哈爾濱東安實業(yè)發(fā)展有限公司 張智秋 賈峰

航空發(fā)動機噴嘴關(guān)鍵工序加工及裝備

哈爾濱東安實業(yè)發(fā)展有限公司 張智秋 賈峰

隨著我國經(jīng)濟建設(shè)和航空工業(yè)的迅速發(fā)展，國家對航空發(fā)動機及其他航空產(chǎn)品的需求越來越大。航空發(fā)動機是高技術(shù)產(chǎn)品，其組成的零部件多達幾千種，品種繁多、技術(shù)復(fù)雜、要求高。

航空發(fā)動機噴嘴作為整個發(fā)動機的核心零件，加工精度和質(zhì)量對燃油分布、霧滴尺寸、燃燒完全度、點火、出口溫度場、潤滑和排放污染等均有很大的影響。本文主要對燃油噴嘴的加工進行論述。

航空發(fā)動機噴嘴產(chǎn)品概述

1.產(chǎn)品特點及分類

噴嘴分為滑油噴嘴和燃油噴嘴兩大類?？讖揭话銥棣?.3～0.8mm。滑油噴嘴為各潤滑系統(tǒng)中的末端零件，用于對潤滑點或部位進行噴油，以保證運動部件的正常工作。燃油噴嘴為各燃油系統(tǒng)中的末端零件，為發(fā)動機燃燒室提供燃油。

2.燃油噴嘴產(chǎn)品的特點

燃油噴嘴的功用是將燃油霧化，加速混合氣體的形成，保證穩(wěn)定的燃燒和提高燃燒效率。航空發(fā)動機的燃油噴嘴有：離心噴嘴、氣動噴嘴、蒸發(fā)噴嘴和甩油盤式噴嘴。燃油噴嘴中的兩個重要件為啟動噴嘴前部和旋流器。如下圖所示，旋流器起到旋流作用，燃油從兩槽中進入旋流室內(nèi)，從旋流室旋流，在壓力的作用下產(chǎn)生離心力使燃油高速旋轉(zhuǎn)到啟動噴嘴前部的102°錐角內(nèi)，燃油高速旋轉(zhuǎn)通過φ0.32mm的中心孔，在壓力的作用下產(chǎn)生霧化及霧化角。霧化角的大小由啟動噴嘴前端的80°錐角決定。

其工作原理是燃油在油壓的作用下沿切向噴油槽進入噴嘴腔內(nèi)，高速旋轉(zhuǎn)，從噴口噴出時，在離心力的作用下霧化，形成旋轉(zhuǎn)的圓錐油霧層，與來自渦流器的旋轉(zhuǎn)氣流相撞、混合形成混合氣。燃油噴嘴對發(fā)動機燃燒室工作性能有重大影響，所以燃油噴嘴的要求很嚴格，要求霧化程度、霧化角度、小壓力下的霧化程度與角度、大壓力下的噴嘴流量及噴嘴的燃油分布均勻度情況嚴格執(zhí)行工藝。

燃油噴嘴關(guān)鍵工序加工

1.材料選擇及特點

燃油噴嘴的材料一般為高溫合金鋼。材料力學性能要求很高，一般生產(chǎn)工藝根本無法達到技術(shù)條件要求。通過強化工藝使該材料達到要求的力學性能強度，即布氏硬度為150HB，含碳量wC=0.05%～0.10%。

噴嘴的工藝特點為微孔加工，既要保證孔徑尺寸，又要保證噴口的角度和表面粗糙度要求，在鉆孔后需要研磨。加工時切削速度v=15～

50m/min，進給速度f=0.005mm/r。

2.工藝流程

（1）加工流程：車工→車工→調(diào)質(zhì)處理→車工→車工→磨工→鉆內(nèi)孔→粗鉆油孔→精鉆油孔→研磨噴口的角度→檢驗→性能試驗→檢驗→洗滌→包裝。

（2）關(guān)鍵工序。本零件小，硬度高，要求精度高，零件在加工過程中難度大。加工時定制專用插槽刀具和專用過中心刃的鉸刀。由于在加工零件時沒有5軸加工中心，所以想到將自定心夾盤夾在高精度分度盤上，找正中心進行加工。由于槽深0.25mm，用專用插刀分5刀進行加工，每次進刀0.05mm。由于是插槽加工，所以表面粗糙度值Ra很難達到0.8μm，所以本道工序留有0.02mm余量，在特種研磨機進行研磨加工槽的Ra=0.8μm，保證槽的公差精度。

經(jīng)過幾次現(xiàn)場加工發(fā)現(xiàn)加工φ1.7mm孔徑時，中心有凸起。經(jīng)分析是因為鉸刀的橫刃沒有過中心，后經(jīng)橫刃過中心的刀具加工后才得以解決。

