以航空發動機大型蜂窩結構焊接薄壁組合件的整體加工為例進行工藝分析，對加工過程中存在的問題及解決方法進行了論述，通過工藝裝備選擇和工裝夾具設計，優化熱加工和冷加工過程及工藝參數，成功開發出符合要求的產品。1

序言蜂窩焊接組合結構在航空發動機中應用較多，加工工藝復雜，尤其是結構復雜的焊接組合件加工。本文以一種大型蜂窩焊接薄壁組合件（見圖1）為例，闡述蜂窩焊接結構的加工工藝過程。因該零件為21等分結構，故在圖1中僅示意其中的1/21。圖1大型蜂窩焊接薄壁組合件2

結構分析零件由內徑530mm的圓環與蜂窩焊接組合成一體，并經機械加工成形后，最終切割成的各扇形段組成。零件壁厚1.8mm，壁厚與內徑比為1：294，且蜂窩結構焊接于圓環內側，屬于大型焊接薄壁組合件。零件圓環材料為GH907高溫合金（鍛件），蜂窩材料為GH536高溫合金，圓環與蜂窩采用真空釬焊方法連接到一起，焊后時效處理。3

加工工藝分析（1）鍛件制造

根據產品尺寸，首先設計出毛坯鍛件圖，各面留出足夠的加工余量；然后進行焊接前的車削加工，焊前只將焊接面加工到要求尺寸，其余各處見光即可。但是為了方便以后工序的裝夾，應提前在上端面加工出壓板臺階。

（2）焊接

完成焊前加工后，進行蜂窩結構的真空釬焊。因基體和蜂窩的材料不同，一種為鐵基、一種為鎳基，經查閱資料，為增強蜂窩結構的焊接性，保障焊接質量穩定可靠，對含鈦、鈮、鉭較高的合金（如GH4269、GH141、GH903、GH907、K406和K408等）制成的零件，在焊前應進行鍍鎳處理，其厚度為10~20μm。真空釬焊是決定組合件開發能否成功的關鍵。焊接所使用的設備包含儲能焊機和真空釬焊爐。真空釬焊爐的工作區域溫度差應不超過±10°，真空度應高于4×10-2Pa，漏氣率應小于2.0Pa/h。焊料選擇BNi82CrSiB釬料進行填充焊接。因機體材料GH907屬于時效硬化性合金，因此在釬焊后應進行時效處理，以保證基體硬度滿足布氏硬度機壓痕直徑d＝3.15～3.5mm的要求。（3）焊后加工

焊接完成后，為方便后續各工序的裝夾定位，根據產品特性，通過找正焊接基面，在上端面加工出定位止口，因產品的尺寸及幾何公差要求，圖1所示剖面結構的加工應一次裝夾完成，以此來保證各項參數的精度要求，而由于產品壁厚與內徑比高達1∶294，普通的夾外圓、撐內孔及壓端面的裝夾方式均易導致零件加工后變形，無法保證零件在自由狀態下的各項要求，因此在加工中，需要設計專用夾具，以保證零件的順利加工。（4）加工成形

零件的整體輪廓加工完成后，利用線切割加工方式將整體圓環均分為21等份，零件加工成形。（5）工藝要求

鑒于蜂窩的特殊結構，在各工序加工過程中，應對蜂窩結構進行充分的保護，避免在加工過程中造成蜂窩結構的人為損傷。同時對零件進行充分的清洗，尤其是蜂窩結構應進行多次的超聲波清洗，以避免臟物堆積在蜂窩晶格底部。4

存在的問題及處理方法在加工前，雖然對工藝進行了充分的論證分析，但因人員、設備、加工參數、刀具及經濟性等多方面因素的影響，還是會出現各種問題，故在加工過程中需要對各項參數及工藝流程進行反復的試驗和修訂，從而最終形成成熟穩定的加工工藝及參數。

4.1焊接后變形及表面氧化

經對蜂窩定位點焊、焊料填充、焊接熱循環曲線及焊接入爐狀態進行分析，發現定位點焊不均勻、焊接熱循環曲線與標準有出入、釬焊入爐數量、擺放方式以及真空熱處理爐尺寸等均與基體變形有關，最終根據實物分析，將蜂窩點焊定位方式由原來的基體內徑預制帶狀槽改為工裝定位，并取消基體點焊帶狀槽，同時使用粘帶釬料保證釬料填充均勻，并按標準范圍合理調整控制各溫度段的時間，然后制作鉬制入爐工裝，使零件入爐后保持軸向受力均勻，從而消除了焊接基體變形問題。如果焊接或時效時真空熱處理爐的真空度及漏氣率不達標，則會導致零件氧化變藍，而正常顏色應為淡黃色，因此需保證真空熱處理爐的真空度高于4×10-2Pa，漏氣率小于2.0Pa/h。

