CN110238617A - 一种提高环形火焰筒头部转接段组件制造精度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提高环形火焰筒头部转接段组件制造精度的方法，首先对头部转接段预成形形成带有涡流器安装孔的初步头部转接段，同时对内冷却环和外冷却环预加工形成内冷却环粗结构和外冷却环粗结构，将内冷却环粗结构和外冷却环粗结构分别与初步头部转接段焊接形成初步焊接组件；以成型后的头部转接段的型面和涡流器安装孔定位，对内冷却环粗结构和外冷却环粗结构加工成型，形成最终内冷却环和外冷却环，本发明先对头部转接段进行预成形，在组件状态对头部转接段进行最终成形，从而回避了焊接变形和热处理变形对头部转接段的型面轮廓度和涡流器安装孔位置度的影响，提高了组件的制造精度，同时具有较高的生产效率。

Description

一种提高环形火焰筒头部转接段组件制造精度的方法

技术领域

本技术属于航空发动机制造领域，具体涉及一种提高环形火焰筒头部转接段组件制造精度的方法。

背景技术

环形火焰筒是航空涡轮发动机火焰筒的主流结构。环形火焰筒的结构特点是内壁和外壁形成一个环形气流通道，在环形通道的前端，内壁和外壁通过头部转接段连接在一起，燃油喷嘴和涡流器均匀安装在头部转接段上。为保证高压、高速气流在火焰筒内稳定燃烧，在安装涡流器的每一个位置，头部转接段的局部型面一般都被设计成一个前凸的喇叭形，使头部转接段成为具有多个均布凸起的三维曲面。由于薄壁和复杂的型面结构，头部转接段常常采用板料冲压成形，然后与火焰筒内、外壁焊接在一起，形成一个完整的环形火焰筒。

一般环形火焰筒的头部转接段采用板料冲压成形，而与之相连的内、外壁前段的内外冷却环壁厚大，需要采用锻件制造。传统工艺是：先将冲压成形的头部转接段与内外壁前段的内、外冷却环焊接在一起，形成头部转接段组件，见图1。然后将头部转接段组件通过内、外冷却环分别与火焰筒内、外壁相连。

在头部转接段组件制造过程中，由于连接头部转接段1与内冷却环2、外冷却环3的两条环焊缝(第一环焊缝4和第二环焊缝5)的焊接应力和焊接变形较大，加之焊后热处理过程中焊接残余应力释放，热处理后头部转接段的变形很大，型面轮廓度超差较多，涡流器安装孔位置度超差较多，不能保证设计要求。

为了提高组件制造精度，在控制焊接变形和焊接应力方面做了大量改进工作，如：提高头部转接段成形精度，减小焊缝对接间隙和错边量，改进焊接夹具，以及优化焊接参数等，但变形控制效果甚微。

为了保证涡流器位置度，长期以来，采取钳工校正的方法对头部转接段的型面和涡流器安装孔进行校正，但手工校正工艺稳定性很差，对产品质量影响较大，同时，反复校正导致生产效率很低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种提高环形火焰筒头部转接段组件制造精度的方法，以克服现有技术的不足，本发明能够提高头部转接段组件的制造精度。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种提高环形火焰筒头部转接段组件制造精度的方法，包括以下步骤：

步骤1)对头部转接段预成形：采用板料进行冲压预成形形成带有涡流器安装孔的初步头部转接段，初步头部转接段为等截面的环形结构，环形结构表面没有凸起结构；

步骤2)对内冷却环和外冷却环预加工：采用锻件进行车加工形成内冷却环粗结构和外冷却环粗结构，内冷却环粗结构和外冷却环粗结构除焊接接头部分外其余表面均留精加工余量；

步骤3)组合初焊接：将内冷却环粗结构和外冷却环粗结构分别与初步头部转接段焊接形成初步焊接组件；

步骤4)成形头部转接段：将初步焊接组件中的初步头部转接段的型面成形到最终头部转接段形状；

步骤5)成型加工内冷却环和外冷却环：以成型后的头部转接段的型面和涡流器安装孔定位，对内冷却环粗结构和外冷却环粗结构加工成型，形成最终内冷却环和外冷却环。

进一步的，步骤1)中，采用板料冲压成形形成初步头部转接段，然后对形成初步头部转接段进行冲孔、车加工形成涡流器安装孔，涡流器安装孔留翻边余量。

进一步的，采用锻件车加工，将内冷却环预加工成内冷却环粗结构，内冷却环粗结构除焊接接头部外，其余表面留精加工余量1～2mm。

进一步的，采用锻件车加工，将外冷却环预加工成外冷却环粗结构，外冷却环粗结构除焊接接头部外，其余表面留精加工余量1～2mm。

进一步的，步骤4)中对初步焊接组件中的初步头部转接段的型面成形到最终头部转接段形状前对初步焊接组件进行应力消除。

进一步的，车掉应力消除后的初步焊接组件与初步内冷却环和初步外冷却环之间的第一环焊缝和第二环焊缝的焊缝正面和背面焊高，使第一环焊缝和第二环焊缝表面与初步头部转接段型面平滑相接形成次焊接组件。

