第三节 制造

 

一、理化试验

涡扇8发动机的原材料进厂复验和热加工工艺研究测试，是发动机零件制造过程中极其重要的一环。本体部分的理化试验由航发厂承担，叶片部分的理化试验由航空机械厂承担。

航发厂从1972 年起成立冶金科，其所属中心试验室担负发动机用材的化学分析、机械性能试验、无损探伤、热处理工艺、金相以及非金属材料试验。理化试验有一幢近3000平方米的大楼，配置从日本进口的自动定氢、定氮仪，5万倍电子显微镜，D4型大型金相显微镜，联邦德国进口的MM6金相显微镜，拉压低循环疲劳试验机以及非金属性能测试等主要设备。部分设备系自动控制，精度高，是70年代国内先进的理化试验设备，其规模也是一般工厂企业少见的。

在新材料研制方面主要进行金属材料理化性能测试和热工艺研究。1973年，进行GH22点焊、滚焊、氩弧焊的工艺测试研究。1975年写出该合金薄板焊接试验报告，为该材料的鉴定打下了基础。1974年，对GH901新材料进行原材料性能和锻件入厂复验，写出有关鉴定资料。1984年，该材料通过航空部科技成果鉴定。

TC4 钛合金大锻件在涡扇8发动机上大量应用，原采用苏联标准，但与中国大锻件情况不符。为制定适合国内使用的钛合金TC4金相标准，中心试验室做了大量金相工作，制定《TC4钛合金金相组织分级标准图谱》，该项目1981年获三机部科技成果三等奖。TC4铁合金应用项目于1984年获航空部科技进步二等奖。

中心试验室还先后为45CrMoV、GH738和K17G等材料作了大量检验分析。为提高发动机零件的使用寿命，对碳化钨加钴、碳化物加镍铬以及氧化铝、镍包铝等离子涂层作了试验。

对于涡扇8 发动机在长期试车过程中出现的一些故障，中心试验室在材质方面提供大量故障原因的分析资料。1978年对GH901锻件断口严重分层故障缺陷作金相分析；同年对K3钴基合金一、二级导向叶片长期试车后表面脱落和裂纹故障缺陷作金相分析；1979年对TC4二级风扇叶片表面麻点故障缺陷分别作出金相分析； 1979～1980年对GH22火焰筒表面麻坑、氧化焊缝异常现象故障缺陷作金相分析等。从而为涡扇8发动机长期试车和试飞的顺利进行，提供了科学依据。

二、主要工艺

1.静子环叶型孔冲刺

发动机静子环叶型孔的加工需采用冲刺工艺。此加工方法既冲切出外环圈上的叶型孔，又完成叶片的装配。

航发厂在1973～1975年间，探索采用手动冲刺工艺冲压静子环叶型孔。1976年，经过改进提高，采用半自动冲刺工艺，在自制的半自动冲刺机上完成。

1979 年9月，三机部第二技术交流站在该厂召开由部属各发动机厂参加的冲刺技术交流会，冲刺技术的优越性深得与会代表的肯定与赞赏。1980年，该厂工程师俞育南撰写的《发动机静子环叶型孔冲刺工艺》被刊登在第三期《航空工艺技术》上。此后数年内，沈阳航空发动机制造厂（以下简称沈阳发动机厂）等先后委托航发厂冲刺加工静子环叶型孔，对冲刺结果甚为满意。

2.钛合金焊接

涡扇8发动机的进气机匣由工业纯钛制成，结构特异，为薄壁空心夹层焊接组件，由232个零件焊接而成，焊接总长达77米。

1972 年，上海电工机械厂在研制进气机匣时，与三机部成都发动机厂、西安发动机厂、航空材料所和上海钢研所、上海冶金研究所（以下简称上海冶金所）、航发厂等单位共同协作，探索钛及钛合金焊接工艺。经过上百次消除焊缝气孔、焊接电流衰减等工艺试验，得出合理的焊接规范，终于攻克钛及钛合金焊接的技术难题。经发动机长期试车，未发现故障。

