作者：何博文，陈争新，孙岩
来源：《科技资讯》 2011年第10期
何博文1 陈争新1 孙岩2
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(1.海军驻成都地区航空军事代表室 成都 610000; 2.葫芦岛海军飞行学院教研部 辽宁葫芦岛 121500)
摘 要:平尾转轴是连接某型飞机平尾与机身的主要受力部件,但由于其外形结构较复杂,型腔外形和内形均为理论型面,且型腔壁厚随理论外形变化而变化,故采用一般的焊接工艺和热处理方法难以满足产品质量和性能的要求。 本文通过研究平尾转轴两处疲劳关键区的焊接缺陷和热处理变形,并结合当前先进的工艺方法,综合得出较理想的焊接工艺和热处理方法。 关键词:平尾转轴 焊接 热处理变形 工艺控制
中图分类号:V2 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2011)04(a)-0006-01
平尾转轴是飞机平尾部件的主要受力件和关键件,部件存在两处疲劳关键区,该件又称为疲劳关键件。关键件在产品形成过程中大都加工难道大、质量难以控制,容易造成产品质量的不稳定,达不到产品的设计要求,从而影响整个产品的质量性能和交付进度。为了达到和满足产品的设计使用要求,在产品形成过程中选择何种工艺过程和方法是尤为重要的。除工艺准备充分、工艺顺序安排合理,还需要寻求先进的工艺方法和特种工艺,才能满足产品的质量性能要求。
1 零件结构分析和采取的工艺控制方法
飞机平尾转轴如图1所示。
1.1 零件左端结构焊接和热处理分析
电子束焊接
零件左端为一回转体,采用常用的机械加工方法容易满足其形状和几何尺寸精度要求。但是该区域存在一处疲劳关键区B1,B1区域由左转轴与主体焊接而成。焊接工艺给零件形状精度和几何尺寸精度带来以下问题:
(1)该零件材料均为30CrMnSiA,从材料上分析,30CrMnSiA属于高强度钢,含碳量较高,其焊接性能非常不好,焊接时要求预热和保温温度较高、时间较长、不易焊透;且焊后变形量大,易产生夹渣和裂纹。为了消除焊接应力,焊后回火去应力要求的保温时间也较长,且易产生氧化皮层。
(2)该零件焊接后要求进行热处理:σb =1175MP±100MP,但热处理过程中焊缝容易产生裂纹和脱碳。
(3)由于以上缺陷,会减低焊缝强度。而该焊缝正处于疲劳关键区B1区域,如果不能保证焊缝质量,将不能满足疲劳关键的要求,对整个产品造成不可估量的质量事故和重大经济损失。摩托车消音器
1.2 零件右端结构和热处理分析
零件右端为理论型腔,用常规的机械加工方法无法满足要求,只能用4坐标以上的数控机床进行数控加工。零件热处理后再进行数控加工,不但对数控加工的设备要求很高,数控刀具在加工热处理零件时刀具磨损特别厉害,对数控刀具的刚性要求也特别高,否则会影响热处理零件加工后的尺寸精度。
采用热处理方法对零件进行处理,处理后都存在变形。热处理后还会留下一定的氧化皮和脱碳层,从而
降低零件的几何尺寸精度,影响产品质量。如图1所示零件右端存在一处疲劳关键区B2,与翼面理论外形面直接贴合飞机蒙皮,如果形面稍有变形,不但影响装配,还给整个产品质量和性能造成非常大的影响;因此,热处理前将零件加工到成品尺寸的这一方法不可取。为了改进这一质量状况,尝试对理论型腔各处留有少许余量,热处理后再进行数控精加工。热处理后留有少许余量的优点是既不会对数控刀具造成太大的磨损,又能保证理论型腔几何形状和尺寸精度,满足质量和性能要求。
2 采取的工艺控制方法
2.1 焊接方法的选用和控制
复合柴油 为了解决以上的焊接缺陷且不降低焊缝强度,必须寻求新的特种焊接工艺方法,并增加对焊缝进行特种检查的手段。
(1)零件左端焊接采用特种焊接工艺——真空电子束来进行焊接,并按照《电子束焊接规范》(GJB-1718-93)的要求进行控制。真空电子束焊接对零件的热影响区域范围小,焊接后变形量小,不易产生氧化皮和焊接夹渣,焊缝强度高,采用这种方法可较好地满足焊接质量要求。
(2)对焊缝按照Ⅰ焊缝要求进行100％的X光射线检查和100％磁粉探伤检查,以进一步确认和控制焊缝的质量。
2.2 热处理方法的选用和控制
信道数
(1)为了降低热处理变形、氧化皮和脱碳层的影响程度,采用真空热处理的方法。真空热处理加油淬火对零件的热处理变形影响最小,零件表面几乎没有氧化皮,脱碳层只有0.02mm,满足零件热处理要求。
(2)为了便于热处理淬火介质充分进入腔体内部且便于热处理淬火排气,右端开了一个直径为15mm的通气孔,以充分保证热处理的质量。
(3)对焊缝按照Ⅰ焊缝要求进行100％的X光射线检查和100％磁粉探伤检查,以进一步确认和控制焊缝的质量。
结晶器铜管 2.3 热处理前后工艺余量的分配
热处理前后工艺余量的分配有以下三钟情况。
(1)热处理前不给零件余量,则热处理后的零件稍有变形就会影响零件的产品质量和性能。
(2)热处理前给零件余量过大,则会增加热处理后零件的数控加工难度,加快刀具的磨损,降低零件的加工精度。
(3)热处理前给零件余量过少,虽然对热处理后零件的加工有利,但也可能不能包容热处理的变形量,影响零件的产品质量和性能。
从以上三种情况余量分配综合考虑,确定了热处理前后工艺余量的分配:除该零件左端内孔外,其余内外面均留2mm余量在热处理后再进行精加工,这种工艺余量较为合适,能够满足零件精度和质量的要求。
3 结语
伴随军事科技的飞速发展,新时期的四代、五代战机通常都以高马赫数和大特技飞行,这对飞机上关键件的质量稳定性要求更高,当前除了选用新材料代替传统的碳钢外,从经济角度考虑,更多的是选用先进的加工方法和特种工艺,以提高零件的加工精度和稳定性,保证飞机在高强度下飞行的可靠性。
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