CN114178790A - 发动机排气段制作工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种发动机排气段制作工艺，包括以下步骤：建立排气段的三维模型；将三维模型划分为左外壁和右外壁、内壁、内筒、法兰边、加强筋，及裆部；分别制作出左外壁板、右外壁板、内壁板、圆套管、法兰板、及裆部板；将左外壁板、右外壁板、内壁板、圆套管、法兰板及裆部板连接形成具有加强筋板的排气段。根据本发明工艺制造的排气段，在使用过程中变形量小，总压损失小，很少发生裂纹，避免引发严重故障，并对隔热屏的包容性更好，装配顺利，且隔热屏无局部挤压和开裂，可提高发动机的交付性能和使用可靠性。

Description

发动机排气段制作工艺
技术领域
本发明涉及航空发动机技术领域，特别地，涉及一种发动机排气段制作工艺。
背景技术
涡轴系列发动机采用自由涡轮后输出简单减速传动，要求其排气段斜向后上方排出发动机的高温尾气，如图1所示，自由涡轮轴要穿过排气段，向后传动减速器，排气段后部要让出自由涡轮轴承座和减速器机匣的空间，排气段后部大孔中内衬高温合金印花隔热屏，防止自由涡轮轴承座及减速器机匣高温。
涡轴发动机排气段是采用GH3030薄板(厚度0.8mm)材料钣金成形后焊接而成的大尺寸异形件，工作温度高，激振频率多，容易发生变形和裂纹；干涉现象严重时，冷却气流不通畅，自由涡轮轴承座及减速器机匣局部挤压、高温，使涡轮轴承和主动齿轮轴承失效。
发明内容
本发明提供了一种发动机排气段制作工艺，以解决现有的排气段容易发生变形和裂纹，及干涉现象严重导致隔热屏破损，引发严重故障的技术问题。
本发明采用的技术方案如下：
一种发动机排气段制作工艺，包括以下步骤：三维建模：采用三维画图软件建立排气段的三维模型；外形规划：将三维模型划分为左右对称设置的左外壁和右外壁、连接于左外壁和右外壁之间的内壁、与内壁相连的内筒、位于进气端的法兰边、位于排气端外周面上的加强筋，及连接于左外壁、右外壁、内壁及内筒之间的裆部；分部制作：分别制作出用于形成左外壁的左外壁板、用于形成右外壁的右外壁板、用于形成内壁的内壁板、用于形成内筒的圆套管、用于形成法兰边的法兰板、及用于形成裆部的裆部板；连接成型：将左外壁板、右外壁板、内壁板、圆套管、法兰板及裆部板连接形成具有加强筋板的排气段。
进一步地，步骤“三维建模”中，在三维画图软件中采用实体减法建模，即采用排气段外形实心坯减去内腔实心坯，得到薄壁异形空腔的三维模型。
进一步地，步骤“三维建模”中，马鞍形的裆部与腰果形流道的模型连续对接采用变径圆角优先的建模方式，即先对裆部的边沿进行倒圆角，然后将倒圆角后的裆部边线加入腰果形流道的轮廓线。
进一步地，步骤“分部制作”中，采用钣金制作方式分别制作出左外壁板、右外壁板、内壁板、圆套管、法兰板及裆部板。
进一步地，制作裆部板时，首先采用成型模具将长方形板料冲挤成双向曲率马鞍形的U形板，然后裁剪U形板，接着将裁剪后的U形板再次放入成型模具中冲挤，最后对冲挤完成后的U形板进行修边后得到裆部板。
进一步地，制作圆套管时，采用板料卷曲成型。
进一步地，圆套管为周向留缺的缺口管。
进一步地，圆套管为周向连续的整圆管；制作整圆管时，采用板料卷曲后再焊接连接成整圆。
进一步地，步骤“连接成型”具体包括以下步骤：主体焊接：将左外壁板、右外壁板、内壁板、圆套管及裆部板焊接形成主体；在主体上滚扎出加强筋板；将法兰板焊接至具有加强筋板的主体上，以成型为排气段。
进一步地，步骤“主体焊接”，具体包括以下步骤：将左外壁板和右外壁板对接焊接；将内壁板的两侧分别与左外壁板和右外壁板的自由边焊接连接以形成排气段雏形；将圆套管与排气段雏形焊接；将裆部板焊接连接至排气段雏形和圆套管上。
本发明具有以下有益效果：