3.中频感应加热钎焊

涡扇8 发动机的钎焊焊接量高达3640平方厘米。1972～1976年，航发厂在研制高低压压气机时，上海油嘴油泵厂在研制燃油总管时，都成功地以中频感应加热钎焊工艺，替代价格昂贵的真空钎焊工艺及效率低下的炉中钎焊工艺，取得成本低、周期短、工艺简单和焊接温度均匀、集肤效应低等效果。

4.镍镉合金扩散电镀

涡扇8发动机中镀镍镉合金的零、组件计2536件，占电镀零、组件总数的30％，且均为一、二类重要件。其中有静子、轮盘叶片、机匣等。最大直径达1米以上，镀复难度极大。

国外在50年代已开始采用镍镉合金扩散电镀工艺，这是一种中温防护镀层，在500℃以下工作环境下具有良好的防护能力，但国内从未应用过。1974年3月，航发厂与航空机械厂在沈阳航空发动机研究所的协助下，进行镍镉合金扩散电镀工艺的技术攻关。

经过攻关组2 年多的艰苦工作，进行近千个小样、小槽工艺试验，试验成功并获得低浓度硫酸盐镀镍溶液配方。此后又摸索扩散镀镉工艺，并进行应力、震动疲劳、结合力、抗热、盐雾及拉伸等一系列试验，镀层均符合设计要求，镍镉合金扩散电镀工艺获得成功。该项目于1978年获全国科学大会奖。

5.液体喷丸强化

涡扇8发动机研制时，航发厂及航空机械厂均采用液体喷丸强化新工艺。这是在零件表面高速喷射玻璃丸或钢丸，使之产生压应力，从而提高零件疲劳强度及抗应力腐蚀能力的一种先进方法。

1972 年，两厂有关科技人员着手对此工艺进行研究。在发动机一轮生产时，两厂用喷丸强化方法提高涡轮轴、静子环、涡轮盘、榫槽、拉杆及叶片的表面强度。1975 年，两厂又会同航空材料所共同探索液体喷玻璃丸工艺，进行大量工艺试验。其间两厂曾各自试制了适合本厂产品所需要的喷丸机。翌年11月，国防工办在上海召开喷丸强化技术交流推广会，全国196个单位的代表与会。会议确定该发动机的液体喷丸强化工艺为推广项目。1977年获上海市电机工业公司系统先进科技成果项目奖。1978年又获上海市708工程科学技术攻关成果奖及全国科学大会奖。

6.料浆法渗铝及渗铝硅

涡扇8发动机的一级涡轮叶片及一级涡轮导向叶片，均在高温、高应力的恶劣环境中工作，故采用镍基高温合金作为叶片材料。但镍基合金中的铝、钛含量较高，铬含量较低，不利于耐腐蚀。为此在该材料表面作防护处理，进行渗铝或渗铝硅，从而提高叶片使用寿命，确保发动机安全运行。

航空机械厂在中科院沈阳金属研究所（以下简称沈阳金属所）、上海硅酸盐研究所、航空材料所的配合下，对料浆法渗铝工艺及料浆法渗铝硅工艺进行探索研究。1973 年进行工艺试验及小批量试生产。1975年摸索出一整套渗多元金属化学热处理的新工艺。1977～1978年又反复作了多次补充试验，终于完成K17G一级涡轮叶片料浆法渗铝及B1900一级涡轮叶片料浆法渗铝硅的新工艺。后经装机试车1000小时以上，情况良好。当时料浆法渗铝、渗铝硅工艺在国内尚未使用，国际上也仅少数几个国家开始应用。1978年5月，被市航办授予新工艺奖。

