CN103623975B - 涡轴发动机压气机机匣喷涂方法及其防护夹具 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种涡轴发动机压气机机匣喷涂方法及其防护夹具，该方法包括组装机匣测定标准尺寸、喷涂涂层、分解步骤。采用该方法喷涂后得到的机匣的总变形量小于0.05mm。

Description

涡轴发动机压气机机匣喷涂方法及其防护夹具

技术领域

本发明涉及航空发动机压气机机匣领域，特别地，涉及一种涡轴发动机压气机机匣喷涂方法，本发明的另一方面还提供了一种该喷涂方法中用到的防护夹具。

背景技术

航空发动机中常用到涡轴发动机，涡轴发动机的压气机机匣由两个半圆机匣组成。机匣体积小、刚度差、深径长。为了控制转子与静子间的间隙，提高发动机气密性，机匣内常需封严厚度大于等于1mm的涂层。现有喷涂手段为将机匣一分为二分别喷涂后再组合加工。但该机匣体积小，刚性差，采用这种方法喷涂时变形难控制。为了提高机匣封严性时，常需要增加涂层厚度。过厚的涂层残余应力加大，使得机匣易在喷涂封严涂层过程中变形加剧，外径变形量可达1～3mm。

发明内容

本发明目的在于提供一种涡轴发动机压气机机匣喷涂方法及其防护夹具，以解决现有技术中涡轴发动机的机匣喷涂封严涂层厚度≥1mm时机匣易变形的技术问题。

为实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种涡轴发动机压气机机匣喷涂方法，机匣包括具有组装关系的第一机匣和第二机匣，包括以下步骤：

1)测定标准尺寸：测定第一机匣和第二机匣的尺寸得到标准尺寸，组装第一机匣和第二机匣得到机匣；

2)喷涂涂层：分多次用深孔喷枪将机匣内壁喷涂上厚度为1～2.5mm的涂层得到涂层机匣；每次喷涂涂层厚度小于0.05mm，每次喷涂涂层后得到喷涂机匣，测定喷涂机匣的尺寸得到第2尺寸，计算标准尺寸相对第2尺寸的第一变形量；

S1：当第一变形量大于0.03～0.04mm时，将喷涂机匣温度冷却至100℃以下，再继续在喷涂机匣的内壁喷涂涂层；

S2：当第一变形量小于0.03～0.04mm时，直接在喷涂机匣内壁继续喷涂涂层；

3)分解：分解涂层机匣。

进一步地，还包括以下步骤：测定所述涂层机匣的尺寸得到第3尺寸，计算第3尺寸相对标准尺寸的变形量得到第二变形量；当第二变形量大于0.05mm时，对涂层机匣进行热处理，得到热处理机匣。

进一步地，还包括以下步骤：当热处理机匣尺寸相对标准尺寸的变形量大于0.05mm时，对热处理机匣进行喷丸处理。

进一步地，第一机匣和第二机匣的内壁分别对应设有多级第一叶片槽和多级第二叶片槽，第一叶片槽和第二叶片槽分别对应插设第一防护夹具和第二防护夹具。

进一步地，第一机匣和第二机匣的相接面上安装隔板，隔板厚度为2mm。

进一步地，热处理的温度为450℃。

进一步地，测定标准尺寸步骤前还包括对第一机匣和第二机匣进行清洗、组装、预退火、拆分、清洗油脂步骤。

进一步地，深孔喷枪两相对外侧壁上安装第一冷却风刀和第二冷却风刀。

本发明的另一方面还提供了一种用于上述方法的防护夹具，防护夹具包括第一防护夹具和第二防护夹具，第一防护夹具与第二防护夹具结构相同，第一防护夹具包括环形本体，环形本体为槽型并与第一叶片槽的槽面贴合，环形本体与第一叶片槽的两端平齐。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的喷涂方法喷涂预组合的半机匣，使喷涂过程中的变形在已组合的机匣内部得到分解，避免喷涂后再组合时对机匣变形的加剧。同时结合预热处理消除未组装机匣本身自带的应力、组合后热处理消除过多的残余应力等手段，进一步将机匣的总变形量小于0.05mm。

本发明还提供了适用于上述喷涂方法的防护夹具，防止机匣内表面的叶片槽受到涂层的污染。该防护夹具结构与叶片槽配合，便于插入脱出，使用方便。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明工艺流程示意图；

图2是本发明优选实施例的喷涂状态示图；

图3是本发明优选实施例的主视剖示图；

图4是本发明优选实施例的防护夹具立体视图；

图5是本发明优选实施例的俯视示意图；以及

图6是本发明优选实施例的隔板示意图。

图例说明：

1、第一机匣；2、第二机匣；5、深孔喷枪；3、第二叶片槽；11、第一叶片槽；31、第一级叶片槽；32、第二级叶片槽；33、第三级叶片槽；110、第一防护夹具；310、第二防护夹具；312、环形本体；311、第一级防护夹具；321、第二级防护夹具；331、第三级防护夹具；4、隔板；410、螺钉；510、第一冷却风刀；520、第二冷却风刀。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

