CN102806444A

CN102806444A - 航空发动机铝合金机匣的制造方法

Info

Publication number: CN102806444A
Application number: CN2012103058113A
Authority: CN
Inventors: 熊志民
Original assignee: China National South Aviation Industry Co Ltd
Current assignee: AECC South Industry Co Ltd
Priority date: 2012-08-24
Filing date: 2012-08-24
Publication date: 2012-12-05
Anticipated expiration: 2032-08-24
Also published as: CN102806444B

Abstract

本发明公开了一种航空发动机铝合金机匣的制造方法，所述方法将钛合金管焊接成油路管道嵌铸于航空发动机铝合金机匣中，用以在航空发动机铝合金机匣中形成复杂的油路，最后进行硫酸阳极化处理，得到符合设计要求的所述航空发动机铝合金机匣。本发明提供的航空发动机铝合金机匣的制造方法，既避免了不锈钢管嵌铸工艺带来的铸件增重和不能硫酸阳极化处理的不足，又避免了铜管嵌铸腐蚀工艺耗时、耗材的不足。可应用于铸有复杂油路的、具有表面硫酸阳极化要求的航空发动机铝合金机匣的制造。

Description

航空发动机铝合金机匣的制造方法

技术领域

本发明涉及一种具有复杂油路的航空铝合金铸件的制造方法，尤其是一种具有复杂油路的航空发动机铝合金机匣的铸造以及表面处理方法。

背景技术

机匣（case）是航空发动机的重要组成部分，不同种类的航空发动机具有不同形状和结构的机匣，例如涡扇发动机围绕风扇的风扇机匣，涡轮喷气式发动机围绕涡轮的涡轮机匣等等。无论是哪种机匣，其通常具有尺寸较大、壁薄且结构复杂的特点。例如，CN 102091757 A中描述了一些机匣的特点，并提出了适用于机匣类零件的整体机匣的铸造方法。

然而，实际上机匣类零件中通常还包括复杂的油路结构，这些油路结构通常是在铸造过程中直接形成于铸件中的。例如，对于铝合金机匣来说，由于铝合金等轻质材料在浇注过程中容易产生夹杂和缩松（孔）缺陷，因此铸件中的复杂油路很容易漏油，影响到铸件的合格率，因而机匣的可靠性低，生产成本也较高。

对于铸件中复杂油路的形成，在内燃机领域业已形成有一种嵌铸工艺，例如，US 7387102 B2中公开了一种带有油路的内燃机曲轴箱的铸造过程，在该文献中，曲轴箱中的油路是通过预先弯制连接形成的管道埋入浇注的钢水中形成的。

该文献中描述的嵌铸工艺对于本发明的航空发动机机匣类零件的制造来说属于完全不同的技术领域，首先，该文献中涉及的是内燃机曲轴箱，而本发明涉及的是航空发动机铝合金机匣，其次，该文献中涉及的是钢铁类材料的铸造，不会出现本发明的铝合金等轻质材料铸造所存在的缺陷，或者即便钢铁类材料的铸造存在类似的问题，但是由于内燃机的工作环境没有航空发动机那么恶劣，对于这些缺陷的要求不会如本发明的航空发动机铝合金机匣的要求那么高，因此，该文献中所描述的工艺仅仅只能作为一种参考，其应用于本发明的航空发动机铝合金机匣的制造，尚需进行一些具备创造性的改造，方可将该不同技术领域的工艺应用于本发明。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种航空发动机铝合金机匣的制造方法，以减少或避免前面所提到的问题。

具体来说，本发明提供了一种航空发动机铝合金机匣的制造方法，其中，所述航空发动机铝合金机匣中具有多条冷却和润滑油路，所述油路由预先弯制连接形成的管道埋入浇注的铝合金液中形成，所述油路在航空发动机铝合金机匣的表面阳极化处理过程中不会对铝合金机匣造成不利的影响。