4.2焊后時效圓環材料硬度偏軟

由于基體材料GH907是時效硬化性合金，時效后基體硬度偏軟問題可能是因為時效參數不達標，經過多次對比試驗，焊后的時效處理應按照裝爐溫度不高于150℃，2～2.5h升溫至（775±10)℃，保溫12h~12h15min，然后以（55±10）℃/h的冷卻速率冷卻至（620±10）℃，保溫8h~8h15min，充氬氣0.2～0.4MPa，冷卻至80℃以下出爐。

4.3

車削困難因組合件屬于大型薄壁件，裝夾方式、車削參數和刀具選擇不當都會造成加工振刀及刀具磨損快的問題，故設計了專用夾具，采用定位止口定位，42個螺釘通過預制裝夾孔進行固定，使組合件在裝夾過程、車削處軸向及徑向均不承受多余外力。并采用低轉速、慢進給的方式，切削深度控制在0.3～0.5mm。選擇大圓弧R0.8～R1.2mm的標準刀片進行車削，此問題得以解決。因為設計的專用夾具利用了組合件本身的螺釘孔進行固定，在組合件上提前預制螺釘孔時，孔的深度不可避免會延伸至車削位置，導致無法連續切削，而GH907材料的加工性差，所以會出現車削困難的情況。為此在提前預制螺釘孔時，利用加工中心，使用波紋銑刀加工出環狀槽，去掉延伸的螺釘孔，使得因無法連續切削而導致車削困難的問題得以完美解決。4.4定位找正加工中心的加工內容為2個螺釘孔、1個定位孔、1個扇形槽和倒角，在執行此工序時，其余輪廓已全部加工至最終尺寸，因此在加工中心裝夾找正時，應注意防護，一是防止劃傷、碰傷，二是防止人為因素導致零件變形。為了方便加工中心的裝夾找正，在上一工序車削時，對組合件最大外徑尺寸公差進行了縮減，以用于加工中心的配合定位，本工序的夾具設計了內止口與組合件最大外徑進行配合定位，大大降低了找正難度，同時專用夾具也對組合件的非加工部位進行了保護，防止因裝夾和加工導致零件變形。4.5焊接質量

為了保證基體與蜂窩的焊接質量，應對零件表面進行清理，去除表面的油污及其他氧化物，必要時可進行酸洗或用砂紙打磨的方法去除氧化物，但蜂窩夾芯不可進行酸洗，蜂窩與基體裝配前應進行超聲波清洗，然后再用丙酮清洗干凈。因基體與蜂窩的材料不同，為了提高焊接性，應在焊接前對基體進行鍍鎳，鎳層厚度建議為10~20μm，而為了保證鍍鎳的質量，則應對基體進行去應力和濕吹砂，防止鍍鎳后造成鎳層起皮或脫落。

蜂窩夾芯的基面，應在其寬度方向任一截面上高低一致，其最高點與最低點的偏差不大于0.07mm，而基體的焊前內徑尺寸應比蜂窩夾芯基面的實測直徑尺寸小0.3~0.5mm，以保證蜂窩夾芯基面與基體配合間隙趨近于零。同時釬料建議選擇粘帶釬料，厚度0.4~0.8mm，以保證釬料分布均勻，并降低其重力因素的影響。5

工裝夾具設計5.1車削加工夾具

車削外形輪廓選擇數顯臥式車床，利用夾具與內止口進行定位，使用螺釘與夾具固定，車削外形輪廓可分粗、精車削，工裝夾具及裝夾找正方式相同。外形輪廓車削夾具及零件的裝夾如圖2所示。圖2外形輪廓車削夾具及零件的裝夾外形輪廓車削完成后，需調頭車削上端面至最終要求，為避免車削振顫現象，設計的夾具體積大，較為厚重，依靠夾具本身自重和螺釘緊固力可有效消除車削夾具振顫及振刀現象。車削端面夾具及零件的裝夾如圖3所示。因夾具的體積大、質量重，故選擇立式車床進行車削端面，既方便裝夾找正，又提高了安全性。唯一需要注意的是，應先將零件與夾具正確安裝后，再安裝至機床。

圖3車削端面夾具及零件的裝夾5.2銑削加工夾具

輪廓車削完成后，轉至數控五軸加工中心加工上端面上各孔及扇形槽。由于全部尺寸及角度偏差由機床程序保證，因此在零件加工前應對機床進行校驗。為了便于零件找正，夾具設計有內止口與組合件外徑配合，在上端面使用固定蓋板壓緊組合件，固定蓋板上需提前按各孔及扇形槽的位置加工出讓位孔，夾具上也應提前加工出讓刀孔，以防止在加工過程中出現刀具偏移。數控加工中心夾具及零件的裝夾如圖4所示。圖4數控加工中心夾具及零件的裝夾5.3線切割夾具

在車削和銑削加工完成后，進入線切割工序，將圓環進行21等分。由于線切割的加工定位需完全依靠夾具保障，因此設計了專用夾具，夾具上制作有找正拉直孔，并配有定位銷定位組合件位置。組合件使用螺釘和墊片固定在夾具上。等分夾具及零件的裝夾如圖5所示。圖5等分夾具及零件的裝夾等分完成后，需在4h內完成對線切割電蝕層的拋修，并