中国航发沈阳黎明航空发动机有限责任公司 辽宁沈阳 118062
摘要：由于发动机转子内腔狭小空间的限制，无法直接用力矩扳手进行拧紧，需要设计一套转接拧紧工装，在外部进行拧紧，目前某型发动机均使用定位机匣，反扭套以及弓形扳手进行一系列转接后，在外部对高压转子连接螺母进行拧紧，但是，在使用的过程中，此套工装存在一定的缺陷，比如弓形扳手容易弯曲，折断，高涡后轴会有配重块，使反扭套在使用时被垫高，不能完全固定，影响装配质量，并降低装配效率。因此，只有发明出一套结构更加完善的工艺装备，才能保证某型号发动机装配质量，提高装配效率，增加产能。
关键词：工装改进、配重块、热处理、反扭套
1 引言
某型号发动机装配高涡时，由于高涡后轴上有配重块，工装在使用时被垫高，不能完全固定，影响螺母的拧紧，并降低装配效率，同时拧紧螺母的弓形扳手易变形、折断。通过分析配重块的数量与分布情况，重新设计工装，将原先均匀分布的螺栓孔，改为非均布的开槽结构；并对弓形扳手进行淬火等热处理工艺，提高了扳手强度，大大减少了扳手变形、折断的现象发生，在提高工作效率的同时，又降低了工装损失率。
2 背景技术
高压转子是航空发动机核心机的最核心装配组件，其装配质量直接关系到整个发动机的高压振动水平、整机循环寿命、可靠性能，耐久性等服役指标。高压转子连接螺母为高压压气机转子和高压涡轮转子两大部件的连接螺母，是其拧紧操作是高压转子装配的最后一个环节，此环节的装配质量决定着整个核心机转子的同轴度、不平衡量和整体刚度等重要机械物理参数。由于发动机转子内腔狭小空间的限制，无法直接用力矩扳手进行拧紧，需要设计一套转接拧紧工装，在外部进行拧紧，目前某型发动机均使用定位机匣，反扭套以及弓形扳手进行一系列转接后，在外部对高压转子连接螺母进行拧紧，但是，在使用的过程中，此套工装存在一定的缺陷，比如弓形扳手容易弯曲，折断，高涡后轴会有配重块，使反扭套在使用时被垫高，不能完全固定，影响装配质量，并降低装配效率。因此，只有研究出一套结构更加完善的工艺装备，才能保证某型号发动机装配质量，提高装配效率，增加产能。
3 技术的简介
某型号发动机装配高涡时，由于高涡后轴上有配重块，工装在使用时被垫高，不能完全固定，影响螺母的拧紧，并降低装配效率，同时拧紧螺母的弓形扳手易变形、折断。本专利通过分析配重块的数量与分布情况，重新设计工装，将原先均匀分布的螺栓孔，改为非均布的开槽结构；并对弓形扳手进行淬火等热处理工艺，提高了扳手强度，大大减少了扳手变形、折断的现象发生，在提高工作效率的同时，又降低了工装损失率。
4 技术方案要点
由于高涡鼓筒腔空间狭小，无法直接用限力扳手对连接螺母进行拧紧，需要设计一套转接拧紧工装，在外部进行拧紧，而普遍方法是使用定位机匣，反扭套以及弓形扳手进行一系列转接后，在外部对高压转子连接螺母进行拧紧，高涡连接螺母拧紧工装工作原理为，反扭套前端连接在转子上，后段通过定位机匣连接在静子机匣上实现反扭，弓形扳手内端连接目标螺母，外端引出连接在定位机匣上，扭矩扳手作用在弓形扳手外端，内外转接头在同一轴线上，产生相同的力矩，从而实现螺母拧紧。
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在使用的过程中，此套工装存在一定的缺陷，首先弓形扳手容易弯曲，折断，其次高涡后轴会有配重块，配重块的尺寸要比反扭套螺栓孔大，反扭套在使用时被垫高，不能完全固定，影响装配质量，针对这两处缺陷，对工装进行重新设计。
1）针对弓形扳手容易弯曲，折断的问题，对弓形扳手结构进行重新设计，并增加热处理工艺，提高刚度。
2）对反扭套进行重新设计。由于高涡后轴连接螺母上，一般会装配1～2件配重块，通过对反扭套前端面开槽的工艺方法，来解决此问题。
5 技术方案所带来的有益效果
1）弓形扳手经过淬火热处理后，刚性增强，大大降低了扳手弯曲，折断的几率，降低弓形扳手的报废率，节省成本，同时提高了拧紧力矩的准确性，保证了发动机装配质量。
2）反扭套设计更加合理，反扭套在使用过程中，安装稳定，解决了反扭套在使用时被垫高，不能完全固定的问题，提高装配效率的同时，保证了装配质量。
6 具体实施方式
1）针对弓形扳手容易弯曲，折断的问题，进行了以下优化设计：
对弓形扳手结构进行重新设计。由于弓形扳手在使用过程中，始终受到扭转力的作用，在长时间使用后，使得前段转接处产生裂纹，久而久之发生瞬断，因此，对弓形扳手的形状进行更改，原来的弓形扳手都为圆筒形，在长时间受到扭转力时，很容易发生扭转变形，如果将弓形扳手周向尺寸变大，轴向尺寸变小，即将原来的圆筒形变成方形，增加周向抗扭强度，这样一来，将会明显提高扳手刚度，同时对弓形扳手进行淬火等热处理工艺，进一步提高其刚度，大大降低了扳手弯曲，折断的几率，降低弓形扳手的报废率。
2）针对反扭套被配重块垫高的问题，进行了以下设计：
对反扭套进行重新设计。由于高涡后轴连接螺母上，一般会装配1～2件配重块，通过对反扭套前端面开槽的工艺方法，来解决此问题。高涡后轴连接螺栓共有42件，原反扭套前端面设有42个螺栓孔以与高涡后轴连接螺栓相配实现反扭，如果有2件配重块，那么2件配重块最远相隔19个螺栓，最近相隔0个螺栓，考虑到开槽太多、太大将会影响反扭效果，最终通过理论分析以及试验论证，确定将3个螺栓孔合并成一个凹槽，共设有3处凹槽，合理规划凹槽分布，可以实现不论是1件还是2件配重块，使其都能够完美的落到凹槽内，最终保证反扭套装配稳定，提高装配效率的同时，保证装配质量。
7 结论
工装改进之前，由于工装被垫高，需多人配合拧紧螺母，费时费力，工装改进后效果显著，工装安装平稳，仅需1名操作者就能执行拧紧工作，并且平均每台发动机每次装配能节省1h；与此同时，工装改进之前，平均每年要损坏约5把扳手，约合人民币10万元（每把扳手约2万元），而工装改进后，到目前为止扳手未见变形，折断情况发生，大大降低了生产成本，达到了降本增效的结果。
参考文献：
[1] 廉筱纯，吴虎.《航空发动机原理》.西安:西北工业大学,2005.
[2] 刘长福 .《航空发动机构造》.北京:国防工业出版社,1980.
[3] 王聪梅.航空发动机典型零件机械加工[M].北京.：航空工业出版社,2014.
论文作者:金少博,刘洋,孙淑璐
论文发表刊物:《建筑模拟》2018年第28期
论文发表时间:2018/12/26
标签：扳手论文; 弓形论文; 工装论文; 螺母论文; 转子论文; 开槽论文; 螺栓论文; 《建筑模拟》2018年第28期论文;