7.定向凝固铸造K9合金及K17G合金

在涡扇8发动机研制时，航发厂及航空机械厂在上海交大、航空材料所、上海钢研所等单位的协作下，试验成功K9及K17G高温合金的定向凝固铸造工艺。

1975 年，逐步攻克定向凝固铸造壳模、定向凝固铸造热处理工艺、定向凝固铸造叶片加工工艺等一系列关键技术问题。1979年初，试制出少量定向凝固铸造K9合金及K17G合金的一级涡轮叶片。6月26日～7月30日，这些叶片在航发厂进行400小时台架试车，情况良好。1981年5月，三机部对定向凝固铸造K9 合金及K17G合金工艺组织技术鉴定。1982年1月获三机部科技成果二等奖，7月获上海市重大科技成果三等奖。

8.高速锤锻造TC4钛合金叶片

航空机械厂在研制静子叶片时，针对钛合金锻造温度范围甚为狭窄，且在锻造温度下变形抗力较高，其锻造远较一般不锈钢复杂的难题，经与航空材料所及上海钢研所共同协作，探索研究高速锤锻造工艺。该工艺在国外于50年代初开始发展，国内60年代才着手研究，其打击速度比普通锻锤高2～3倍。特别适用于形状复杂、薄壁、高肋类零件的锻造。同时为钛合金等变形较困难的金属锻造开拓了一条新途径。

1971 年，该厂自制1台6吨米小型高速锤，首先对形状小、叶身较薄、带有扭角的高压转子叶片进行高速锤锻造，取得成功。1973年后，又自制30吨米和100吨米高速锤，对尺寸较大、叶身较宽、带有凸台的钛合金大型风扇叶片进行高速锤锻造，亦获成功。在发动机整个研制过程中，应用高速锤锻造工艺共生产16种 7000多片叶片锻坯，锻坯收得率达85％以上。此外，还将高速锤锻造工艺扩大应用于涡喷13及涡喷7甲发动机钛合金盘的锻造，均获得成功。

1983年7月，航空部和上海市科学技术委员会（以下简称市科委）联合召开涡喷13发动机钛合金盘高速锤锻造工艺鉴定定型会。鉴定小组对高速锤锻造工艺予以充分肯定。9月，航空部通报表彰对涡喷13发动机钛合金盘研制成功的航空机械厂等有功单位。

9.等离子喷镀

航发厂在研制涡扇8发动机中，对火焰筒、隔热屏等一些高温工作零、部件的研制采用等离子喷涂工艺。等离子喷涂是50年代后期才发展起来的新工艺，航空发动机某些高温零部件经等离子喷涂高温耐磨隔热涂层后，能大大提高使用寿命。

为攻克等离子喷涂新工艺，会同上海硅酸盐研究所于1975 年1月成立由11名科技员组成的攻关小组，对30种约400个高温零件分别喷涂氧化铝、碳化铬、碳化钨和镍包铝等4种涂层。是年5月，在热处理车间内辟出 400平方米建立等离子喷涂室，配备整套喷涂设备。7月底，该工艺正式用于生产。零件喷涂后经表面分析测试，涂层结构、气孔率、气孔平均直径、显微硬度、粘结强度等技术指标均符合设计要求。由于该工艺取得显著成效，上海市708工程办公室于1978年5月向该厂颁发了奖状。

10.动平衡

为提高航空发动机的使用寿命，必须进行整机全速平衡。国外对此多采用专用仪器平衡法。航发厂在北京航空学院协助下，用简单方便的三圆平衡法对发动机进行整机全速平衡。

1974 年第一季度，该厂动平衡试验室开始对压气机盘进行静平衡。同年6月，进而对转子盘进行动平衡。至发动机总装完毕上台架后，用三圆平衡法进行整机全速平衡。通过整机全速平衡，发动机的振动由原来的0.20毫米降低至0.03～0.04毫米，平衡效果极佳。1986年获上海市科技进步三等奖。