本发明提供的涡轴发动机压气机机匣喷涂方法将第一机匣1和第二机匣2组合后进行喷涂。第一机匣1和第二机匣2组合后喷涂造成的变形量会消化在机匣内部，并结合热处理、喷丸等工艺将机匣喷涂涂层后的变形量控制在0.05mm内。

参见图1，该方法包括以下步骤：

1)测定标准尺寸：测定第一机匣1和第二机匣2的尺寸得到标准尺寸。第一机匣1和第二机匣2按照常规方法组合。显然的，在此步骤前可以对第一机匣1和第二机匣2进行清洗减少机匣表面杂质对喷涂涂层性能的影响。组装后喷涂前还可进行预退火处理，以消除组装后机匣本身存在的应力，防止在后续喷涂过程中机匣进一步变形。预热处理后还可趁热对机匣进行清洗，除去多余的油脂，提高涂层的粘附力和膜面性能。

前述预处理步骤不改变机匣本身的尺寸。测定机匣的尺寸作为标准尺寸，该机匣可以是经过或者未经预处理。组装第一机匣1和第二机匣2得到机匣。喷涂机匣内壁。机匣的变形量为经过处理的机匣尺寸与标准尺寸的差值。根据变形量的大小决定所需采取的措施。

2)喷涂涂层：分多次用深孔喷枪5在机匣内壁喷涂上厚度为1～2.5mm的涂层得到涂层机匣，每次喷涂涂层厚度为0.05mm，每次喷涂涂层后得到喷涂机匣，测定喷涂机匣的尺寸得到第2尺寸，计算所述标准尺寸相对第2尺寸的第一变形量；

S1：当第一变形量大于0.03～0.04mm时，将喷涂机匣温度冷却至100℃以下，再继续在喷涂机匣的内壁喷涂涂层；

S2：当第一变形量小于0.03～0.04mm时，在喷涂机匣内壁继续喷涂涂层。

参见图2，机匣包括第一机匣1和第二机匣2。机匣内壁分别设有贯通第一机匣1和第二机匣2内壁的第一级叶片槽31、第二级叶片槽32和第三级叶片槽33。

参见图3，第一机匣1内壁设置三级第一叶片槽11，第二机匣2内壁对应设置第二叶片槽3。机匣组装后第一叶片槽11的两端分别与第二叶片槽3的两端对齐固定。机匣内壁叶片槽无需喷涂涂层，因而在喷涂前需要将其遮蔽。显然的，此处采用常规方法遮蔽即可。当然为了减少变形量，本发明提供了一种防护夹具，防护夹具包括形状完全相同的第一防护夹具110和第二防护夹具310。二者分别对应插入第一叶片槽11和第二叶片槽3中。以第一防护夹具110为例进行说明。结构参见图4。第一防护夹具110包括环形本体312。环形本体312为槽型能完全贴合第一叶片槽11表面并遮蔽第一叶片槽11的表面。环形本体312的两端与第一叶片槽11的两端平齐。第一防护夹具110由第一叶片槽11的一端插入。每级叶片槽上均需设置遮挡物，优选设置第一级防护夹具311、第二级防护夹具321和第三级防护夹具331。

在喷涂涂层时，机匣内壁相连，所喷涂层也会相连，此时涂层内部的应力会在涂层中传道，导致机匣变形量加大。参见图5，为了防止第一机匣1和第二机匣2内壁涂层相连，在二者中间安装隔板4。显然此处只要是能阻断第一机匣1和第二机匣2相连的方法均可，并不限于设置隔板4。隔板4可以为任意常用金属，优选为铝板，厚度为2mm。隔板4通过设置于隔板4两端的多个螺钉410紧固件固定在第一机匣1和第二机匣2之间。既阻断了第一机匣1和第二机匣2上涂层相连，又能使每次喷涂仅对一测机匣进行喷涂。

喷涂组合后的机匣，能避免分开单独喷涂机匣导致的第一机匣1和第二机匣2变形量不一致，导致组装后机匣变形量进一步扩大。而且喷涂组装后的机匣，所产生的应力沿组装机匣内传导，并均匀分散于机匣内。避免机匣局部过度变形，加大后续缩小变形量的难度。整个喷涂过程中，机匣均处于风冷中，此时风压为3bar。为便于操作，参见图2，在深孔喷枪5的两相对侧设置第一冷却风刀510和第二冷却风刀520，可边喷涂边冷却机匣，控制变形量。当第一变形量大于0.03～0.04mm之间的某个数值时，为了控制机匣总变形量不超过0.05mm，需待机匣温度降低至100℃以下，再继续喷涂涂层。当机匣温度下降，由于喷涂导致的变形会部分回缩。由于机匣为组装后的结果，变形量的回缩能在第一机匣1和第二机匣2中同步进行，使得回缩量均匀分散，避免局部过度变形。此时加大冷却风刀的风压到4～5bar，以加速降低机匣温度，机匣温度降低后，变形量减少。当机匣温度降低至100℃以下后，第一变形量小于0.03～0.04mm。