本发明的发动机排气段制作工艺中，采用三维画图软件建立排气段的三维模型，不仅操作简单、三维模型的精度高，重要的是，通过前期建立的三维模型，指导后续排气段各分部的制作，使各分部成型速度快且成型质量好，进而提高整体的成型质量；步骤“外形规划”中，是根据三维模型的实际图形而进行具体规划的，不仅操作简单、规划合理、适应性强，且使后续的“分部制作”操作简单，各分部容易制作，还为后续各分部的连接成型做准备，使连接操作简单，连接后成型的排气段质量好；“分部制作”中，各分部制作简单，容易成型，且制备后精度高。本发明的排气段外形独特，曲率丰满光顺性好，制造难度高，根据三维模型的外形具体规划后再分部制作的方式，攻克了各分部制造技术的难关，确保了产品质量，提高了发动机的可靠性；根据本发明工艺制造的排气段，在使用过程中变形量小，总压损失小，很少发生裂纹，避免引发严重故障，并对隔热屏的包容性更好，装配顺利，且隔热屏无局部挤压和开裂，可提高发动机的交付性能和使用可靠性。
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是涡轴发动机排气段位置示意图；
图2是本发明优选实施例的待制作出的排气段的空间结构示意图；
图3是图2的另一空间结构示意图；
图4是本发明优选实施例的三维模型的空间结构示意图；
图5是图2中左外壁板的空间结构示意图；
图6是图5中左外壁板与右外壁板焊接形成外壁板的空间结构示意图；
图7是图2中内壁板的空间结构示意图；
图8是图7与图6焊接后形成的排气段雏形的空间结构示意图；
图9是图2中圆套管的空间结构示意图；
图10是图9与图8焊接后的空间结构示意图；
图11是图2中U形板的空间结构示意图；
图12是图11中U形板修剪后的空间结构示意图；
图13是图12与图10焊接后的空间结构示意图。
图例说明
10、三维模型；11、左外壁；12、右外壁；13、内壁；14、内筒；15、法兰边；16、加强筋；17、裆部；20、排气段；21、左外壁板；22、右外壁板；23、内壁板；24、圆套管；25、法兰板；26、加强筋板；27、裆部板。
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，但是本发明可以由下述所限定和覆盖的多种不同方式实施。
参照图2-图4，本发明的优选实施例提供了一种发动机排气段制作工艺，包括以下步骤：
三维建模：采用三维画图软件建立排气段20的三维模型10；
外形规划：将三维模型10划分为左右对称设置的左外壁11和右外壁12、连接于左外壁11和右外壁12之间的内壁13、与内壁13相连的内筒14、位于进气端的法兰边15、位于排气端外周面上的加强筋16，及连接于左外壁11、右外壁12、内壁13及内筒14之间的裆部17；
分部制作：分别制作出用于形成左外壁11的左外壁板21、用于形成右外壁12的右外壁板22、用于形成内壁13的内壁板23、用于形成内筒14的圆套管24、用于形成法兰边15的法兰板25、及用于形成裆部17的裆部板27；
连接成型：将左外壁板21、右外壁板22、内壁板23、圆套管24、法兰板25及裆部板27连接形成具有加强筋板26的排气段20。
本发明的发动机排气段制作工艺中，采用三维画图软件建立排气段20的三维模型，不仅操作简单、三维模型10的精度高，重要的是，通过前期建立的三维模型，指导后续排气段各分部的制作，使各分部成型速度快且成型质量好，进而提高整体的成型质量；步骤“外形规划”中，是根据三维模型的实际图形而进行具体规划的，不仅操作简单、规划合理、适应性强，且使后续的“分部制作”操作简单，各分部容易制作，还为后续各分部的连接成型做准备，使连接操作简单，连接后成型的排气段质量好；“分部制作”中，各分部制作简单，容易成型，且制备后精度高。本发明的排气段外形独特，曲率丰满光顺性好，制造难度高，根据三维模型的外形具体规划后再分部制作的方式，攻克了各分部制造技术的难关，确保了产品质量，提高了发动机的可靠性；根据本发明工艺制造的排气段，在使用过程中变形量小，总压损失小，很少发生裂纹，避免引发严重故障，并对隔热屏的包容性更好，装配顺利，且隔热屏无局部挤压和开裂，可提高发动机的交付性能和使用可靠性。