进一步的，对次焊接组件进行模具冲压，将次焊接组件中的初步头部转接段型面成形到最终形状的头部转接段。

进一步的，步骤5)中，对内冷却环粗结构和外冷却环粗结构加工成型前采用整体翻边模冲压将涡流器安装孔翻边成型。

进一步的，以头部转接段的型面和涡流器安装孔定位压紧后，对内冷却环粗结构和外冷却环粗结构进行精车加工，形成最终头部转接段焊接组件。

进一步的，对翻边后的涡流器安装孔进行铣加工，形成最终涡流器安装孔端面。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明一种提高环形火焰筒头部转接段组件制造精度的方法，首先对头部转接段预成形形成带有涡流器安装孔的初步头部转接段，同时对内冷却环和外冷却环预加工形成内冷却环粗结构和外冷却环粗结构，在内冷却环粗结构和外冷却环粗结构除焊接接头部分外其余表面均留精加工余量，将内冷却环粗结构和外冷却环粗结构分别与初步头部转接段焊接形成初步焊接组件，将初步焊接组件中的初步头部转接段的型面成形到最终头部转接段形状；以成型后的头部转接段的型面和涡流器安装孔定位，对内冷却环粗结构和外冷却环粗结构加工成型，形成最终内冷却环和外冷却环，本发明先对头部转接段进行预成形，在组件状态对头部转接段进行最终成形，从而回避了焊接变形和热处理变形对头部转接段的型面轮廓度和涡流器安装孔位置度的影响，提高了组件的制造精度，同时具有较高的生产效率。

进一步的，将等壁厚的板料成形工艺与变壁厚的模锻成形工艺相结合，实现了不等厚度复杂型面结构件的精确成形。

进一步的，初步头部转接段的型面厚度大于成型后头部转接段型面最小壁厚，组件状态成形时，头部转接段周边受内、外冷却环约束，成形过程中无法给变形区补料，按体积不变原则，头部转接段型面的胀大必然伴随着壁厚减薄，型面变形越大，壁厚减薄量越大，将初步头部转接段的型面厚度大于成型后头部转接段型面最小壁厚，以满足最小壁厚要求，解决了环形火焰筒头部转接段组件焊接变形和热处理变形大的问题，提高了环形火焰筒的制造精度。

附图说明

图1为现有头部转接段组件简图。

图2a为图1A向剖视图，图2b为图1B向剖视图，图2c为图1C向剖视图。

图3a为头部转接段预成形结构示意图，图3b为图3aA向剖视图。

图4为内冷却环预加工成型结构示意图。

图5为外冷却环预加工成型结构示意图。

图6a为初焊接成型结构示意图，图6b为初步焊接组件形成头部转接段剖视图。

图7为初焊接成型后头部转接段焊缝面结构示意图。

图8为初步焊接组件中的初步头部转接段型面成形到最终形状结构示意图。

图9为翻涡流器安装孔翻边后结构示意图。

图10为精车加工后形成最终内冷却环和外冷却环结构示意图。

图11为对翻边后的涡流器安装孔进行铣加工形成最终涡流器安装孔端面结构示意图。

其中，1、头部转接段；2、内冷却环；3、外冷却环；4、第一环焊缝；5、第二环焊缝；6、第一环焊缝背面；7、第一环焊缝正面；8、第二环焊缝背面；9、第二环焊缝正面。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

一种提高环形火焰筒头部转接段组件制造精度的方法，包括以下步骤：

1)对头部转接段预成形：采用板料进行冲压预成形形成初步头部转接段，初步头部转接段为等截面形状结构，如图3a、图3b所示，等截面形状结构表面没有凸起结构；初步头部转接段的型面厚度大于成型后头部转接段型面最小壁厚；

具体的，采用板料冲压成形形成初步头部转接段，然后对形成初步头部转接段进行冲孔预冲出涡流器安装孔，并对涡流器安装孔留翻边余量，最后将初步头部转接段的内边缘和外边缘车加工到焊前尺寸，即需要满足焊接尺寸；

2)对内冷却环和外冷却环预加工：采用锻件进行车加工形成内冷却环粗结构和外冷却环粗结构，内冷却环粗结构和外冷却环粗结构除焊接接头部分外其余表面均留精加工余量；

采用锻件车加工，将内冷却环预加工形成内冷却环粗结构,内冷却环粗结构如图4所示，除焊接接头部外，其余表面留精加工余量1-2mm；

采用锻件车加工，将外冷却环预加工形成外冷却环粗结构，外冷却环粗结构如图5所示，除焊接接头部外，其余表面留精加工余量1-2mm；

3)组合初焊接：将内冷却环粗结构和外冷却环粗结构分别与初步头部转接段焊接在一起形成初步焊接组件，得到的初步焊接组件如图6a、图6b所示；

4)精成形头部转接段：将初步焊接组件中的初步头部转接段的型面成形到最终头部转接段形状；

对初步焊接组件中的初步头部转接段的型面成形到最终头部转接段形状前将初步焊接组件进行应力消除；

具体精成形头部转接段过程：首先车掉初步头部转接段与初步内冷却环之间的第一环焊缝正面7和第一环焊缝背面6，车掉初步头部转接段与初步外冷却环之间的第二环焊缝正面9和第二环焊缝背面8，使第一环焊缝和第二环焊缝表面与初步头部转接段型面平滑相接形成次焊接组件，第一环焊缝正面7、第一环焊缝背面6、第二环焊缝正面9和第二环焊缝背面8位置具体如图7所示；