11.铝矾土混合料制壳工艺

涡扇8 发动机上有大量精密铸造叶片，由K1、K3、K6、K17G、1Cr18Ni9Nb等材料制成。航空机械厂在研制发动机叶片中，于1978年与航空材料所、南方航空动力机械公司共同协作，对新型的铝矾土混合料进行研制与应用。经过2年多探索实践，用先进的铝矾土混合料制壳工艺替代原来的刚玉粉制壳工艺，具有型壳质量好、生产周期短、成本低廉、操作方便等优点。按航空机械厂当时产量计算，应用铝矾土混合料制壳工艺后，每年可节约生产成本10～12万元。该工艺于1981年获三机部科技成果二等奖，1985年获国家科委科技进步三等奖。

12.硅溶胶制壳工艺

航空机械厂在研制发动机涡轮叶片中，在航空材料所的配合下，于1977 年8月应用硅溶胶制壳工艺取代原来的硅酸乙酯制壳工艺。与硅酸乙酯相比，硅溶胶具有变形小、使用方便、不易燃烧、保管安全、存放期长、高温强度大、劳动条件好，以及能节约大量酒精、对设备无腐蚀等优点，经使用效果甚佳。按当时该厂的生产任务计算，每年可节约成本10万元左右。该工艺于1981年获三机部科技成果三等奖。

三、特种检验

为保证涡扇8发动机零件的材质和加工后的质量，航发厂按专用技术条件和说明书的要求，对零件毛坯和零件进行特种检验。其项目有磁粉探伤、X线探伤、超声波探伤、荧光探伤、着色探伤等无损探伤法。

磁粉探伤用于检验发动机本体部分零件共248 个。其中高、低压涡轮轴在精加工完毕后，要求对内圆深孔内壁进行磁粉探伤。在首轮试制时用“窥膛仪”观察内壁，操作人员劳动强度很大。1976年6月，航发厂组织深孔探伤攻关组，在同济大学协助下，研制成电视特殊摄像头，与现成的“海狮9J1型”图象监示器配套，构成高、低压涡轮轴内壁磁粉探伤工业电视显示装置。该装置最小探测孔径60毫米，最大探测深度1600毫米，可在幕面得到比实物放大4～6倍的图象，解决了内壁深孔磁力探伤的难题。与此同时，用X 线探伤检查镁合金铸件6项、铝合金铸件13项、钢精铸件67项，全机检查焊缝质量达149项；用超声波探伤检查零件共67项；用荧光探伤检查轮盘、静子、隔套和涡轮机匣等零件111项；用着色探伤对大型零件局部检查和对不易拆卸组合件进行检验，此法经常与荧光探伤配合使用。

四、关键零组件

1.高压外机匣.

由航发厂负责研制的高压外机匣，是由锻件和板材焊接而成的全钢结构，为发动机主要承力机匣。自1976年投产后，经过机械加工和焊接，至1981年共完成12件。

在机匣组件机械加工中，由于机匣内腔是双层结构且呈“S”形状，“S”腔内清除加工切屑成了关键。在首轮中，曾由于“S”腔切屑清除不尽，造成试车时损坏发动机轴承的故障。为此工厂七车间于1978年组成攻关组，通过改变工艺方法，调换加工设备，采用封堵防护措施以及增加“S”腔冲洗工艺，使这一关键问题顺利解决。

2.高、低压涡轮轴

高、低压涡轮轴是发动机的主要传力零件，其锻件毛坯于1975 年由航发厂与上海异型钢管厂一起攻关，采用挤压成型。高压涡轮轴一轮试制在四川德阳第二重型机器厂，1975年1月完成零件1件、样件（代料）1件。低压涡轮轴一轮试制在杭州齿轮箱厂，1974年12月完成零件1件、样件（代料）1件。从第二轮开始，高、低压涡轮轴均在航发厂研制。

高、低压涡轮轴研制的关键是复杂的内孔加工，航发厂采用液压仿型工艺，保证了加工精度。高压涡轮轴自1973年投产后，至1980年共完成20件；低压涡轮轴自1973年投产后，至1980年共完成15件。

