器组件平放于料架上，按焊接工艺进行真空钎焊；

（八）钳修：采用机械方法除去涡流器组件上多余的粉状钎料并采用有机溶剂清洗涡流器组件，保证涡流器组件表面干净无粉状钎料；

（九）精车：采用车床加工涡流器套筒和涡流器，保证涡流器套筒和涡流器的同心度符合工艺要求。

金属锻件的冶金工艺成熟，操作方法简单，因此涡流器套筒和涡流器分别采用锻件作为原材料加工与精密铸造的整体涡流器组件相比，无需专用铸造设备和制作高精度的铸模、型芯及浇注系统，大幅降低前期准备时间，节约成本；锻件金属性能好，因此采用机加工涡流器锻件外圆表面成型叶片较铸造成型的涡流器叶片金属性能稳定，避免了铸造过程中的疏松、缩孔、孔洞等缺陷；涡流器套筒和涡流器为薄壁零部件，因此采用分别车削涡流器套筒锻件和涡流器锻件的内、外圆表面的方法，将锻件加工成符合工艺要求的薄壁零部件，可很好的选择加工基准与精准判断修正加工余量；通过一次真空钎焊将涡流器上的叶片全部焊接在涡流器套筒的内圆表面上，焊接过程中涡流器组件的变形小，成品率高并且质量稳定性好，从而提高涡流器组件的成品率，本加工工艺方法，操作简单，解决了现有的采用精密铸造后在精加工的方式制作的涡流器组件不仅生产成本高、周期长、对人员和技术要求高而且冶金缺陷很难避免，铸件尺寸和质量的不稳定，成品率不高、从而降低燃烧室使用寿命对航空发动机的整体性能产生不利影响等问题。

申请人认为，还需要说明的是，虽然锻件加工是常规机械加工手段，但是，目前还没有采用锻件加工制备涡流器组件的先例，同时，由于铸造方式需要提前准备芯模，特别是针对采用铸造方式制备航空发动机或燃气轮机的涡轮器组件的工艺加工方法，由于该领域对涡轮器组件的精度要求较高，而其芯模的制备较困难，所以，本发明技术方案中，采用锻件加工提高了坯料的强度，通过机械加工处理提高了涡轮器组件的表面质量以及诸多结构的位置精度，提高了制得的涡轮器组件的质量和成品率，也相应的减少了制备周期，降低了制备成本，取得了意料不到的技术效果，尤其适用于航空发动机或燃气轮机燃烧室涡轮器组件的快速研发、试制和小批量生产。

优选的，所述涡流器套筒外圆表面和涡流器内圆表面均预留0.5㎜~1㎜的焊接余量，在机加过程中，通过在涡流器套筒外圆表面和涡流器内圆表面预留0.5㎜~1㎜的焊接余量，可减少后续的机械加工工序。

优选的，步骤五中所述定位点焊位置均布于叶片周围且焊接点至少3处，定位点焊位置均布于叶片周围且焊接点至少3处，可使涡流器相对于涡流器套筒固定，在后续预置钎料不发生位移并且可避免在后续真空钎焊过程中，因叶片与涡流器套筒内壁接触各部位焊接受力不均匀而影响钎焊质量。

优选的，步骤六中采用600#金相砂纸打磨氩弧焊点。

优选的，所述锻件的原材料为棒材，选用棒材替代铸件作为毛坯，大幅缩短备料周期、降低原材料成本，且冶金质量稳定性好。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明金属锻件的冶金工艺成熟，操作方法简单，因此涡流器套筒和涡流器分别采用锻件作为原材料加工与精密铸造的整体涡流器组件相比，无需专用铸造设备和制作高精度的铸模、型芯及浇注系统，大幅降低前期准备时间，节约成本；锻件金属性能好，因此采用机加工涡流器锻件外圆表面成型叶片较铸造成型的涡流器叶片金属性能稳定，避免了铸造过程中的疏松、缩孔、孔洞等缺陷；涡流器套筒和涡流器为薄壁零部件，因此采用分别车削涡流器套筒锻件和涡流器锻件的内、外圆表面的方法，将锻件加工成符合工艺要求的薄壁零部件，可很好的选择加工基准与精准判断修正加工余量；通过一次真空钎焊将涡流器上的叶片全部焊接在涡流器套筒的内圆表面上，焊接过程中涡流器组件的变形小，成品率高并且质量稳定性好，从而提高涡流器组件的成品率，本加工工艺方法，操作简单，解决了现有的采用精密铸造后在精加工的方式制作的涡流器组件不仅生产成本高、周期长、对人员和技术要求高而且冶金缺陷很难避免，铸件尺寸和质量的不稳定，成品率不高、从而降低燃烧室使用寿命对航空发动机的整体性能产生不利影响等问题。

本申请其他实施方式的有益效果是：

1. 在机加过程中，通过在涡流器套筒外圆表面和涡流器内圆表面预留0.5㎜~1㎜的焊接余量，可减少后续的机械加工工序。

2. 定位点焊位置均布于叶片周围且焊接点至少3处，可使涡流器相对于涡流器套筒固定，在后续预置钎料不发生位移并且可避免在后续真空钎焊过程中，因叶片与涡流器套筒内壁接触各部位焊接受力不均匀而影响钎焊质量。