对车掉焊缝正面和背面焊高的次焊接组件采用模具冲压，将初步焊接组件中的初步头部转接段型面成形到最终形状，冲压成型后得到最终形状如图8所示。

5)精加工内、外冷却环：以成型后的头部转接段的型面和涡流器安装孔定位，对内冷却环粗结构和外冷却环粗结构加工成型，形成最终内冷却环和外冷却环；

首先，采用整体翻边模冲压，将涡流器安装孔翻边，方便过程中保证孔径尺寸和位置度要求，最终形成翻遍后的涡流器安装孔结构如图9所示；

以头部转接段的型面和涡流器安装孔定位压紧后，对内冷却环粗结构和外冷却环粗结构进行精车加工，形成最终内冷却环和外冷却环结构如图10所示。

对翻边后的涡流器安装孔进行铣加工，形成最终涡流器安装孔端面结构如图11所示。

Claims (10)

1.一种提高环形火焰筒头部转接段组件制造精度的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1)对头部转接段预成形：采用板料进行冲压预成形形成带有涡流器安装孔的初步头部转接段，初步头部转接段为等截面的环形结构，环形结构表面没有凸起结构；

步骤2)对内冷却环和外冷却环预加工：采用锻件车加工形成内冷却环粗结构和外冷却环粗结构，内冷却环粗结构和外冷却环粗结构除焊接接头部分外其余表面均留精加工余量；

步骤3)组合初焊接：将内冷却环粗结构和外冷却环粗结构分别与初步头部转接段焊接形成初步焊接组件；

步骤4)成形头部转接段：将初步焊接组件中的初步头部转接段的型面成形到最终头部转接段形状；

步骤5)成型加工内冷却环和外冷却环：以成型后的头部转接段的型面和涡流器安装孔定位，对内冷却环粗结构和外冷却环粗结构加工成型，形成最终内冷却环和外冷却环。

2.根据权利要求1所述的一种提高环形火焰筒头部转接段组件制造精度的方法，其特征在于，步骤1)中，采用板料冲压成形形成初步头部转接段，然后对初步头部转接段进行冲孔、车加工形成涡流器安装孔，涡流器安装孔留翻边余量。

3.根据权利要求1所述的一种提高环形火焰筒头部转接段组件制造精度的方法，其特征在于，步骤2)中，采用锻件车加工，将内冷却环预加工成内冷却环粗结构，内冷却环粗结构除焊接接头部外，其余表面留精加工余量1～2mm；采用锻件车加工，将外冷却环预加工成外冷却环粗结构，外冷却环粗结构除焊接接头部外，其余表面留精加工余量1～2mm。

4.根据权利要求1所述的一种提高环形火焰筒头部转接段组件制造精度的方法，其特征在于，初步头部转接段的型面厚度大于成型后头部转接段型面最小壁厚。

5.根据权利要求1所述的一种提高环形火焰筒头部转接段组件制造精度的方法，其特征在于，步骤4)中对初步焊接组件中的初步头部转接段的型面成形到最终头部转接段形状前对初步焊接组件消除应力。

6.根据权利要求4所述的一种提高环形火焰筒头部转接段组件制造精度的方法，其特征在于，首先车掉初步头部转接段与初步内冷却环之间的第一环焊缝正面和第一环焊缝背面，车掉初步头部转接段与初步外冷却环之间的第二环焊缝正面和第二环焊缝背面，使第一环焊缝和第二环焊缝表面与初步头部转接段型面平滑相接形成次焊接组件。

7.根据权利要求6所述的一种提高环形火焰筒头部转接段组件制造精度的方法，其特征在于，对次焊接组件进行模具冲压，将次焊接组件中的初步头部转接段型面成形到最终形状的头部转接段。

8.根据权利要求1所述的一种提高环形火焰筒头部转接段组件制造精度的方法，其特征在于，步骤5)中，对内冷却环粗结构和外冷却环粗结构加工成形前采用整体翻边模冲压将涡流器安装孔翻边成形。

9.根据权利要求8所述的一种提高环形火焰筒头部转接段组件制造精度的方法，其特征在于，以头部转接段的型面和涡流器安装孔定位压紧后，对内冷却环粗结构和外冷却环粗结构进行精车加工，形成最终头部转接段焊接组件。

10.根据权利要求9所述的一种提高环形火焰筒头部转接段组件制造精度的方法，其特征在于，对翻边后的涡流器安装孔进行铣加工，形成最终涡流器安装孔端面。