钣金挖补修理在发动机唇口型面中的应用

曲洪利 胡洋嘉 万治

摘要：发动机进气道唇口是由时效硬化处理后的铝合金板材加工而成的三维复杂曲面结构，服役环境恶劣且部件位置特殊，极易受损，已有的维修方法费用高、周期长。南航沈阳复合材料修理车间短舱项目组创新开发的直接使用成品时效硬化板材钣金加工工艺，无需外委热处理和后期校型，大大缩短了维修周期，为机队运行提供了保障。

关键词：唇口；三维复杂曲面；时效硬化

Keywords：lip skin；3D complex surface；age hardening

1 研究背景

现代民航客机为追求优异的气动性能以及更好的燃油经济性，不断对机体结构的原材料与加工工艺进行优化。现阶段最为成熟且广泛应用的结构材料，还是以铝合金为主的轻质合金以及钛合金为主的高温合金。

发动机作为飞机的核心部件，其进气道唇口又处于发动机最前端，服役环境恶劣，不可避免地经常受到鸟击、雷击等损伤，易造成前唇凹坑、紧固件孔扩大等结构性问题。针对这些问题的传统维修方法有两种，一是订购成品航材，切段更换，看似简单省劲，但成本高昂，订购周期受外界影响因素大，而且容错率低，易造成浪费；二是利用凹模配合木槌进行钣金加工，只能使用质地软、塑性好的2219-0软铝，在补片成型后还需要外委进行时效热处理，热处理时间大约为5天，且热处理后的补片会发生不可控的变形，需要进行至少1天的后期校型，而变形严重的补片不得不直接报废。上述两种方法均不是前唇挖补修理的最优解。

根据数据统计，南航沈阳复合材料修理车间V2500A1/A5发动机进气道翻修项目自2017年上项以来，仅2017年就有四分之一的进气道前唇需要进行挖补修理，对钣金挖补修理技术优化的需求迫在眉睫。在认真贯彻落实“三个敬畏”、质量至上的原则下，项目组从材料本身出发，探索出了既节约成本又可缩短周期的技术方案。

2 技术难点与创新

2.1 材料创新

CMM手册中前唇修理的补片需达到T62状态，相对于0状态，T62状态是一种更高强度、更高硬度的优质状态Al-Cu合金。相较于使用0状态软铝先进行补片成型，后进行时效热处理，使用T62状态直接成型不必进行二次的固溶处理与人工时效，可大大缩短维修周期。但是T62铝合金强度的提升必然带来塑性的下降，导致在不破坏力学性能极限的前提下，钣金校型的难度大大增加。

2.2 工艺创新

为了保证2219-T62硬铝能够顺利使用，在查阅了相关资料并咨询专家后，确定了能用于三维曲面加工的设备：英国轮（见图1）和点成型机（见图2），但是由于这两台设备的操作门槛较高，加之能熟练应用这两台设备的人并不多，因此首要问题是精确加工时的工艺参数。

英国轮的作用是通过不同曲率的压头与合适的下压力度配合得到单面弧度的板材。设备原理看似简单，但却需要细腻的手法与熟练的操作意识。在得到了单面弧度板材后，再利用点成型机进行三维曲面的成型，其原理是通过上方活动锤头的锤击使单面弧度的板材“收”或“放”，以得到三维曲面板材。机器的两个关键参数为锤击频次和上下两锤的间距，不同的锤击频次与两锤间距相互配合能得到不同弧度的曲面，只有掌握了精确的参数才能得到符合气动要求的补片。通过反复试验，最终确定了工艺所需参数以及相对应的“高频三段锤击”工艺，分别通过预成型、粗成型、精确成型三组不同的工艺参数来进行补片加工，在保证成型精度的同时尽量缩短了加工时间，以防材料因为冷加工频数过多而产生冷作硬化，导致裂纹的产生。

2.3 验证创新

由于南航沈阳基地之前一直是使用 2219-0软铝配合凹模进行补片制作的，从未直接使用过T62硬铝进行加工，因此上述方案的可行性必须重新进行验证。

补片的质量和气动外形是补片的两个最为关键的参数，若补片存在微裂纹，长久服役易产生疲劳，使裂纹延展、补片脱落，甚至打伤发动机叶片导致发动机空停。为了确保方案的切实可行，决定使用荧光探伤和三维测绘的方法来对补片进行质量评估。

因OEM厂家严密的技术封锁，无法从外界获得唇口蒙皮的数字模型，项目组利用三维扫描设备对库存的完好唇口进行精确建模（见图3），再对补片修理区域予以扫描，通过比对来确定修理区域是否满足气动外形的要求，并进行荧光探伤。经检验，依据此工艺完成的2219-T62补片满足气动要求且无裂纹，达到CMM手册中对唇口补片的要求，同时根据SRM手册54-10-00，满足补片与唇口本体对接间隙≤0.05in的条件。

3 成果应用

2019年，一架A320neo飞机右发进气道唇口蒙皮遭遇鸟击停厂，损伤如图4所示，OEM报价人民币近百万元，维修周期20天。南航沈阳复合材料修理车间短舱项目组按照创新工艺，仅用3天保质保量完成了全部修理工作，全部航材费用不足万元，修理成品如图5所示。

目前为止，新型钣金工艺技术已成功应用于近20台发动机唇口的修理中。后续部件的跟踪信息尚未收到任何质量问题的反馈，维修工艺可靠，质量优良，稳定耐用，效果显著，累计节支350余万元。

4 结束语

该修理工艺已成功为南航5家分子公司近20余台V2500发动机进气道提供维修服务，有效减轻了南航外送维修的压力，避开了国外OEM厂家的维修能力限制，对于提升国资MRO企业的技术水平，助力形成具有充分自主知识产权的国产大飞机配套维修产业提供了重要的参考，具有十分显著的社会价值。

作者简介

曲洪利，工程師，从事复合材料维修技术研究与开发工作。