本道工序訂制專用鑄鐵研磨棒來研磨K面（文中未注出），保證K面的表面粗糙度值Ra=0.4μm。本道工序為重要工序，一次加工零件中所有重要尺寸.由于使用高精度轉(zhuǎn)盤，使零件旋轉(zhuǎn)時的誤差控制到最小，保證零件兩槽的角度和對稱性。由于是一次加工使φ1.7mm與兩槽的接刀幾乎沒有，有的只是機床誤差，更好的保證了零件的跳動和尺寸精度。

本道工序槽尺寸測量，用萬能工具顯微鏡進行測量。將零件放大到30倍時，找正零件的4方的一邊，找正零件內(nèi)孔中心進行測量兩槽的對稱性和兩槽的寬度、深度及角度尺寸。通過萬能工具顯微鏡可以看出零件的缺陷。通過顯微鏡下可對零件進行細微的調(diào)整。

3.加工設(shè)備配置

（1）設(shè)備配置的原則。設(shè)備配置以保證產(chǎn)品質(zhì)量，滿足生產(chǎn)規(guī)模為前提，所選設(shè)備將充分考慮其先進性、實用性、經(jīng)濟性。

（2）主要設(shè)備。主要設(shè)備有七軸五聯(lián)動立式加工中心、五軸五聯(lián)動鏜銑加工中心、數(shù)控內(nèi)圓磨、慢走絲數(shù)控線切割機床、研磨機、三坐標測量機、萬能工具顯微鏡和燃油噴嘴性能試驗器等。

1）七軸五聯(lián)動立式加工中心：定位精度0.005mm，重復(fù)定位精度0.003mm，橫向X軸行程≥400mm，縱向Y軸行程≥200mm，垂直方向Z軸行程≥410mm，背向加工單元F軸行程≥300mm，裝刀主軸最大轉(zhuǎn)速≥30 000r/min，工件旋轉(zhuǎn)E軸車削時最大轉(zhuǎn)速≥6 000r/min。

2）五軸五聯(lián)動鏜銑加工中心，用于各種噴嘴零件的加工。設(shè)備的主要性能參數(shù)為：工作區(qū)域及行程600mm/450mm/450mm，光柵尺測量系統(tǒng)分辨率0.000 1mm、旋轉(zhuǎn)0.001°，直線軸快速進給65m/min，X、Y、Z軸定位精度4μm，重復(fù)定位精度2μm，A、C軸定位精度7"，重復(fù)定位精度4"。

3）數(shù)控內(nèi)圓磨用于套類零件的內(nèi)圓精加工。設(shè)備的主要性能參數(shù)為：磨孔直徑為10～100mm，磨孔長度為125mm，工件轉(zhuǎn)速為50～500r/min，砂輪轉(zhuǎn)速15 000r/min，進給分辨率0.001mm，圓度0.010 mm，圓柱度0.003mm，表面粗糙度值Ra=0.16μm。

4）慢走絲數(shù)控線切割機床用于復(fù)雜結(jié)構(gòu)件的復(fù)雜內(nèi)輪廓及滑油泵擺線齒輪的加工。設(shè)備的主要性能為：加工精度≤0.005mm，最大加工速度≤220 mm2/min，最佳加工表面粗糙度Ra≤0.5μm，最大工作尺寸900mm×670mm×210mm，最大加工厚度210mm，最大切割錐度/工作厚度30°/100mm，電極絲直徑0.15～0.3mm，電極絲運行速度1～12m/min。

5）研磨機用于滑油及燃油噴嘴的噴口部位加工，以保證噴口的角度精度和表面粗糙度要求。

6）三坐標測量機。工廠現(xiàn)有三坐標測量機2臺，承擔全分廠零件的檢測工作，現(xiàn)已處于超負荷運行狀態(tài)，無剩余能力承擔零件的檢測工作。因此需新增三坐標測量機。設(shè)備的主要性能為：行程范圍1500mm×900mm×700mm，MPEE 為0.9+L/400μm，MPEP＜1.0μm。

7）萬能工具顯微鏡用于入廠產(chǎn)品材料顯微組織的觀察和分析及復(fù)驗。設(shè)備的主要性能為：放大倍數(shù)為50×～1000×，采用光陷阱技術(shù)，光學部件具有防霉功能。

8）燃油噴嘴性能試驗器。燃油噴嘴是發(fā)動機的一個關(guān)鍵部件，主要是為燃燒室提供高質(zhì)量的油霧。燃油的霧化、液霧的蒸發(fā)、液霧的運動軌跡及燃油濃度的分布對燃燒室的點火、燃燒效率、燃燒穩(wěn)定性和熄火邊界、燃燒室出口溫度場和火焰筒的壽命等影響非常大，因此，需要通過試驗來檢測噴嘴的加工后的性能。

試驗器的主要技術(shù)參數(shù)為：最大燃油壓力15MPa，最大燃油流量150kg/h，燃油流量誤差≤1.0%，燃油霧化錐角范圍0°～90°，霧化空氣流量誤差≤1.5%，壓力測量誤差≤0.5%，霧化顆粒誤差≤5.0%，粒徑測量范圍0.5～850μm，粒徑測量精度＜3%?！?/p>