如果第一变形量为0.05～0.25mm时，可以采用加压风冷，将机匣温度降低。由于采用风冷，降温过程中机匣的形变会逐渐回缩，应力随着温度的降低而逐渐减小，使得最终机匣的变形量减小，而且应力消除。如果第一变形量大于0.25mm时，可采用常规喷丸处理，将机匣变形量一次回缩至0.03mm以下，之后再进行后续处理步骤。

3)分解：分解涂层机匣。

按照上述步骤将第一机匣1和第二机匣2的内壁喷涂完后，分解机匣。将设置于第一机匣1和第二机匣2之间的隔板4拆除，再将安装于第一叶片槽11和第二叶片槽3表面上的多级第一防护夹具110和第二防护夹具310抽出。

测定第一机匣1和第二机匣2的尺寸得到第3尺寸。对比第3尺寸和标准尺寸，得到第二变形量。当第二变形量大于0.05mm时，对机匣进行热处理，以减小第二变形量。此处热处理温度优选为450℃。热处理可以进行多次。每次进行热处理前均测定机匣尺寸，并与标准尺寸对比，当变形量小于0.05mm时，停止热处理。优选热处理次数为2～3次。热处理也可以由喷丸替代。如果多次热处理后，机匣变形量还是大于0.05mm，可以再次对机匣进行喷丸处理。

采用本发明提供的方法得到的压气机机匣，组装在航空发动机上进行台架试验，发动机稳定运转时长累计超过300小时。说明采用上述方法喷涂得到的机匣变形量小，可满足航空发动机长时间高强度高稳定性运转的要求。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种涡轴发动机压气机机匣喷涂方法，所述机匣包括具有组装关系的第一机匣(1)和第二机匣(2)，其特征在于，包括以下步骤：

1)测定标准尺寸：测定第一机匣(1)和第二机匣(2)的尺寸得到标准尺寸，组装所述第一机匣(1)和第二机匣(2)得到所述机匣；

2)喷涂涂层：分多次用深孔喷枪(5)将所述机匣内壁喷涂上厚度为1～2.5mm的涂层得到涂层机匣；每次喷涂涂层厚度小于0.05mm，每次喷涂涂层后得到喷涂机匣，测定所述喷涂机匣的尺寸得到第2尺寸，计算所述标准尺寸相对所述第2尺寸的第一变形量；

当所述第一变形量大于0.03mm时，将所述喷涂机匣温度冷却至100℃以下，再继续在所述喷涂机匣的内壁喷涂涂层；

当所述第一变形量小于0.03mm时，直接在所述喷涂机匣内壁继续喷涂涂层；

3)分解：分解所述涂层机匣。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：测定所述涂层机匣的尺寸得到第3尺寸，计算所述第3尺寸相对所述标准尺寸的变形量得到第二变形量；当所述第二变形量大于0.05mm时，对所述涂层机匣进行热处理，得到热处理机匣。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：当所述热处理机匣尺寸相对标准尺寸的变形量大于0.05mm时，对所述热处理机匣进行喷丸处理。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一机匣(1)和所述第二机匣(2)的内壁分别对应设有多级第一叶片槽(11)和多级第二叶片槽(3)，所述第一叶片槽(11)和第二叶片槽(3)分别对应插设第一防护夹具(110)和第二防护夹具(310)。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一机匣(1)和所述第二机匣(2)的相接面上安装隔板(4)，所述隔板(4)厚度为2mm。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述热处理的温度为450℃。

7.根据权利要求1～6中任一项所述的方法，其特征在于，所述测定标准尺寸步骤前还包括对所述第一机匣(1)和所述第二机匣(2)进行清洗、组装、预退火、拆分、清洗油脂步骤。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述深孔喷枪(5)两相对外侧壁上安装第一冷却风刀(510)和第二冷却风刀(520)。

9.一种用于权利要求4所述的方法的防护夹具，其特征在于，所述防护夹具包括第一防护夹具(110)和第二防护夹具(310)，所述第一防护夹具(110)与所述第二防护夹具(310)结构相同，所述第一防护夹具(110)包括环形本体(312)，所述环形本体(312)为槽型并与所述第一叶片槽(11)的槽面贴合，所述环形本体(312)与所述第一叶片槽(11)的两端平齐。