可选地，如图4所示，步骤“三维建模”中，在三维画图软件中采用实体减法建模，即采用排气段20外形实心坯减去内腔实心坯，得到薄壁异形空腔的三维模型10。采用三维画图软件进行实体减法建模，操作简单、三维模型10的精度高。
可选地，如图4所示，步骤“三维建模”中，马鞍形的裆部17与腰果形流道的模型连续对接采用变径圆角优先的建模方式，即先对裆部17的边沿进行倒圆角，然后将倒圆角后的裆部17边线加入腰果形流道的轮廓线，且对裆部17倒圆角时，圆角半径应尽量大，从而使裆部与腰果形流道的模型连接时，连接处平滑，连接顺畅，有利于提高两者连接质量，适用于复杂圆角与曲面的连续对接。
可选地，如图5-图13所示，步骤“分部制作”中，采用钣金制作方式分别制作出左外壁板21、右外壁板22、内壁板23、圆套管24、法兰板25及裆部板27。钣金制作方式，加工简单，并可有效降低制作成本，适用于结构复杂曲面的制作，并成型质量好，后期使用过程中，不易产生裂纹；分部制作的方式，降低制作难度，适用于复杂曲面板的制作。
本可选方案中，如图11和图12所示，制作裆部板27时，首先采用成型模具将长方形板料冲挤成双向曲率马鞍形的U形板，然后裁剪U形板，接着将裁剪后的U形板再次放入成型模具中冲挤，最后对冲挤完成后的U形板进行修边后得到裆部板27。该种制作方式，可有效提高裆部板27的成型质量，并有效降低裆部板27的制作难度。
本可选方案中，如图9所示，制作圆套管24时，采用板料卷曲成型，加工简单，可有效降低制作成本。
本可选方案的具体实施例中，圆套管24的第一实施例，如图9和图10所示，圆套管24为周向留缺的缺口管。当圆套管24具有周向缺口时，与其配合连接的U形板的竖板长度较长，由模具成型后需要修剪的长度较短。
本可选方案的具体实施例中，圆套管24的第二实施例，图未示，圆套管24为周向连续的整圆管；制作整圆管时，采用板料卷曲后再焊接连接成整圆。当圆套管24为周向连续的整圆管时，与其配合连接的U形板的竖板长度较短，由模具成型后需要修剪的长度较长，如图12所示。圆套管24的两种结构形式，均适用于排气段，且圆套管24与裆部板27连接稳定，成型质量好。
可选地，步骤“连接成型”具体包括以下步骤：
主体焊接：将左外壁板21、右外壁板22、内壁板23、圆套管24及裆部板27焊接形成主体；
在主体上滚扎出加强筋板26；
将法兰板25焊接至具有加强筋板26的主体上，以成型为排气段20。
本可选方案中，首先主体焊接成型，然后再滚扎加强筋板，最后再焊接法兰板的操作方式，不仅使操作简便，且可有效防止加强筋板滚扎时使主体结构形变，提高成型质量。
本可选方案中，如图5-图13所示，步骤“主体焊接”，具体包括以下步骤：
将左外壁板21和右外壁板22对接焊接，两者焊接后的结构如图6所示；
将内壁板23的两侧分别与左外壁板21和右外壁板22的自由边焊接连接以形成排气段20雏形，如图8所示；
将圆套管24与排气段20雏形焊接，焊接后的结构如图10所示；
将裆部板27焊接连接至排气段20雏形和圆套管24上，焊接后的结构如图13所示。
本可选方案中，主体焊接的上述操作步骤，根据主体的具体组成结构而对应设置，从而使焊接操作简单，焊后主体成型质量好。
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 (10)

