一种航空发动机环形机匣的精确成形方法技术

本申请涉及复杂钛合金构件制造领域，具体公开了一种航空发动机环形机匣的精确成形方法，包括：通过制粉工艺生产金属粉末；通过所述金属粉末，采用冷等静压制备所述环形机匣的预置体，所述预置体的结构和尺寸与所述环形机匣对应；将所述预置体设置在所述环形机匣的包套内，并在所述包套内添加所述金属粉末；对具有所述预置体的所述包套进行热等静压，得到所述环形机匣。该方法制备出的环形机匣组织细小均匀，综合性能高，尺寸稳定性好，材料利用率高，而且实现了外型面高精度净成形。而且实现了外型面高精度净成形。而且实现了外型面高精度净成形。

【技术实现步骤摘要】
一种航空发动机环形机匣的精确成形方法


[0001]本申请涉及复杂钛合金构件制造的
，特别是一种航空发动机环形机匣的精确成形方法。

技术介绍

[0002]航空发动机是飞机的“心脏”，是现代工业“皇冠上的明珠”，是衡量大国现代工业发展水平的重要标志。机匣是航空发动机的重要零部件，是整个发动机的骨架，而且是航空发动机的主要承力部件。不同位置的航空发动机机匣性形状各不相同，但基本特征就是由圆筒形或圆锥形的壳体和支板构成，进一步细分，航空发动机机匣可分为环形机匣和箱体机匣，典型的环形机匣包括燃烧室机匣、涡轮机匣、压气机机匣和外涵机匣等，典型的环形机匣材料主要包括钛合金和高温合金。
[0003]环形机匣作为复杂薄壁构件，传统成形方式包括以下两种：一是精密铸造；二是模锻+加工。精密铸造气孔、疏松等缺陷较多，组织较为粗大，无法满足高质量高性能的机匣成形。其次是模锻+加工，由于环形机匣一般都有法兰边、加强筋和安装座等结构，模锻件的尺寸都很大，材料利用率低，且存在加工变形的风险。探索新的成形工艺，实现环形机匣零件高质量、高精度和高效率的制造一直是目前军工行业的研究热点。

