航空发动机钛合金衬套的检测技术

张润山 唐春丽 马 仑

（中航工业沈阳黎明航空发动机集团制造有限公司 辽宁 沈阳 110043）

衬套作为航空发动机某部位的重要组成部分，用于壳体内部齿轮和轴承的安装，衬套的材料有碳钢和钛合金类之分，为了减轻发动机的重量，以钛合金种类的衬套居多。钛合金衬套在加工中极易变形，所以有自己独特的一套加工工艺方法，加工后的衬套的检测更是难上加难，一直以来都没有什么特别好的检测方法，检测效率低下。本文就从衬套的通用和专用的检测方法入手，阐述了钛合金衬套如何在自由状态下做到准确的测量。

1 问题的提出

由于衬套壁薄，为了防止铣加工三个Ф20mm的月牙槽时变形，先将三个均匀的月牙槽铣削出来，以精加工的内孔为基准，用液性塑料涨紧夹具装夹，精车外圆，但是工件壁太薄，极易变形，对温度也很敏感，而且存在应力集中现象，检测结果不合格，现场加工尺寸与成品检验尺寸存在一定差异。为解决此问题，工艺方法上采取了缩严加工尺寸公差的方法，将零件尺寸加工至中差范围，但同时也增加了测量的难度。由于内孔尺寸为mm，外圆尺寸为 mm，而且内孔有3个1mm深的月牙槽，加工极易变形，加工的圆柱度、内孔和外圆的圆柱度要求分别为0.005mm。[1]。

1.1 检测方案分析

由于图纸中规定的设计基准为测量基准，而衬套壁薄，且内孔均匀分布着三个Ф20mm的月牙槽，测量面较短，所以零件检测难度较大，以下针对三个技术条件和两个尺寸的检测方案及过程进行分析论证。

1.2 对外圆圆柱度及尺寸mm的检测方案分析

圆柱度公差带是半径差值为0.005mm的两个圆柱面之间的区域，且圆柱面必须位于半径差为0.005mm的两个同轴圆柱面之间。

2 检测方案分析

2.1 方案一：

外圆圆柱度对于轴类零件检测可以利用顶针孔，在偏摆仪上检测。而对于衬套类零件没有顶针孔，这样就必须借助于杠杆千分尺测量。由于检测尺寸mm和检测外圆的圆柱度的检测部位相同，所以在用外径杠杆千分尺检查的mm同时也能检测外圆的圆柱度，即多点测量。

首先按外圆尺寸mm要求，选用100～125mm的外径杠杆千分尺，再用100mm的块规校对外径杠杆千分尺，校对杠杆千分尺后记录修正值，用外径杠杆千分尺对外圆进行多点测量，记录所测数值。每一部位测得的实际值为外圆的近似值，所测值中，最大值与最小值之差为外圆圆柱度，且半径差不大于0.005mm。在测量过程中，由于所测量的是薄壁零件，所有测量力不能太大，但必须保证在测量过程中侧头与衬套表面连续接触，否则易造成零件变形，测量力也不能太小，做大力度适中，否则不能反映出零件的真实状态，测量出的零件数值不是零件的真实值。通常选用的静态测量力应小于1N。[2]

2.2 方案二：

用V形块法检查圆柱度，用千分尺检查外圆尺寸。

将衬套放在平台上的V形块内，用夹紧装置固定，且衬套可以自由转动。将千分表装入万能表座的表架内，调整千分表位置使之位于衬套的最高点。在被测零件回转一周过程中，测量某个横截面的最大与最小读数，连续测量若干个横截面，取其中各横截面所测得的所有读数中最大与最小读数值公差的一半，即为该零件的圆柱度误差。

3 检测方案的确定

经过实际测量比较用外径杠杆千分尺测外径圆柱度和外径尺寸方便准确，而且在实际检测中操作方便易行，对于有合格资质的检验人员来说都可以做到准确的检测，但在实际操作中要注意测量力的因素。

4 内孔圆柱度及内孔尺寸的检测

选用 75～100mm外径千分尺和100mm块规，校对外径千分尺，记录修正值，然后作为内径千分尺的对表基准，使微分筒锁定在对应的数值95.03mm，对应检测公差为0.017mm的高精度内径，需选用内径千分表测量。选择合适的测量头安装好，调节测量头长度，将内径千分表的测量头压入外径千分尺的测砧与测微螺旋中间，看千分表的指示读数，调节压入量，固定测量头使内径千分表的压入量为0.30mm，将表圈转动，指针对零，使内径千分表前后微动找到最小值，再将内径千分表测量头压入零件内，前后微动找到最大值与最小值。由于内孔上有

三个Ф20mm的月牙槽，很难找到测量点，测头的辅助支架有一边仅能靠在内孔一点上，所以测得内孔直径不够准确。以支架支在两槽中间测头测两槽的边缘，并在三个方向上下多点测量，以达到测量真实值的目的。[3]

5 测量内孔对外圆的跳动

5.1 检测分析

内孔对外圆的跳动测量的是径向跳动误差，径向跳动误差是指在旋转表面的同一横截面内，被测表面各点与基准轴线之间最大值与最小值距离之差，并以各个横截面测出其最大跳动作为整个被测圆柱面的径向跳动量。检查径向跳动时一定要注意基准，因为基准不同，测量结果就不同，衬套工艺规程图纸上规定要求以衬套外圆作为零件的测量基准。[4]

5.2 检测方案

先将V形块和平台擦拭干净，将衬套竖直放在V形槽内，用夹紧装置固定，并能自由转动。将杠杆百分表装在表座的夹孔内夹紧，调整万能表座位置，使百分表接触头与衬套表面接触，将衬套转动一周，取该横截面的最大值，在测得若干个横截面后取最大值即为内孔的跳动误差。

结语

通过上述对钛合金衬套的工艺分析及主要尺寸的检测，利用通用的检测技术检测了测量难度较大的薄壁零件，从以上的分析中可以看出所采用的检测方法具有较强的科学性和实用性。实践证明，通过上述方法检测出的结果准确性较高，而且可以将上述的检测方法应用到类似的零件检测当中，并不局限于钛合金类零件。若将上述检测方法加以推广应用，可以为新机研制节省大量的研制经费。

[1]张玉，刘玉.几何量公差与测量技术 [J].沈阳：东北大学出版社.1999.

[2]汪恺.形状和位置公差标准应用指南[M]北京：中国标准出版社.2000.

[3]王如根，高坤华.航空发动机新技术[M].北京：航空工业出版社。2003年79-399

[4]武凯.航空薄壁件加工变形分析与控制[M].南京:南京航空航天大学.2002.