崔薇 王卿

（西安航天發(fā)動機有限公司，陜西 西安710100）

1 概述

某型號系列推力室身部由燃燒室、收擴段和噴管后段組成，推進劑在身部燃燒室內(nèi)霧化、摻混、燃燒后產(chǎn)生高溫、高壓燃氣，然后經(jīng)過收擴段和噴管后段加速、噴出，從而產(chǎn)生所需的推力。其中，收擴段喉部因直徑急劇縮小，熱流密度最大，溫度最高，為保證喉部工作可靠與壽命，必須對該部位進行強制冷卻，再生冷卻為目前最常用的冷卻方式，通過采用導熱性能優(yōu)良的內(nèi)壁材料，提高冷卻劑流速，降低槽底壁厚等多種方式，提高內(nèi)壁冷卻效率。

圖1 內(nèi)、外壁裝配示意圖

從圖中可看出：收擴段內(nèi)、外壁為嵌套式結(jié)構，因其結(jié)構類似于酒杯狀，無法由一端向另一端套入裝配，工程上實現(xiàn)是采用將收擴段沿軸線切為兩半，裝入內(nèi)壁后再焊接而成設計。

限于結(jié)構及工程實現(xiàn)，收擴段內(nèi)、外壁裝配間隙難于保證。從近幾年交付產(chǎn)品的生產(chǎn)過程來看，若想保證產(chǎn)品最終質(zhì)量。（內(nèi)、外壁間隙、也即冷卻劑的流量、流速），必須嚴格控制零件加工變形及焊接變形。因此對于收擴段內(nèi)、外壁結(jié)構，加工過程進行分析，優(yōu)化工藝方法及參數(shù)，既必要也重要。

2 零件變形分析

2.1 首先對收擴段外壁加工變形進行分析，原加工流程如圖2。

從流程圖中可知外壁的加工過程，在粗加工完內(nèi)、外型面后先按軸線剖切開以釋放產(chǎn)品內(nèi)應力，再點焊為一個整體后，經(jīng)過精車內(nèi)、外型面可減少加工應力帶來的變形以提高配合質(zhì)量（如圖3）。由藍圖部分尺寸可知，外壁的軸線尺寸公差較大為0.6mm，產(chǎn)品基準位于喉部，但喉部直徑為兩處圓弧相交點，根據(jù)工藝規(guī)程，外壁內(nèi)型面加工是分兩次裝夾，各以兩端端面為基準向喉部方向加工，因此公差累積均位于喉部位置。

圖2 收擴段外壁加工工序流程圖

圖3 外壁內(nèi)型面部分尺寸

由于喉部具體位置在實際加工中無法準確確定，在三坐標檢測內(nèi)型面的圓弧及角度尺寸時選擇的基準與加工基準一致，所測量的數(shù)據(jù)均符合藍圖要求。但分析加工過程中的各個因素，例如：對刀誤差，刀具的磨損，增加刀尖圓弧半徑補償?shù)纫蛩?，均可導致外壁?nèi)型面軸向偏移誤差（如圖4）。

2.2 內(nèi)壁工藝流程圖（如圖5、6）

內(nèi)壁的外型面與外壁的內(nèi)型面為配合面，由流程及加工工藝可知，內(nèi)壁的外型面一次裝夾加工完成，因此可認定外型面為一條完整的曲線，可不受軸向公差大小的影響。

圖4 外壁精加工內(nèi)型面工藝附圖

圖5 收擴段內(nèi)壁加工工序流程圖

圖6 內(nèi)壁精加工外型面工藝附圖

2.3 造成間隙不均勻原因分析

2.3.1 基準轉(zhuǎn)換誤差

內(nèi)壁與外壁由藍圖計算理論間隙應在0.15mm～0.22mm 之間，但在實際配合中，釬焊間隙并非均勻，作圖可直觀看出，若外壁以喉部為基準，兩側(cè)R 在軸向方向各向兩端偏移0.1mm，間隙可為0～0.2mm。若增加軸向偏移，間隙的不均勻性會更加明顯，對焊接質(zhì)量也會造成直接影響。