为解决上述技术问题，本发明提出了一种航空发动机铝合金机匣的制造方法，其中，所述航空发动机铝合金机匣中具有多条油路，所述方法包括如下步骤：

（A）根据所述航空发动机铝合金机匣中所述油路的形状将钛合金管分段弯制成油路构件，然后将所述油路构件在焊接夹具上焊接成油路管道；

（B）根据所述油路的压力要求对所述油路管道进行压力检验；

（C）将检验合格的所述油路管道的所有开口用堵片焊接密封，防止浇注过程中铝合金液进入所述油路管道内；

（D）在所述油路管道上焊接定位杆并定位于铸造型腔中；然后向所述铸造型腔中浇注熔融的铝合金液，冷却后获得机匣毛坯件；

（E）对所述机匣毛坯件进行机械加工处理，并通过机械加工使所述油路管道的所有开口贯通，形成进、出油口；

（F）最后对所述航空发动机铝合金机匣表面进行硫酸阳极化处理，得到符合设计要求的所述航空发动机铝合金机匣。

优选地，构成所述航空发动机铝合金机匣的铝合金在25℃下15%～20%的硫酸溶液中的电极电位大于等于-1.67，小于等于-1.65；构成所述钛合金管的钛合金在25℃下15%～20%的硫酸溶液中的电极电位大于等于-1.64，小于等于-1.61。

优选地，构成所述钛合金管的钛合金可选择包含如下重量份的组分：铁0.3；碳0.08；氧0.25；氮0.03；氢0.015；钛99.325；优选地，步骤C中，所述堵片与所述油路管道材质相同。

或者，优选地，构成所述钛合金管的钛合金可选择包含如下重量份的组分：铝5.0；铁0.3；碳0.08；氧0.15；氮0.05；氢0.015；钛94.405；优选地，步骤D中，所述定位杆与所述油路管道材质基本相同。

优选地，构成所述航空发动机铝合金机匣的铝合金可选择包含如下重量份的组分：硅4.5~5.5；铜：1.0~1.5；镁0.4~0.6；铁≤1.0；铝93.1~91.4。

或者，优选地，构成所述航空发动机铝合金机匣的铝合金可选择包含如下重量份的组分：硅6.5~7.5；镁0.4~0.6；钛：0.1~0.2；铍：0.04~0.07；铝92.96~91.63。

本发明提供的航空发动机铝合金机匣的制造方法，既避免了不锈钢管嵌铸工艺带来的铸件增重和不能硫酸阳极化处理的不足，又避免了铜管嵌铸腐蚀工艺耗时、耗材的不足。可应用于铸有复杂油路的、具有表面硫酸阳极化要求的航空发动机铝合金机匣的制造。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中，

图1显示的是根据本发明的航空发动机铝合金机匣的制造方法的一个具体实施例中油路管道的结构示意图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。其中，相同的部件采用相同的标号。

本发明涉及一种具有复杂油路的航空铝合金铸件的制造方法，尤其是一种具有复杂油路的航空发动机铝合金机匣的铸造以及表面处理方法。如本发明的背景技术部分所述，机匣为航空发动机的重要部件，本发明的制造方法适用于任何一种以铸造形式形成的铝合金材质的航空发动机机匣，该机匣具有多条冷却和润滑油路，其可以是风扇机匣，涡轮机匣等整体铝合金铸件或构成上述类别的机匣的、具有复杂油路的其中任意一个部分的铝合金铸件。本领域技术人员应当明了，本发明的制造方法特别强调所适用的技术领域为航空发动机的铝合金机匣，该机匣由铝合金材料铸造形成，其具有复杂的油路，并具有通常机匣所具备的尺寸较大、壁薄且结构复杂的特点，并且由于航空发动机的工作环境的特殊性，使得本发明的制造方法具备适用于本发明特殊的技术领域的唯一性和创造性，从而使得其它技术领域的铸造技术难以直接应用于本发明。

特别的，在具体实施例中，构成所述航空发动机铝合金机匣的铝合金可选择包含如下重量份的组分：硅4.5~5.5；铜：1.0~1.5；镁0.4~0.6；铁≤1.0；铝93.1~91.4。或者，在另一个具体实施例中，构成所述航空发动机铝合金机匣的铝合金可选择包含如下重量份的组分：硅6.5~7.5；镁0.4~0.6；钛：0.1~0.2；铍：0.04~0.07；铝92.96~91.63。

进一步的，本发明的航空发动机铝合金机匣的制造方法中，为了在铸造铝合金机匣的过程中能够形成复杂的油路，避免通常尺寸较大、壁薄且结构复杂的铝合金机匣在浇注过程中所形成的夹杂和缩松（孔）缺陷，本发明采用了油路嵌铸工艺。