技术实现思路

[0004]本申请提供一种航空发动机环形机匣的精确成形方法。该方法制备出的环形机匣组织细小均匀，综合性能高，尺寸稳定性好，材料利用率高，而且实现了外型面高精度净成形。
[0005]第一方面，提供了一种航空发动机环形机匣的精确成形方法，包括：
[0006]通过制粉工艺生产金属粉末；
[0007]通过所述金属粉末，采用冷等静压制备所述环形机匣的预置体，所述预置体的结构和尺寸与所述环形机匣对应；
[0008]将所述预置体设置在所述环形机匣的包套内，并在所述包套内添加所述金属粉末；
[0009]对具有所述预置体的所述包套进行热等静压，得到所述环形机匣。
[0010]与现有技术相比，本申请提供的方案至少包括以下有益技术效果：
[0011]环形机匣是指航空发动机的单层机匣零件，基本特征是圆筒形或者圆锥形的薄壁壳体，前后分别有安装边，外型面又分布加强筋和安装座，壳体厚度一般为1～4mm，材料主要是钛合金或者高温合金。环形机匣外型面分布加强筋和安装座，加强筋结构有环形或者网格形，安装座结构也种类多样，成形和加工难度非常大，本方法采用热等静压近净成形技术实现环形机匣外型面的精确净成形，后续不再加工。环形机匣安装边、加强筋和安装座尺寸较大，对应装粉量较大，变形量也较大，常规预置实体快的方式在热等静压后的组织内会存在预置界面，影响产品质量。采用冷等静压预置方法不仅可以控制大变形位置的精确变
形，而且不会产生其他预置方法带来的预置界面。
[0012]结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述环形机匣的预置体包括上安装边预置体、下安装边预置体、加强筋预置体和安装座预置体。
[0013]根据环形机匣结构设计预置体的多个部分，有利于提高冷等静压得到的预置体的性能均匀性。
[0014]结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述环形机匣的包套包括包套外壁、包套内芯、包套下底、包套上盖，所述包套外壁、所述包套内芯、所述包套下底、所述包套上盖围绕形成的内腔用于设置所述预置体，所述外陶瓷环设置在所述包套外壁的外周，所述装粉管设置在所述包套上盖，所述除气管设置在所述装粉管内。
[0015]结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述包套内芯、包套下底、包套上盖的厚度为6～10mm。
[0016]由于包套会参与变形，为满足结构强度要求，包套外壁3安装边、加强筋和安装座位置需要开槽，在开槽位置可能出现局部减薄。设计厚度合理，可以满足结构要求。
[0017]结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述包套外壁的内径尺寸α＝所述环形机匣轮廓尺寸β/(0.95～0.98)。
[0018]冷等静压预置控制变形方法减小了后续的变形量。
[0019]结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述环形机匣包括目标部分，所述目标部分在所述环形机匣从上到下的次序为i，所述包套的与所述目标部分对应的中心位置尺寸γ
i
满足：
[0020]环形机匣包套组合体在高度方向上是从上到下收缩，因此安装边、加强筋和安装座尺寸也会跟着收缩方向从下到上移动，因此在包套设计时安装边、加强筋和安装座需要在高度方向进行随动设计，以下安装边上侧对应的包套凹槽上侧为基准，随动调整安装边、加强筋和安装座的中心位置，有利于使最终得到的环形机匣与设计尺寸更加匹配。
[0021]结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述外陶瓷环满足：
[0022]材料为氮化硅陶瓷，设计厚度为50～100mm。
[0023]为了实现外型面的精确净成形，必须保证收缩变形的精确可控。在热等静压过程中，介质可以从包套内部向外施压。因此整个环形机匣包套的水平方向收缩是从内到外。外陶瓷环的作用是控制热等静压后的包套外壁尺寸不变，以此控制环形机匣外型面的精度。外陶瓷环材料选用氮化硅陶瓷，其在高温作用下的线膨胀系数很小，为了便于能够实现装配，外陶瓷环采用分半结构，设计厚度为50～100mm。
[0024]结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述将所述预置体设置在所述环形机匣的包套内，并在所述包套内添加所述金属粉末，包括：
[0025]通过所述装粉管将金属球形粉末装入所述包套外壁、所述包套内芯、所述包套下底、所述包套上盖围绕形成的内腔；
[0026]通过振动和敲击振实粉末；
[0027]完成装粉后将所述除气管插入所述装粉管中，通过焊接将所述除气管和所述包套连为一体；
[0028]组装分体式所述外陶瓷环，以使所述外陶瓷环和所述包套外壁的外周贴合，并螺
钉固定所述分体式外陶瓷环。
[0029]结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述冷等静压的压力为150～200MPa，致密度为90％～95％。
[0030]利用冷等静压机压制环形机匣安装边预置体、加强筋预置体和安装座预置体，预置体尺寸和环形机匣产品上的安装边、加强筋和安装座尺寸完全一致。
[0031]结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述对具有所述预置体的所述包套进行热等静压，得到所述环形机匣，包括：
[0032]高温下抽真空进行除气；
[0033]完成除气后对所述除气管封焊；
[0034]对具有所述预置体的所述包套进行热等静压，保温保压后降至200℃以下出炉；
[0035]完成热等静压后，将所述外陶瓷环从所述包套中取出，并拆装所述包套，得到环形机匣毛坯；
[0036]对所述环形机匣毛坯进行表面处理和真空退火处理；
[0037]机加工留有余量的两端法兰和内型面，得到所述环形机匣。
附图说明
[0038]图1为环形机匣结构示意图。
[0039]图2为环形机匣预置体结构示意图。
[0040]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种航空发动机环形机匣的精确成形方法，其特征在于，包括：通过制粉工艺生产金属粉末；通过所述金属粉末，采用冷等静压制备所述环形机匣的预置体，所述预置体的结构和尺寸与所述环形机匣对应；将所述预置体设置在所述环形机匣的包套内，并在所述包套内添加所述金属粉末；对具有所述预置体的所述包套进行热等静压，得到所述环形机匣。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述环形机匣的预置体包括上安装边预置体、下安装边预置体、加强筋预置体和安装座预置体。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述环形机匣的包套包括包套外壁、包套内芯、包套下底、包套上盖，所述包套外壁、所述包套内芯、所述包套下底、所述包套上盖围绕形成的内腔用于设置所述预置体，所述外陶瓷环设置在所述包套外壁的外周，所述装粉管设置在所述包套上盖，所述除气管设置在所述装粉管内。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述包套内芯、包套下底、包套上盖的厚度为6～10mm。5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述包套外壁的内径尺寸α＝所述环形机匣轮廓尺寸β/(0.95～0.98)。6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述环形机匣包括目标部分，所述目标部分在所述环形机匣从上到下的次序为i，所述包套的与所述目标部分对应的中心位置尺寸γ

【专利技术属性】
技术研发人员：张海洋，邓太庆，徐桂华，史金靓，王冰，李圣刚，韩谦，石钲，杜志惠，阴中炜，
申请(专利权)人：航天材料及工艺研究所，
类型：发明
国别省市：