1.一种发动机排气段制作工艺，其特征在于，包括以下步骤：
三维建模：采用三维画图软件建立排气段(20)的三维模型(10)；
外形规划：将所述三维模型(10)划分为左右对称设置的左外壁(11)和右外壁(12)、连接于所述左外壁(11)和所述右外壁(12)之间的内壁(13)、与所述内壁(13)相连的内筒(14)、位于进气端的法兰边(15)、位于排气端外周面上的加强筋(16)，及连接于所述左外壁(11)、所述右外壁(12)、所述内壁(13)及所述内筒(14)之间的裆部(17)；
分部制作：分别制作出用于形成所述左外壁(11)的左外壁板(21)、用于形成所述右外壁(12)的右外壁板(22)、用于形成所述内壁(13)的内壁板(23)、用于形成所述内筒(14)的圆套管(24)、用于形成所述法兰边(15)的法兰板(25)、及用于形成所述裆部(17)的裆部板(27)；
连接成型：将所述左外壁板(21)、所述右外壁板(22)、所述内壁板(23)、所述圆套管(24)、所述法兰板(25)及所述裆部板(27)连接形成具有加强筋板(26)的排气段(20)。
2.根据权利要求1所述的发动机排气段制作工艺，其特征在于，
所述步骤“三维建模”中，在三维画图软件中采用实体减法建模，即采用排气段(20)外形实心坯减去内腔实心坯，得到薄壁异形空腔的所述三维模型(10)。
3.根据权利要求1所述的发动机排气段制作工艺，其特征在于，
所述步骤“三维建模”中，马鞍形的所述裆部(17)与腰果形流道的模型连续对接采用变径圆角优先的建模方式，即先对所述裆部(17)的边沿进行倒圆角，然后将倒圆角后的所述裆部(17)边线加入腰果形流道的轮廓线。
4.根据权利要求1所述的发动机排气段制作工艺，其特征在于，
所述步骤“分部制作”中，采用钣金制作方式分别制作出所述左外壁板(21)、所述右外壁板(22)、所述内壁板(23)、所述圆套管(24)、所述法兰板(25)及所述裆部板(27)。
5.根据权利要求4所述的发动机排气段制作工艺，其特征在于，
制作所述裆部板(27)时，首先采用成型模具将长方形板料冲挤成双向曲率马鞍形的U形板，然后裁剪所述U形板，接着将裁剪后的U形板再次放入所述成型模具中冲挤，最后对冲挤完成后的所述U形板进行修边后得到所述裆部板(27)。
6.根据权利要求4所述的发动机排气段制作工艺，其特征在于，
制作所述圆套管(24)时，采用板料卷曲成型。
7.根据权利要求6所述的发动机排气段制作工艺，其特征在于，
所述圆套管(24)为周向留缺的缺口管。
8.根据权利要求6所述的发动机排气段制作工艺，其特征在于，
所述圆套管(24)为周向连续的整圆管；
制作所述整圆管时，采用板料卷曲后再焊接连接成整圆。
9.根据权利要求1所述的发动机排气段制作工艺，其特征在于，所述步骤“连接成型”具体包括以下步骤：
主体焊接：将所述左外壁板(21)、所述右外壁板(22)、所述内壁板(23)、所述圆套管(24)及所述裆部板(27)焊接形成主体；
在所述主体上滚扎出所述加强筋板(26)；
将所述法兰板(25)焊接至具有所述加强筋板(26)的主体上，以成型为所述排气段(20)。
10.根据权利要求9所述的发动机排气段制作工艺，其特征在于，所述步骤“主体焊接”，具体包括以下步骤：
将所述左外壁板(21)和所述右外壁板(22)对接焊接；
将所述内壁板(23)的两侧分别与所述左外壁板(21)和所述右外壁板(22)的自由边焊接连接以形成排气段(20)雏形；
将所述圆套管(24)与所述排气段(20)雏形焊接；
将所述裆部板(27)焊接连接至所述排气段(20)雏形和所述圆套管(24)上。
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