也就是说，如图1所示，本发明的制造方法中，首先根据航空发动机铝合金机匣中油路的形状将钛合金管分段弯制成油路构件1，然后将所述油路构件1在焊接夹具上焊接成油路管道10。图1中显示的是根据本发明的航空发动机铝合金机匣的制造方法的一个具体实施例中油路管道的结构示意图。本领域技术人员应该明了，航空发动机铝合金机匣中的油路可能有很多条，因此焊接成的油路管道10可以是一条，如图1所示，也可以焊接形成很多条不同的油路管道10。

特别的，在一个具体实施例中，构成所述钛合金管的钛合金包含如下重量份的组分：铁0.3；碳0.08；氧0.25；氮0.03；氢0.015；钛99.325。或者，在另一个具体实施例中，构成所述钛合金管的钛合金包含如下重量份的组分：铝5.0；铁0.3；碳0.08；氧0.15；氮0.05；氢0.015；钛94.405。

关于上述机匣所采用的铝合金的组分以及钛合金管所采用的钛合金的组分的选择，乃是为了适应后续的制造方法中的表面阳极化处理步骤，亦即，由于钛与铝的电极电位相差不大，能够满足零件表面硫酸阳极化要求，从而可以避免表面阳极化处理过程中的电化学腐蚀。在一个具体实施例中，优选地，构成所述航空发动机铝合金机匣的铝合金在25℃下15%～20%的硫酸溶液中的电极电位大于等于-1.67，小于等于-1.65；构成所述钛合金管的钛合金在25℃下15%～20%的硫酸溶液中的电极电位大于等于-1.64，小于等于-1.61。

下面将对此作进一步的详细说明。

焊接完成的油路管道10需要根据油路的压力要求对所述油路管道10进行压力检验，以避免油路管道10存在焊接不牢等缺陷，避免后续工作漏油。油路管道的压力检验步骤对于航空发动机而言是特有的步骤，在其它领域不存在航空发动机需要高压输油的工作环境，因而现有技术不存在对油路管道进行压力检验的技术启示。另外，油路管道的压力检验步骤设置于机匣铸造之前，可以避免铸造之后再进行油路管道的压力检验发现缺陷导致机匣报废的问题，因而本发明的制造方法所设定的压力检验步骤的先后次序对于本领域技术人员来说并非公知常识，其所能带来的技术效果是非显而易见的。

然后，需要将检验合格的油路管道10的所有开口用堵片焊接密封，防止浇注过程中熔融状态的铝合金液进入油路管道内。所述堵片最好是采用与油路管道材质相同的钛合金，以避免其它材料熔点太低堵塞油路管道或者硬度太大不便于后续的机械加工，例如在一个具体实施例中，堵片由如下重量份的组分构成：铁0.3；碳0.08；氧0.25；氮0.03；氢0.015；钛99.325。在涉及内燃机领域的US 7387102 B2中，嵌铸的管道的开口设置在铸件的轴承安装区域，在浇注过程中会被堵塞，最后通过机械加工的方式将整个轴承安装部分全部去除以露出轴承安装区域，由于轴承安装区域很大，可以将堵塞的管道部分完全切除从而使管道导通。而本发明中，机匣属于薄壁结构，不可能存在较大的空间可以去除，因而如果铝合金液堵塞了油路管道，就没有办法去除油路管道端部较大的部分以使其导通，因而该内燃机技术中关于管路导通的工艺无法应用于本发明，并且本发明设置堵片焊接密封的方式工艺简单，易于操作，特别适于本发明的航空发动机铝合金机匣的制造。

之后，如图1所示，需要在所述油路管道10上焊接定位杆2，并将定位杆2定位于铸造型腔中；然后向所述铸造型腔中浇注熔融的铝合金液，冷却后获得机匣毛坯件。

然后，对所述机匣毛坯件需要进一步进行机械加工处理，并通过机械加工使所述油路管道的所有开口贯通，形成进、出油口。也就是去除机匣毛坯件上的浇注冒口之类多余的部分，并将焊接的堵片打通，用以贯通机匣中的油路。机械加工形成的进、出油口可以在工作工程中分别连接润滑油泵或冷却油泵，用以对机匣提供润滑和冷却。

