馮保東，黃艷松，張文桔

（1.海軍駐株洲某軍代室，湖南 株洲 412002；2.中航工業(yè)南方公司，湖南 株洲 412002）

0 引言

蠟是日常生活中常見的一種產(chǎn)品，按來源可分為動(dòng)物蠟、植物蠟、石油蠟等，其中石油蠟被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中，主要用于制作包裝材料、電器元件絕緣、鑄造蠟?zāi)?、火柴以及顏料添加劑等。石蠟和地蠟是兩種不同的石油蠟，在固態(tài)時(shí)具有一定的硬度和韌性，而且熔點(diǎn)較低、易去除，在機(jī)械制造中發(fā)揮了重要的作用。航空發(fā)動(dòng)機(jī)零件復(fù)雜、腔道多，而且多數(shù)為薄壁件，制造過程多余物以及尺寸變形的控制難度大，蠟的使用有助于我們很好地解決了上述問題。本文分析了石蠟和地蠟的特性，以幾個(gè)典型零部件為例介紹了石蠟和地蠟在航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造中的應(yīng)用情況，并總結(jié)了應(yīng)用過程中應(yīng)注意的事項(xiàng)。

1 蠟的特性

石蠟是從石油或其他礦物油中提煉出來的一種固體烷烴混合物。石蠟為白色或淡黃色固體，無臭無味，熔點(diǎn)為47～4℃，不與常見的化學(xué)試劑反應(yīng)，可以燃燒，通常按照熔點(diǎn)每隔2℃分成不同的品種。石蠟溶于乙醚、笨二硫化碳、潤滑油等，不溶于水、乙醇及酸類。

地蠟是從石油經(jīng)過脫蠟后的殘留物中提取出來的由正構(gòu)烷烴、異構(gòu)烷烴等混合而成的微晶形蠟。地蠟一般呈淺黃色固體塊狀，有很好的粘附性和韌性。地蠟熔點(diǎn)為54.4～0.6℃，熔點(diǎn)和黏度比石蠟高，可與多種蠟類互溶。

2 航空發(fā)動(dòng)機(jī)零部件制造中的應(yīng)用

因蠟具有較好的低溫熔點(diǎn)特性，固態(tài)時(shí)具有一定的硬度、韌性，在機(jī)械加工特別是薄壁零件、腔道零件的加工中可利用其特點(diǎn)用于增加零件剛性、減少震動(dòng)、實(shí)現(xiàn)多余物防制以及零件的無壓力裝夾等功能。

2.1 灌蠟增強(qiáng)零件剛性，減小加工變形

薄壁零件、葉片葉尖加工時(shí)，由于零件本身剛性不足，在不采取相關(guān)措施的情況下，加工過程中很容易產(chǎn)生加工變形，出現(xiàn)振動(dòng)、橢圓，甚至扎刀及葉片扭曲變形等情況。因此，提高易變性零件加工過程中的剛性，是保證此類零件加工質(zhì)量的關(guān)鍵。而利用蠟的低溫融化并重新凝固后具有一定硬度的特點(diǎn)，可以較容易地改善零件的剛性。圖1 所示的零件為某發(fā)動(dòng)機(jī)火焰筒外環(huán)，壁厚不到2 mm，剛性較差，直接對外表面進(jìn)行加工將導(dǎo)致變形，甚至出現(xiàn)扎刀現(xiàn)象，加工前在零件內(nèi)部灌入80 號地蠟，由于該零件內(nèi)腔較大，因此在蠟中間增加了鋼絲網(wǎng)、安裝了芯桶，從而進(jìn)一步提高了剛性，使加工的產(chǎn)品尺寸滿足設(shè)計(jì)圖樣要求。圖2 所示的零件為某發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)匣組件，內(nèi)部裝有5 級葉片，每級由30 多個(gè)懸伸葉片組成，需要對葉尖進(jìn)行磨削加工，由于葉片懸伸較長，在不采取措施的情況下葉片受到砂輪切削力時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定的變形和振動(dòng)，導(dǎo)致葉尖尺寸精度及表面質(zhì)量達(dá)不到要求，甚至是出現(xiàn)不正常切削。通過在葉片周圍灌石蠟可以使懸臂葉片結(jié)構(gòu)變?yōu)檎w式結(jié)構(gòu)，大大地提高了葉片零件剛性，改善了零件的切削性能，有效解決了葉尖加工難的問題。

圖1 某火焰筒外環(huán)灌蠟提高零件剛性

圖2 某壓氣機(jī)匣組件灌蠟提高了葉片加工剛性

2.2 灌蠟實(shí)現(xiàn)多余物控制

在航空發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣、軸承座等帶有長油道、細(xì)小空腔結(jié)構(gòu)零件加工過程中，因零件油道狹小，鐵屑等多余物一旦進(jìn)入油道不僅檢查困難，而且取出來的難度較大，因此，這類零件加工過程的一項(xiàng)重要工作就是控制多余物。圖3 所示的零件為某發(fā)動(dòng)機(jī)軸承座，內(nèi)部腔道復(fù)雜、加工工序多，任一工序加工時(shí)鐵屑掉進(jìn)腔道內(nèi)都很難取出，而且無法進(jìn)行檢查。因此在加工前，將零件內(nèi)腔灌滿石蠟并封堵了各進(jìn)口，可有效防止多余物進(jìn)入。

