曲洪利 胡洋嘉 萬治

摘要：發(fā)動機(jī)進(jìn)氣道唇口是由時效硬化處理后的鋁合金板材加工而成的三維復(fù)雜曲面結(jié)構(gòu)，服役環(huán)境惡劣且部件位置特殊，極易受損，已有的維修方法費用高、周期長。南航沈陽復(fù)合材料修理車間短艙項目組創(chuàng)新開發(fā)的直接使用成品時效硬化板材鈑金加工工藝，無需外委熱處理和后期校型，大大縮短了維修周期，為機(jī)隊運(yùn)行提供了保障。

關(guān)鍵詞：唇口；三維復(fù)雜曲面；時效硬化

Keywords：lip skin；3D complex surface；age hardening

1 研究背景

現(xiàn)代民航客機(jī)為追求優(yōu)異的氣動性能以及更好的燃油經(jīng)濟(jì)性，不斷對機(jī)體結(jié)構(gòu)的原材料與加工工藝進(jìn)行優(yōu)化?，F(xiàn)階段最為成熟且廣泛應(yīng)用的結(jié)構(gòu)材料，還是以鋁合金為主的輕質(zhì)合金以及鈦合金為主的高溫合金。

發(fā)動機(jī)作為飛機(jī)的核心部件，其進(jìn)氣道唇口又處于發(fā)動機(jī)最前端，服役環(huán)境惡劣，不可避免地經(jīng)常受到鳥擊、雷擊等損傷，易造成前唇凹坑、緊固件孔擴(kuò)大等結(jié)構(gòu)性問題。針對這些問題的傳統(tǒng)維修方法有兩種，一是訂購成品航材，切段更換，看似簡單省勁，但成本高昂，訂購周期受外界影響因素大，而且容錯率低，易造成浪費；二是利用凹模配合木槌進(jìn)行鈑金加工，只能使用質(zhì)地軟、塑性好的2219-0軟鋁，在補(bǔ)片成型后還需要外委進(jìn)行時效熱處理，熱處理時間大約為5天，且熱處理后的補(bǔ)片會發(fā)生不可控的變形，需要進(jìn)行至少1天的后期校型，而變形嚴(yán)重的補(bǔ)片不得不直接報廢。上述兩種方法均不是前唇挖補(bǔ)修理的最優(yōu)解。

根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，南航沈陽復(fù)合材料修理車間V2500A1/A5發(fā)動機(jī)進(jìn)氣道翻修項目自2017年上項以來，僅2017年就有四分之一的進(jìn)氣道前唇需要進(jìn)行挖補(bǔ)修理，對鈑金挖補(bǔ)修理技術(shù)優(yōu)化的需求迫在眉睫。在認(rèn)真貫徹落實“三個敬畏”、質(zhì)量至上的原則下，項目組從材料本身出發(fā)，探索出了既節(jié)約成本又可縮短周期的技術(shù)方案。

2 技術(shù)難點與創(chuàng)新

2.1 材料創(chuàng)新

CMM手冊中前唇修理的補(bǔ)片需達(dá)到T62狀態(tài)，相對于0狀態(tài)，T62狀態(tài)是一種更高強(qiáng)度、更高硬度的優(yōu)質(zhì)狀態(tài)Al-Cu合金。相較于使用0狀態(tài)軟鋁先進(jìn)行補(bǔ)片成型，后進(jìn)行時效熱處理，使用T62狀態(tài)直接成型不必進(jìn)行二次的固溶處理與人工時效，可大大縮短維修周期。但是T62鋁合金強(qiáng)度的提升必然帶來塑性的下降，導(dǎo)致在不破壞力學(xué)性能極限的前提下，鈑金校型的難度大大增加。

2.2 工藝創(chuàng)新

為了保證2219-T62硬鋁能夠順利使用，在查閱了相關(guān)資料并咨詢專家后，確定了能用于三維曲面加工的設(shè)備：英國輪（見圖1）和點成型機(jī)（見圖2），但是由于這兩臺設(shè)備的操作門檻較高，加之能熟練應(yīng)用這兩臺設(shè)備的人并不多，因此首要問題是精確加工時的工藝參數(shù)。

