GE燃機火焰筒加工技術

李雪梅

（中國航發成都發動機有限公司，四川 成都，610503）

0 引言

GE 火焰筒此類產品多為薄板通過焊接、成型、機械加工而制成的鈑金件，焊接和成型后所產生的變形將直接影響車加工壁厚尺寸，易造成零件壁厚的減薄?；诖?，本文以GE 燃燒室火焰筒零件為例，詳細分析了零件特點以及下料、成型、車加工等工序的工藝特點，通過試驗，采用不同壁厚的板料、不同的下料形狀和尺寸，并細化工序要求、改進工藝方法，較好地解決了此類零件車加工后的壁厚減薄技術難點，為解決薄壁成型零件機加工壁厚問題提供了加工方法借鑒。

1 零件特點及工藝難點

1.1 零件特點

以GE 火焰筒為例，所采用的材料為AMS5872，原材料厚度為6.35mm，通過下料、焊接、成型、機加后保證壁厚3.15 （mm）機加火焰筒。零件成型后，在整個圓周方向上車加工91 條高度為0.762mm 的加強筋，銑加工88 條軸向錐度筋條。其成品件外形實物如圖1 所示。

圖1 成品零件外形實物圖

1.2 改進前的零件狀態分析

1. 改 進 前 的 原 材 料 狀 態。AMS5872、6.35×980×1295（mm）的矩形板料。

圖2 直筒料成型受力分析

圖3 錐形筒成型受力分析

2.改進前的主要加工工藝流程。下料→刨邊→拋光→彎兩端→滾圓→定位焊→焊接→鉗加工→X 光檢查→熱處理→車端→成型→熱處理→校型→車兩端→壓裝零件→車加工→銑筋條→頂出零件→車大端→鉗修→檢驗。

3.改進前存在的主要問題或不足：原材料厚6.35mm，筒體成型困難，原材料價格昂貴，材料費用和成本高；彎曲對接焊兩邊并滾圓筒體時，零件的對接坡口成為尖形，導致焊接后打磨主體易減薄，從而不能保證零件壁厚；鉗加工打磨焊縫時，容易打傷主體；零件成型時，小端轉接R 處型面不到位，導致零件很難車加工滿足壁厚尺寸要求；車加工零件上筋條時，由于是全型面支撐，在車加工中過程中無法測量零件的壁厚尺寸。

1.3 加工難點

1.對焊接坡口形狀要求高，錯邊量不大于0.25mm，否則將可能導致零件焊縫處打磨減??；

2.零件成型后的面輪廓度要求高，加工難度大；

3.成型后，在圓周方向上車加工91 條高度為0.762mm 的加強筋，銑加工88 條軸向錐度筋條；

4.零件表面質量要求高，對鉗工的技能要求高。

2 此零件加工工藝改進

針對此零件在改進前存在的工藝問題、加工難點和設計圖尺寸要求不符，經過多次試驗，總結并歸納出以下工藝改進點。

2.1 工藝改進前主要加工方法

除嚴格按照主要工藝流程加工外，另外增加了對重要工序的控制和要求，并進行了細化。具體包括以下五項內容：

1. 原材料的厚度和下料形狀。改進前，零件的原材料牌號為AMS5872， 其板料規格為6.35×1016×3048（mm）， 下 料 尺 寸 為6.35×980×1295（mm）的矩形板料。增加了矩形料對邊平行度和鄰邊垂直度要求。

2.控制對接坡口形狀。下料后，首先將矩形料的兩邊刨焊接坡口；然后彎曲、焊接兩端并滾圓。滾彎后零件的對接坡口不能成

為尖形，彎曲后，用直尺檢查基本為線接觸而不是點接觸。

3.確保焊接錯變量。零件定位焊后，必須保證錯邊量不大于0.25mm，對不符合要求的鉗工校正以滿足錯邊量要求。

4.控制成型質量。成型此零件型面共采用了成型和校型兩道工序。改進前的零件采用直筒料，在對直筒料成型受力分析（見圖2）時發現：直筒料成型前內徑為φ406mm，成型后小端內徑為φ348.5mm、大端內徑為φ469.9mm。小端在成型時受壓，原材料增厚；而大端在成型時受脹，原材料減薄。斜面A處（見圖2）是受力的分界點，在此處會造成斜面的直線度不好，而小端因收縮在去除外力后回彈導致小端與錐面轉接R 尺寸很難保證，由此可見，直筒料的成型受力特性造成了小端R 很難保證，斜面A 處鼓起，直線度不好，成型面輪廓度質量較差，從而直接影響了車加工壁厚尺寸。

5.壓裝零件和車加工。成型后，將此零件壓裝到整體型面胎膜上，胎膜的型面和陽模的型面一致，從而解決了薄壁零件車加工振動。如果型面質量不好，車加工時零件與夾具型面貼合不好，易導致車加工時零件壁厚尺寸無法保證。