最后，对所述航空发动机铝合金机匣表面进行硫酸阳极化处理，得到符合设计要求的所述航空发动机铝合金机匣。

本步骤与机匣所采用的铝合金的组分以及钛合金管所采用的钛合金的组分存在一定的关联，其与现有技术存在明显的差异。例如，由于航空发动机的使用要求中需要对铝合金铸件表面进行硫酸阳极化处理，因此，内燃机领域的嵌铸工艺根本就不会涉及这方面的问题，也不会为此提供可供参考的技术启示。也就是说，本领域技术人员基于US 7387102 B2所公开的内容，若将制造内燃机的钢铁嵌铸工艺应用于本发明的航空发动机铝合金机匣的制造，当嵌铸之后，面临表面阳极化处理的时候将会发现，内燃机中嵌铸的管道有可能会在表面阳极化处理的时候与铝合金机匣发生电化学反应，从而腐蚀铝合金机匣。

例如，如果嵌铸在铝合金机匣中的油路管道采用不锈钢管，由于不锈钢比重大于铝，会增加铸件重量。此外，因为不锈钢的电极电位高于铝合金，在硫酸阳极化处理时将使铝合金机匣发生电化学腐蚀。再比如，嵌铸在铝合金机匣中的油路管道采用铜管，但是铜管腐蚀耗时耗材，腐蚀是否彻底不方便检查。如果存在铜残留，因为铜的电极电位高于铝合金，在硫酸阳极化处理时，同样会使铝合金机匣发生电化学腐蚀。

因此，本发明中，为了对航空发动机铝合金机匣实施硫酸阳极化处理，选择采用钛合金管制作成油路管道直接铸入铝合金机匣中。钛合金管作为冷铁起到激冷作用，在管壁形成致密层。钛合金管保留在铸件中，可以承受油路压力而不会漏油。而且钛的比重小于铝，不会增加铸件重量。钛与铝的电极电位相差不大，能够满足零件表面硫酸阳极化要求。另外，为避免电化学反应，在一个具体实施例中，油路管道10上焊接的定位杆2可采用与油路管道材质相同的钛合金，例如在一个具体实施例中，定位杆2由如下重量份的组分构成：铝5.0；铁0.3；碳0.08；氧0.15；氮0.05；氢0.015；钛94.405。

本领域技术人员应当理解，虽然本发明是按照多个实施例的方式进行描述的，但是并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案。说明书中如此叙述仅仅是为了清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体加以理解，并将各实施例中所涉及的技术方案看作是可以相互组合成不同实施例的方式来理解本发明的保护范围。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作的等同变化、修改与结合，均应属于本发明保护的范围。

Claims

1.一种航空发动机铝合金机匣的制造方法，其中，所述航空发动机铝合金机匣中具有多条油路，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，构成所述航空发动机铝合金机匣的铝合金在25℃下15%～20%的硫酸溶液中的电极电位大于等于-1.67，小于等于-1.65；构成所述钛合金管的钛合金在25℃下15%～20%的硫酸溶液中的电极电位大于等于-1.64，小于等于-1.61。

3.根据权利要求1或2所述的制造方法，其特征在于，构成所述钛合金管的钛合金包含如下重量份的组分：铁0.3；碳0.08；氧0.25；氮0.03；氢0.015；钛99.325。

4.根据权利要求1或2所述的制造方法，其特征在于，构成所述钛合金管的钛合金包含如下重量份的组分：铝5.0；铁0.3；碳0.08；氧0.15；氮0.05；氢0.015；钛94.405。

5.根据权利要求1或2所述的制造方法，其特征在于，构成所述航空发动机铝合金机匣的铝合金包含如下重量份的组分：硅4.5~5.5；铜：1.0~1.5；镁0.4~0.6；铁≤1.0；铝93.1~91.4。

6.根据权利要求1或2所述的制造方法，其特征在于，构成所述航空发动机铝合金机匣的铝合金包含如下重量份的组分：硅6.5~7.5；镁0.4~0.6；钛：0.1~0.2；铍：0.04~0.07；铝92.96~91.63。

7.根据权利要求3所述的制造方法，其特征在于，步骤C中，所述堵片与所述油路管道材质相同。

8.根据权利要求4所述的制造方法，其特征在于，步骤D中，所述定位杆与所述油路管道材质基本相同。