英國輪的作用是通過不同曲率的壓頭與合適的下壓力度配合得到單面弧度的板材。設(shè)備原理看似簡單，但卻需要細(xì)膩的手法與熟練的操作意識。在得到了單面弧度板材后，再利用點成型機(jī)進(jìn)行三維曲面的成型，其原理是通過上方活動錘頭的錘擊使單面弧度的板材“收”或“放”，以得到三維曲面板材。機(jī)器的兩個關(guān)鍵參數(shù)為錘擊頻次和上下兩錘的間距，不同的錘擊頻次與兩錘間距相互配合能得到不同弧度的曲面，只有掌握了精確的參數(shù)才能得到符合氣動要求的補(bǔ)片。通過反復(fù)試驗，最終確定了工藝所需參數(shù)以及相對應(yīng)的“高頻三段錘擊”工藝，分別通過預(yù)成型、粗成型、精確成型三組不同的工藝參數(shù)來進(jìn)行補(bǔ)片加工，在保證成型精度的同時盡量縮短了加工時間，以防材料因為冷加工頻數(shù)過多而產(chǎn)生冷作硬化，導(dǎo)致裂紋的產(chǎn)生。

2.3 驗證創(chuàng)新

由于南航沈陽基地之前一直是使用 2219-0軟鋁配合凹模進(jìn)行補(bǔ)片制作的，從未直接使用過T62硬鋁進(jìn)行加工，因此上述方案的可行性必須重新進(jìn)行驗證。

補(bǔ)片的質(zhì)量和氣動外形是補(bǔ)片的兩個最為關(guān)鍵的參數(shù)，若補(bǔ)片存在微裂紋，長久服役易產(chǎn)生疲勞，使裂紋延展、補(bǔ)片脫落，甚至打傷發(fā)動機(jī)葉片導(dǎo)致發(fā)動機(jī)空停。為了確保方案的切實可行，決定使用熒光探傷和三維測繪的方法來對補(bǔ)片進(jìn)行質(zhì)量評估。

因OEM廠家嚴(yán)密的技術(shù)封鎖，無法從外界獲得唇口蒙皮的數(shù)字模型，項目組利用三維掃描設(shè)備對庫存的完好唇口進(jìn)行精確建模（見圖3），再對補(bǔ)片修理區(qū)域予以掃描，通過比對來確定修理區(qū)域是否滿足氣動外形的要求，并進(jìn)行熒光探傷。經(jīng)檢驗，依據(jù)此工藝完成的2219-T62補(bǔ)片滿足氣動要求且無裂紋，達(dá)到CMM手冊中對唇口補(bǔ)片的要求，同時根據(jù)SRM手冊54-10-00，滿足補(bǔ)片與唇口本體對接間隙≤0.05in的條件。

3 成果應(yīng)用

2019年，一架A320neo飛機(jī)右發(fā)進(jìn)氣道唇口蒙皮遭遇鳥擊停廠，損傷如圖4所示，OEM報價人民幣近百萬元，維修周期20天。南航沈陽復(fù)合材料修理車間短艙項目組按照創(chuàng)新工藝，僅用3天保質(zhì)保量完成了全部修理工作，全部航材費用不足萬元，修理成品如圖5所示。

目前為止，新型鈑金工藝技術(shù)已成功應(yīng)用于近20臺發(fā)動機(jī)唇口的修理中。后續(xù)部件的跟蹤信息尚未收到任何質(zhì)量問題的反饋，維修工藝可靠，質(zhì)量優(yōu)良，穩(wěn)定耐用，效果顯著，累計節(jié)支350余萬元。

4 結(jié)束語

該修理工藝已成功為南航5家分子公司近20余臺V2500發(fā)動機(jī)進(jìn)氣道提供維修服務(wù)，有效減輕了南航外送維修的壓力，避開了國外OEM廠家的維修能力限制，對于提升國資MRO企業(yè)的技術(shù)水平，助力形成具有充分自主知識產(chǎn)權(quán)的國產(chǎn)大飛機(jī)配套維修產(chǎn)業(yè)提供了重要的參考，具有十分顯著的社會價值。

作者簡介

曲洪利，工程師，從事復(fù)合材料維修技術(shù)研究與開發(fā)工作。