2.2 工藝改進后的加工方法

由于直筒料的成型受力特性，以及在零件加工過程中發現的不足，經過多次試驗后，總結出了解決此零件工藝加工流程中的不足，改變了下料形狀，增加了一些關鍵工序。主要有以下六項內容：

1. 將直筒料改為扇形料。改進后，采購的原材料牌號仍為AMS5872，其板料規格變更為5.334×1016×3048（mm）。材料厚度由6.35mm改為5.334mm，下料的形狀由矩形改為扇形。

2.扇形料的成型受力分析。將扇形料刨邊、彎曲、焊接、滾圓成錐形筒體，錐形料小端內徑為φ369.9mm，大端內徑為φ482.24mm；成型后小端內徑為φ348.5mm，大端內徑為φ469.9mm；由于在成型時整個錐體的型面都受壓，不存在受力分界點，斜面的直線度很好。因材料回彈，小端的轉接R 和大端的直徑都會增大，因此在設計模具時就考慮了回彈量，大端陰模內徑比理論值小1.2mm，小端陰模內徑比理論值小1.0mm；同時考慮到大、小端增厚量差異，小端按5.6mm 配陰陽模間隙，大端按5.334mm配陰陽模間隙，斜面按大、小端尺寸過渡配間隙。解決了回彈和成型時的受力分界點給型面造成的影響。但是，小端轉接R 仍然很難保證，因此針對此問題采取了一個補充工藝收小端。錐形筒成型受力分析（見圖3）。

3.校正小端轉接R。在零件校正型面后，采用校正陽模和小端收環配合，通過減小收環的R 來補充回彈量的加工方法，解決了因回彈導致轉接R 不合格問題。

4.測量零件實際壁厚并標記在零件上。分別測量筒體大小端、斜面、轉接R 處和焊縫處壁厚，記錄測量的最小值，并用油性筆標記在零件相應的位置上。

5.壓裝零件。將已車端面和記錄有實際厚度數據的零件用液壓機將零件壓裝到胎具上，壓好后，敲擊零件所有外表面，沒有空響（表示零件與胎具貼合良好）后才能進行下工序加工。

6 .數控車加工筋條。由于該零件為薄壁件，且零件在車加工過程中無法測量厚度（只有加工完成后從胎具上取下來才能進行測量），同時零件的成型輪廓（如大小端直徑、斜面直線度，斜面與小端轉接R15.88mm）質量也會對車加工壁厚產生直接影響?？紤]到這些影響壁厚控制的因素，對數控車加工細化了以下五條操作要求：

a）找正零件大小端和斜面3 處的跳動，要求跳動不大于0.4mm。

b）車加工外層時，數控程序的的轉接R 應與實際零件轉接R 一致。用直尺和樣板緊貼零件的斜面和小端找出轉接處，用劃針在零件上劃出轉接R 處交點處，根據劃線來決定小端端面余量以建立軸向車加工基準。并根據零件上記錄的實際壁厚計算車加工外層加工余量，從而保證零件壁厚和筋條總高度尺寸。

c）車加工外層后，接著車加工圓周方向的91 條加強筋，保壁厚尺寸3.15 （mm）（見圖1）

d）車加工完成后，零件連同胎具一起周轉到數控銑床，銑加工88 條軸向錐度筋條。

e）銑加工完成后，將帶有零件的胎具周轉到液壓機處，將零件從胎具上取下來。

3 工藝改進后的經濟效益分析

工藝改進后經濟效率包括原材料采購成本和廢品率降低兩部分，經計算改變零件厚度和下料規格后，單件材料消耗成本每件降低4206 元，按年訂單8 臺共144 件（18 件/臺），可節約采購費用605664 元。根據質量統計數據，改進工藝后廢品率降低了2%，按同樣的產量計算降低廢品損失（顯性損失）132255 元。按年產144 計算工藝改進后共節約737919 元。

4 結論

通過對GE 火焰筒典型零件的成型受力分析和試驗生產，在原工藝流程的基礎上細化了焊接坡口彎曲形狀，細化了鉗工打磨焊縫要求，細化了數控車加工要求。通過將板料厚度由6.35mm 改為5.334mm、將矩形料改為扇形料，改變了零件的成型受力狀況；通過增加校正小端與斜面的轉接R 工序，改善了成型的型面輪廓質量；增加壓裝零件前的實際壁厚測量并記錄在零件上，為后續的車加工等關鍵工序提供了依據。通過這一系列的工藝改進，找到了一種較為可靠、穩定的工藝路線和加工方法，既降低了生產成本和廢品率，又提高了經濟效益，為解決同類零件的加工提供了可資借鑒的工藝方法。