2.3.2 對刀誤差

圖7 外壁對刀處示意圖

在加工42°24′角度，操作者使用螺紋尖刀目視對刀。帶有角度的形狀是對刀難點，對刀的誤差會直接影響內(nèi)型面的軸向位移，從而直接影響喉部右側(cè)型面的軸向尺寸。

2.3.3 刀具磨損誤差

刀尖磨損后，刀尖圓弧會變大，加工曲面及錐面會受到較大影響，實際型面與理論曲線相比會稍稍變小。

2.3.4 刀尖圓弧半徑補償誤差

加工外壁時使用刀尖圓弧半徑為R0.1mm 的螺紋刀片。在車加工中，若刀尖圓弧半徑≤R0.1mm 可不增加，因此車加工出產(chǎn)品的內(nèi)型面屬于過切，也就是實際型面與理論曲線相比會較大。

2.3.5 軸向長度不一

外壁軸向的公差為L±0.3，即總長（L-0.3）mm～（L+0.3）mm均為合格，兩端裝夾平掉斷面后產(chǎn)品可有長有短，每批產(chǎn)品的長度一致性都不一樣，這就會造成精加工內(nèi)型面時在喉部位置接刀不齊，會直接影響間隙的大小，更有甚者會出現(xiàn)內(nèi)外壁配合不上的現(xiàn)象。

2.4 變形控制誤差

只要有加工，就會有力的施加；只要有加熱，就會使零件產(chǎn)生內(nèi)應力。例如機加、焊接、熱處理過程等。

外壁在粗加工內(nèi)外型后即沿軸線用線切割切開，就是為了最大限度釋放切削加工產(chǎn)生的應力及零件自身內(nèi)應力。切割后的產(chǎn)品放置在平臺上，測量產(chǎn)品喉部位置與平臺的間隙約為0.07mm～0.08mm，證明產(chǎn)品已有變形，因后續(xù)加工需要，要將切開后兩半重新點焊為一個整體，點焊沒有嚴格的工藝參數(shù)要求，因此點焊前喉部位置間隙始終存在。

內(nèi)壁在車加工時所使用的胎具只有軸向定位，沒有徑向定位（原工裝設計方案是需要將產(chǎn)品與胎具點焊在一起），這樣精加工外型面后卸胎加工工藝孔與胎具安裝后銑槽也會產(chǎn)生彈性變形。

變形是概率事件，變形帶來的誤差也沒有規(guī)律可循，只有盡可能的減少變形才能讓產(chǎn)品裝配后的實際間隙更加接近理論值。

3 工藝方法改進

通過上面對引起收擴段內(nèi)外壁間隙不易保證原因分析，可知加工過程中有諸多因素需要在零件加工時加以嚴格控制，只有前面一道道把住關，才能使產(chǎn)品要求的間隙得到滿足。所以需從加工流程、工藝參數(shù)、刀具、工裝等方面一一采取措施，使產(chǎn)品達到圖紙要求。

3.1 外壁工藝優(yōu)化

3.1.1 粗加工均衡切削余量分布

有圖可知，圖8 為原粗、精加工余量對比圖，粗實線為最終尺寸，細實線為精加工前余量，余量分布不均勻，錐面余量在3mm 左右，圓弧側(cè)在0.66～4.007mm 之間。

加工余量不同會帶來切削面受力不同，變形量無法控制。圖9 為優(yōu)化后粗、精加工余量對比圖，余量基本在均勻的2mm 左右，有利于切削后產(chǎn)品內(nèi)應力的均勻分布，減少變形量。

3.1.2 增加研磨工序

在線切割將外壁分解開后，增加一道鉗工研磨工序，就是將對接面的間隙消除，要求外壁對接面放置在平臺上，0.05mm 塞尺不允許通過，這樣可以使兩半產(chǎn)品貼合更緊密完好。

3.1.3 改變刀具及加工方式

原來使用螺紋尖刀加工，對刀易產(chǎn)生誤差，為了避免該誤差，現(xiàn)在采用加工錐面一端用兩把刀加工：使用鏜孔刀加工圖10 中紅色部位，使用螺紋刀加工圖中藍色部位，這樣大部分內(nèi)型面對刀時是平面，不會引起角度對刀的誤差，能夠保證內(nèi)型面不會在軸向躥動。