2.3 利用蠟實(shí)現(xiàn)無壓力裝夾

薄壁零件加工時(shí)除了本身剛性不足引起的變形之外，裝夾過程中產(chǎn)生的彈性變形也是影響零件加工質(zhì)量的重要因素。對高精度或易變形零件來說，尋求一種合適的裝夾方式來減小裝夾產(chǎn)生的彈性變形對零件的影響尤為重要。固態(tài)蠟具有一定的硬度和韌性，在切削力矩不大的情況下可以利用蠟來傳遞扭力，實(shí)現(xiàn)零件的無壓力裝夾，從而消除易變形件因裝夾變形帶來的影響。

圖4 所示的零件為某發(fā)動(dòng)機(jī)薄壁環(huán)，環(huán)內(nèi)焊接有幾十個(gè)懸伸葉片，零件結(jié)構(gòu)剛性差，裝夾困難并且左右兩端的外圓相互跳動(dòng)要求高。采用平常的支撐一面壓緊一面進(jìn)行加工，因其裝夾過程中產(chǎn)生變形以及兩次裝夾的誤差影響，很難滿足產(chǎn)品質(zhì)量要求。將地蠟與石蠟按一定比例調(diào)配熔化后澆灌在心軸與零件之間，蠟固化后將定位心軸與零件凝固形成一個(gè)整體，使零件無任何壓力作用下固定在定位心軸上。零件加工時(shí)只需將心軸安裝于車床上，由于定位心軸剛性好，安裝時(shí)彈性變形小，并且零件與心軸沒有直接接觸，即使定位心軸產(chǎn)生微量變形也可以被具有韌性的蠟所吸收。固態(tài)蠟具有一定的韌性和強(qiáng)度，在一定的力矩范圍內(nèi)可以將機(jī)床的力矩從定位心軸上傳遞給均布的各葉片，從而使零件克服刀具切削力實(shí)現(xiàn)切削加工。

圖3 某軸承座灌蠟防多余物

圖4 某環(huán)件灌蠟裝夾

通過此方法不僅可以實(shí)現(xiàn)無壓力裝夾零件，消除裝夾變形，還實(shí)現(xiàn)了零件兩端面的一次裝夾加工，消除了多次裝夾過程中的基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換誤差。

3 應(yīng)用過程中的注意事項(xiàng)

3.1 根據(jù)實(shí)際應(yīng)用場合選擇蠟的品種

石蠟室溫固態(tài)時(shí)具有相對較好的硬度，但是凝固過程中收縮率較大，并且很脆，韌性和黏性差，很容易產(chǎn)生蠟與零件剝離的現(xiàn)象；地蠟屬于微晶蠟，韌性黏性很好，凝固與零件的剝離程度比石蠟小，但是地蠟都具有塑性，當(dāng)蠟受力容易產(chǎn)生塑性變形，因此在圖1 所示的場合中必須選擇收縮率小、有韌性和黏性的蠟才能保證蠟與零件之間不會(huì)產(chǎn)生間隙。而在圖2 的場合中又必須充分考慮懸臂葉片在受力時(shí)可能使葉片產(chǎn)生變形導(dǎo)致蠟與葉片分離，因此需要在葉片周圍灌塑性較小的蠟。

3.2 注重分層次灌蠟，及時(shí)檢查修復(fù)裂縫區(qū)

蠟冷卻時(shí)體積會(huì)收縮，常出現(xiàn)蠟與零件表面剝離現(xiàn)象，一旦出現(xiàn)剝離，蠟就會(huì)失去預(yù)期的作用。因此防止蠟?zāi)踢^程中與零件剝離是灌蠟過程的關(guān)鍵。可以通過降低冷卻速度、分層次灌蠟、補(bǔ)蠟等方式解決剝離現(xiàn)象。

3.3 必要時(shí)采取措施提高蠟的整體力學(xué)性能

蠟雖然能凝固成一個(gè)整體，但是蠟與零件表面之間的粘附力較小，而且某些蠟（如石蠟）本身比較脆容易開裂，大塊蠟在旋轉(zhuǎn)過程中很容易在旋轉(zhuǎn)力的作用下直接與零件脫離或散裂。因此對填蠟空間較大的零件灌蠟時(shí)，要在填蠟空間中增加線或者網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)來提高蠟的整體力學(xué)性能，防止零件加工過程中蠟的脫離和散裂。

3.4 熔化清理應(yīng)防止零件表面粘附蠟層

蠟的化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定，較薄的蠟層比較難發(fā)現(xiàn)，殘留在零件表面形成多余物，并且蠟還容易粘附其他灰塵等多余物，對產(chǎn)品特別是精密零件有一定影響。除蠟一般分為熱熔化、清洗兩個(gè)步驟。首先通過加熱熔化或油浴熔化方法將蠟熔化掉，熔化后因零件表面一般還會(huì)附著微量的蠟物質(zhì)，需要再次通過溶劑或清洗劑進(jìn)行清洗。對于油道件還需要對管道進(jìn)行沖洗，以保證管道中無殘留物。

4 結(jié)語

合理地利用蠟可以解決航空發(fā)動(dòng)機(jī)零部件加工過程中變形、振動(dòng)、多余物控制以及裝夾等難題，對提高產(chǎn)品質(zhì)量起到了重要的作用。在蠟實(shí)際使用中，應(yīng)合理選擇品種，實(shí)施分層次灌蠟，并適當(dāng)采用增加鋼絲網(wǎng)等措施提高蠟的剛性。