说说我们当年试制航空发动机时候的机械加工故事


一般来说,航空发动机的机械加工技术,应该列为保密范畴。不过,在此讨论一下我国起步阶段的加工设备和加工方法,应该是可以的。也无所谓泄密。这都是过去的事情。各位也可以看到我们就是在这样一个基础上起步的。

当年试制航空发动机的时候,经常遇到各种机匣,比如压气机匣,燃烧室机匣,……,等等。这些机匣本身都是不锈钢板材做的。焊接件。连接这些机匣的安装边有些是高温合金。航空发动机就是依靠这些机匣的安装边用螺钉连接起来,构成整台发动机的。为了保证发动机的安装精度,安装边需要机械加工,精度要求还很高。另外像附件传动机匣,减速器机匣,则是轻金属铸件。一些大型的附件传动机匣的机械加工难度很高。好在如今我们早就有了五轴联动的数控机床,应该不在话下了。

当年有一个扩压机匣,是哪一个型号的发动机的扩压机匣这次就不说了。这家伙是薄板不锈钢焊起来的。两端的安装边就是两个不锈钢圆圈,中间是一毫米厚度的不锈钢薄板冲压成型后焊接起来的复杂构件。

不锈钢薄板经过焊接以后,肯定发生很大的变形,所谓很大,实际上也不到一个毫米。但是对两端安装边就是那两个不锈钢圈之间的平面度,误差不允许超过0.1毫米。由于扩压机匣直径本身算比较大,因此这么大的一个平面,这样一个平面度要求,如果扩压机匣整体是一个刚体的话,是不难达到的。问题就在于,扩压机匣结构简单,刚性严重不足。而当时的航空工厂所拥有的设备,就是极普通的立式车床。关于立式车床大家到度娘那里搜一下就知道了。其历史肯定超过一百年。是一种很老很老的设备。立式车床是为了加工厚重粗大笨拙的锻铸件而设计的。夹紧装置是一个花盘,粗手大脚。刀具也是粗笨的可以。但是,工厂里面能够加工这么大直径的设备,就是立式车床。没有其他更高精度的设备了。用十八世纪就被发明出来的立式车床加工二十世纪六十年代美国设计的喷气发动机部件,实在有些勉为其难。

当车刀靠上去车削扩压机匣安装边的时候,由于被加工件柔软无比,它在车刀的压力下会向后躲。等车刀过去了,又弹回来。用夹具使劲夹紧,零件倒是不往后躲了。但是不能松开夹具,带着夹具测量,合格了。但是加工完毕松开夹具一看,零件回弹,那精度惨不忍睹。加工后的安装边本来应该是一个平面,结果用肉眼都能看出,是波浪状的变形。

当时我国镍铬钴这些耐高温材料很难搞到。所以不锈钢价格很贵。报废一个扩压机匣,光是材料费就是一大笔钱。咋办?这个问题即使是今天,用数控机床也会遇到的。就是被加工件自身刚性不足,切削力导致变形的问题。这个问题曾经困扰过我们这个航空工厂,几个老师傅上去都铩羽而归,搞的挺没面子的。向上级申请一台高精度的大型加工设备,想都不要想了。国家没有这类设备。进口也买不到。人家不卖。你以为美英各国不知道你会遇到什么问题吗?人家都是行家,封锁得非常精准。要么中国人不要做航空发动机了,要么降低加工精度。那么后果就是发动机性能打折扣。要么就是自己想办法解决问题。反正条件就是这么个条件,拿赵本山的话说,就是有困难要上,没有困难创造困难也要上。

后来一个当时跟我一样年轻的车工解决了这个问题。今天在这里说一说,如果对你有帮助,那你要感谢我那个同行。

他自己做了一个夹紧装置。取代了立式车床本身的花盘,也不用花盘上那四个粗手大脚的夹爪。他的这个夹紧装置只有三个夹爪,每一个都纤薄秀气而且可以移动。与扩压机匣安装边的接触部位都非常小。而且,压紧哪个部位,也是经过选择的。夹紧部位一定是安装边与夹具承载平面接触的部位。无论安装边焊接以后怎样变形,往平面上放置,有且只有三个点是与平面接触的。这就是三点确定一个平面的初中课程。夹紧的时候就小心翼翼地夹住这三个点。其余部分的安装边实际上是悬空的。这样,夹紧的时候,就不会有外力导致夹紧变形。