圖8 原外壁粗、精加工余量示意圖

圖9 優(yōu)化后外壁粗、精加工余量示意圖

圖10 優(yōu)化后對刀方式示意圖

3.1.4 刀具圓弧半徑補償

由于加工方法的優(yōu)化，鏜孔刀的刀尖圓弧一般在≤R0.2mm，因此使用新工藝方法加工必須帶有刀尖圓弧半徑補償。工部內(nèi)容：a.使用φ25 鏜孔刀加半徑補償精加工內(nèi)型面；b.使用雙頭螺紋刀片加工內(nèi)側(cè)尖角部位。

3.1.5 減小軸向公差

將藍圖的軸向尺寸公差±0.3mm 減小到±0.02mm, 可以有效避免因粗加工時軸向長度不一，在喉部積累誤差的風險。

3.1.6 明確點焊要求

為了減少點焊及分解時帶來的誤差，明確點焊參數(shù)及要求：a.點焊前外圓、端面對齊，錯位不大于0.2mm；b.在兩端外圓側(cè)面各點焊1 處，共4 處焊點；c.點焊熔深控制在0.3～0.6mm，將零件緊固。

3.1.7 提高檢測方法

因基準轉(zhuǎn)換所帶來的誤差，原來沒有過多關注，所以在檢測時并沒有考慮到加工基準與藍圖基準不統(tǒng)一會帶來較大影響。由于藍圖的基準位于喉部，三坐標檢測無法準確找到喉部，只能以兩端面作為基準分別檢測兩端的角度及圓弧，雖然檢測基準與加工基準一致，但與產(chǎn)品實際使用不太相符。為克服此缺點，采用產(chǎn)品掃描型面與CAD 理論模型比對以及光學掃描作為新的檢測手段。CAD 理論模型是按照藍圖尺寸1：1 制出，再通過三坐標掃描外壁的內(nèi)型面得到一系列的點來構成圖形，使用同一基準與CAD 模型去比對，即可知道產(chǎn)品哪些位置已經(jīng)貼合，哪些位置有間隙，間隙的大小等都可以展現(xiàn)，不僅效率高，而且準確直觀。

3.2 內(nèi)壁加工優(yōu)化

內(nèi)壁車加工內(nèi)型面后使用車銑夾具撐內(nèi)型面，三爪裝夾，尾頂扶持，軸向定位完好，但因周向定位不理想，有可能在車外型面時轉(zhuǎn)動；車加工完成后鉗工在工藝段上加工小孔與工裝螺孔配合，拆卸后加工孔再套入工裝，也會產(chǎn)生變形。

3.2.1 優(yōu)化工裝

將工裝設計成一體式，以螺母擰緊力推動壓塊，軸向固定；車加工內(nèi)型面一端時將外型面工藝段精加工，鉗工加工小孔，裝胎，用螺母與工藝段小孔連接，周向固定。

3.2.2 減少拆卸次數(shù)

改進工裝及加工內(nèi)容可減少多次裝夾帶來的誤差，同時加強工件周向定位，保證產(chǎn)品尺寸精度。

3.2.3 內(nèi)、外壁交付

經(jīng)過分析與梳理，細化工藝流程，加嚴軸向公差，增加研磨工序并完善點焊工藝參數(shù)等。后續(xù)產(chǎn)品嚴格按照加嚴措施執(zhí)行，內(nèi)、外壁配對加工。兩者試裝并檢查間隙，使用塞尺同時插入喉部兩側(cè)，間隙控制在0.1mm～0.15mm 之間視為合格，從近期交付產(chǎn)品來看，效果良好，驗證工藝方法改進措施有效。

4 推廣應用

通過多件產(chǎn)品交付及使用情況追溯，產(chǎn)品使用良好，證明工藝方法更改效果良好，此工藝方法可以推廣到類似產(chǎn)品的加工生產(chǎn)中。

結(jié)束語

改進工藝是一項無止境的工作，沒有最好，只有更好。原有的工藝方法不能保證產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，則需要引入新的工藝方法；原有的工藝方法可保證質(zhì)量，則需在提高生產(chǎn)效率上引入新的工藝方法?？傊に嚪椒ㄐ桦S著產(chǎn)品的設計要求及科學技術發(fā)展而持續(xù)改進，才能更加完美的體現(xiàn)設計水平的不斷提高。