3.放气机构

航发厂研制的放气机构由91个零件和17个组件组成，是发动机的重要附件。它装于高压压气机机匣上，用以改善发动机起动后的加速性，防止压气机在低转速时进入喘振区。1974年9月12日完成首轮1台。其后于1976年完成4台，1979年完成7台。

4.发动机叶片

1970年12月，市工交组确定航空机械厂为涡扇8发动机全部叶片加工任务的归口厂和发动机精铸件生产定点单位，规划年产50台发动机叶片17.26万片，所需全部精密铸件的铸坯78种1.25万件。

1972年7月12日，上海市电机工业公司召开有12个工厂参加的首轮1台套叶片研制会战会议，明确由上海人民电机厂、上海跃进电机厂、上海汽车电机厂等7家厂承担13种叶片，上海汽轮机厂承担4种叶片的加工任务，其余24种叶片由航空机械厂研制完成。

航空机械厂接受叶片加工任务后，重点抓了设备制造和生产线建设，共完成1300 套工艺装备图纸资料，设计刀具100多套，编制工艺规程30套、技术文件30份，自制工装835套、样板1079块，自制200吨滚轧机、6吨米和100 吨米高速锤、中频感应炉、腊模制造设备等120多台。攻关突破新工艺30多项，先后攻下精铸叶片5种、高速锤锻造叶片13种。同时对一、二级风扇毛坯试锻成功，初步形成一条从毛坯到机械加工的叶片生产线。经过3年努力，于1974年6月完成首轮2台套半叶片成品24种9399片的生产。继而又于1976年 9月完成第二轮4～6台套，什叶片成品24种12092片的任务。第三轮发动机叶片研制分两批进行。除原24种叶片继续生产外，又增加原由上海汽轮机厂、上海直流电机厂生产的3种叶片。1979年底完成第三轮叶片成品7～9台套27种15597片。至1982年底共生产1～4轮发动机叶片27种37488 片（其中四轮400片），完成了研制阶段12台发动机所需的27种叶片的研制任务，并向扩散厂提供高速锤成型的10种叶片毛坯共17224片，生产了部分涡扇8发动机精铸件铸坯。

五、总装

航发厂根据涡扇8 发动机的特点，总装分高压和低压“小高炉”、低压涡轮转子、外部管路附件装配4大部分。涡扇8发动机主支承点多达7处，而在联轴节处又没有偏心自位的补偿装置。为确保总装质量，保证转子同心度，采取以2号轴承为基准来保证整机支承同心度。其方法是将各机匣组装起来，用光学准直望远镜分别检查1号、4号、6 号轴承座的内径对2号轴承座内径的偏差，测量精度较高，取得较为理想的效果。

涡扇8发动机采用双列推力轴承，为保证负荷分配均匀，装配过程中规定必须测量和调整齐平度。测量方法是根据游星式减速器原理，用旋转角差法检查轴承接触角，保持在22～25°接触角公差范围内，以保证双列轴承的双列在不同载荷下变形的一致性，从而延长轴承使用寿命。

首台发动机的总装从1975 年6月19日开始，经过10天10夜奋战，于6月29日完成总装上台架试车。同年7月30日完成起动点火、慢车至压力比1.37的第一阶段试车任务。然后下台架分解检查、装配，并于同年9月29日第二次上台架试车。因后振超过规定值，发动机下台架局部分解排故。又于同年10月29日第三次上台架试车，完成了要求的试车任务。

第二轮共总装配4 台发动机，按成熟的装配工艺、工装，较顺利地完成总装任务。首台发动机作为首次长期试车用的发动机；第二台通过1000小时长期试车；第三台串装于飞机作工厂验证性试飞用；第四台通过150小时适航性试车。第三轮共7台发动机，装配试车3台，作为设计定型批用的发动机。这些发动机均经过工厂试车后，分解检查，再装配供检验试车用