然后,用厚度不同的薄铁片一点一点把悬空的部位塞紧。这绝对是个细活儿。加工时间虽然很长,但是进刀的时间却不长,就是塞紧悬空的空隙最费时间。

搞定以后,就可以开车,让扩压机匣躺在立式车床平台上旋转起来,车削安装边平面了。

如果你见过立式车床,一定知道,立式车床的刀具,是专门为了加工厚大零件而设计的。粗笨且坚固。刀杆是垂直向下安装的,切削刃与零件接触的时候,前角非常大,什么是机械加工时候的前角,你到度娘上搜吧。前角不可没有,但是太大了是不好的。切削力都消耗在垂直分力上面了。没有对切削金属做出贡献。当年倪志福发明了群钻,就是改变了钻头的主切削刃的前角,让钻头主切削刃任何部位的前角都合适。所以,倪志福钻头在钻孔的时候非常锋利。

如果是立式车床加工厚重的铸钢件或者铸铁件,前角大了没关系。无非是增大了向下的压紧力。但是柔若无骨的扩压机匣就不同了。你前角大了,压紧力增加了,扩压机匣就向下变形,躲开车刀的车削。等你车刀转过去,它再弹回来。你说讨厌不讨厌。

所以,我们这位同行自己设计了一套刀具,专门加工这个柔若无骨的扩压机匣。特点就是前角非常小,向下的压紧分力非常小,无论如何扩压机匣毕竟是个金属件,还是有一定刚性的。只要刀具向下的压紧分力不超过其刚性,还是可以抗的住。就这样,不着急,一点点进刀。进刀量太大也是不行的。也会增大向下方向的压紧分力。导致零件变形。

就这样,第一个扩压机匣用这台老旧的立式车床加工出来以后,经检验科测量,平面度误差0.1毫米。合格了。

后面再继续加工,由于积累了经验,大约500毫米直径的扩压机匣,平面度误差只有不到0.05毫米。

说明一下,我们当年那一台立式车床说是老旧,仅仅是设计水平老旧。那是第一次世界大战年代的设计。但是,机修工对它的维护是很好的。国防工厂都是这样,别看设备老旧,精度都保持的很好。设备都维护的很好。不像如今的私企,设备很快就折旧了。那时候工人阶级是主人翁,对工厂设备是很爱惜的。

我们今天看到涡扇十过关了。但是各位肯定不知道我们走过的研制道路有多么艰难。像这样的故事,在航空发动机制造厂里面有很多。可以说每前进一步,都要解决这样的技术问题。都会产生出无数个这样的故事。只不过没有人关注这些,也没有人记录他们。我说的这位青年工人,如今也过了耳顺之年了吧。

1973年跟我一起考过大学。他就差那么一点,没考上。我考上了。数学也不过六十几分。

我们这些有机会读大学的,其实个个都有一点绝活。要不然学校也不会要。当然走后门进去的没本事的也有。那是少数。比如,我们的毕业设计需要一台高性能的变压器,但是没有冷轧矽钢片,教研室说,工农兵学员们自己想办法吧。这要是搁在今天,如今的大学生们有办法吗?可我们就是空手套白狼,弄到了一百多公斤只有国防工厂才有的日本进口冷轧矽钢片,而且下料,退火,浸漆,烘干,全都搞定,最后攒出了这台变压器。完成了毕业设计。

当然,这是另一个故事了。就此打住。

原创作者: 百战长缨 本文转自西西河


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确实不容易!

所以八十年代李燕杰作报告时一句话:

我们喝着野菜汤.吃着红薯长大的同学.跟喝着牛奶吃着面包长大的人在较量!

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