3.选用棒材替代铸件作为毛坯，大幅缩短备料周期、降低原材料成本，且冶金质量稳定性好。

附图说明

图1为本发明涡流器组件的结构示意图；

图2为本发明涡流器的的结构示意图；

图3为本发明涡流器套筒的结构示意图。

附图标记

1-涡流器，2-叶片，3-涡流器套筒。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

如附图1、附图2、附图3所示本实施例一种涡流器组件的加工工艺方法包括涡流器1，叶片2，涡流器套筒3，金属锻件的冶金工艺成熟，操作方法简单，因此涡流器套筒3和涡流器1分别采用锻件作为原材料加工与精密铸造的整体涡流器组件相比，无需专用铸造设备和制作高精度的铸模、型芯及浇注系统，大幅降低前期准备时间，节约成本；锻件金属性能好，因此采用机加工涡流器锻件外圆表面成型叶片2较铸造成型的涡流器叶片2金属性能稳定，避免了铸造过程中的疏松、缩孔、孔洞等缺陷；涡流器套筒3和涡流器1为壁厚为1~2㎜的薄壁零部件，因此采用分别车削工涡流器套筒3锻件和涡流器1锻件的内、外圆表面的方法，将锻件加工成符合工艺要求的薄壁零部件，可很好的选择加工基准与精准判断修正加工余量；通过一次真空钎焊将涡流器1上的叶片2全部焊接在涡流器套筒3的内圆表面上，焊接过程中涡流器组件的变形小，成品率高并且质量稳定性好，从而提高涡流器组件的成品率，本加工工艺方法，操作简单，解决了现有的采用精密铸造后在精加工的方式制作的涡流器组件不仅生产成本高、周期长、对人员和技术要求高而且冶金缺陷很难避免，铸件尺寸和质量的不稳定，成品率不高、从而降低燃烧室使用寿命对航空发动机的整体性能产生不利影响等问题。

在机加过程中，通过在涡流器套筒3外圆表面和涡流器1内圆表面预留0.5㎜~1㎜的焊接余量，可减少后续的机械加工工序。

定位点焊位置均布于叶片2周围且焊接点至少3处，可使涡流器1相对于涡流器套筒3固定，在后续预置钎料不发生位移并且可避免在后续真空钎焊过程中，因叶片2与涡流器套筒3内壁接触各部位焊接受力不均匀而影响钎焊质量。

选用棒材替代铸件作为毛坯，大幅缩短备料周期、降低原材料成本，且冶金质量稳定性好。

以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明已进行了详细的说明，但本发明不局限于上述具体实施方式，因此任何对本发明进行修改或等同替换；而一切不脱离发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种涡流器组件的加工工艺方法，所述涡流器组件由涡流器套筒和涡流器组成，其特征在于：所述涡流器套筒和涡流器均采用锻件作为原材料，所述涡流器组件加工工艺步骤如下：

(一)车削加工：采用车床加工涡流器套筒内、外圆表面及两端面至所需工艺尺寸；采用车床加工涡流器内、外圆表面及两端面至所需工艺尺寸；

(二)铣削或电火花加工：采用铣床或电火花加工涡流器外圆表面获得叶片外形；

(三)清洗：采用有机溶剂清洗加工成型的涡流器套筒和涡流器，保证零件表面干净无油污；

(四)试装：试装上述零件，修磨涡流器套筒内圆和涡流器外圆表面的叶片，确保涡流器套筒内圆和涡流器外圆表面的叶片接触的配合面间隙小于0.2mm；

(五)定位焊：采用氩弧焊对每一叶片与涡流器套筒内圆表面进行定位点焊；

(六)预置钎料：用砂纸打磨氩弧焊点，使其呈金属光泽，在叶片配合面上均匀涂抹适量的粉状钎料，并用粘接剂润湿，确保钎料不脱落；

(七)真空钎焊：将涡流器组件平放于料架上，按焊接工艺进行真空钎焊；

(八)钳修：除去涡流器组件上多余的粉状钎料并采用有机溶剂清洗涡流器组件，保证涡流器组件表面干净无粉状钎料；

(九)精车：采用车床加工涡流器套筒和涡流器，保证涡流器套筒和涡流器的同心度符合工艺要求。

2.如权利要求1所述的一种涡流器组件的加工工艺方法，其特征在于：步骤一 中所述涡流器套筒外圆表面和涡流器内圆表面均预留0.5㎜～1㎜的车削 加工余量。

3.如权利要求1所述的一种涡流器组件的加工工艺方法，其特征在于：步骤五中所述定位点焊位置均布于叶片周围且焊接点至少3处。

4.如权利要求1所述的一种涡流器组件的加工工艺方法，其特征在于：步骤六中采用600#金相砂纸打磨氩弧焊点。

5.如权利要求1所述的一种涡流器组件的加工工艺方法，其特征在于：所述锻件的原材料为棒材。