1、成组技术原理
成组技术是一门综合性的科学技术，以相似理论为指导，以产品零件为对象，通过识别与发掘生产活动中有关事物的相似性[1]，以充分利用它。即把相似的问题归类成组，寻求解决这一类问题的相对统一的最优方案，以消除多品种生产过程中的大量重复性作业，获得期望的收益。成组技术可用于提高多品种，小批量生产方式的效率[2][3] 。
2、航空发动机及相关试验件装配工艺设计现状
航空发动机产品研制批量通常较小，偶尔按单台进行生产，伴随着的往往是型号种类繁多。因此，工艺人员针对航空发动机研制过程中整机及试验件产品的产前工艺设计工作尤显复杂。产前工艺设计指工艺人员针对某一种零部件编制与其相对应的工艺规程，以指导生产现场针对该零部件的实际生产流程。面对航空发动机整机及试验件种类多、结构复杂且测试、试验需反复进行的情况，工艺人员产前工艺设计消耗时间较长[4][5]，故需开展相关研究，以优化工艺设计效率。
3、涡轮性能试验件装配工艺成组化设计相关分析
航空发动机有压气机、涡轮、燃烧室三大核心部件。其中，涡轮部件工作在高温高压环境下，工况恶劣，研制难度大。为满足性能要求，同一型号通常有多套涡轮性能试验件，并且会重复多次开展试装、试验，产前工艺设计任务也因此十分繁重。
根据涡轮级数不同，涡轮性能试验件可分为单级涡轮性能试验件及多级涡轮性能试验件，因存在转子组件，其装配精度要求高，装配测量点位多，设计装配工艺所需时间较长。为缩短试验件试制周期，加快航空发动机研制进程，亟需开展装配工艺设计相关研究，提升工艺设计速度。考虑到成组技术应用范围广，可用于提高多种类，小批量生产方式效率的特点，本文尝试开展成组技术在涡轮性能试验件装配工艺设计中的应用研究。
应用成组技术，首先要分析找出各种涡轮性能试验件的相似之处。通过分析大量新设计及已装配的涡轮性能试验件，同时考虑装配性，可将涡轮性能试验件划分为三个组成部分：1、进气段（试验件前段），2、试验段（涡轮叶片盘及静子机匣组合段），3、排气段（试验件后段），具体划分见图3-1。
图3-1 试验件结构分组
如图3-1所示，进气段主要由试验件前端呈收缩状的机匣及中间连接机匣组成，排气段主要由试验件后端呈扩张状的机匣、轴承座及支撑在轴承座上的涡轮轴组成，在设计装配工艺时，可将进气段与排气段分别看作独立的装配组件单元。试验段中包含各级涡轮盘及涡轮静叶机匣，考虑到涡轮盘与静叶机匣相互间不接触，无法独立装配固定，因此将试验段的装配放在试验件总装时进行。
深入观察试验段及其相邻部分结构，发现根据涡轮盘连接形式及涡轮轴支撑形式不同，可将涡轮性能试验件成组划分成：1、悬臂支撑，螺栓连接；2、简支支撑，端齿连接的两组试验件，具体如图3-2所示。由于试验段装配在总装时进行，故这两组试验件装配工艺主要区别体现在总装工序中。
图3-2 涡轮盘在轴上的支撑形式
根据上述结构分组，对涡轮性能试验件装配工序整理如下：1、装配前准备；2、转子组件动平衡；3、机匣同心检查；4、进气段及排气段的装配；5、试验件总装（1、悬臂支撑，螺栓连接；2、简支支撑，端齿连接）。接下来将分别对这五个工序进行详细介绍。
装配前准备包含领料、零组件清洗检查及配合性质计算。零组件清洗检查属于各类试验件的通用工序，工艺设计时引用制定好的零组件清洗检查标准文件即可；试验件的配合性质计算，可大致分为：转子与转子零件间配合计算、静子与静子零件间配合计算、转子与静子间间隙测量（例：篦齿间隙与叶尖间隙计算），工艺设计时仅需在工艺文件中插入相应表格模板并填入内容。
转子组件动平衡工艺步骤如下：将转子组件安装在动平衡设备上→架表，转动转子进行跳动检查→输入动平衡参数并启动动平衡设备→记录初始不平衡量→根据需要在修正面去材料或加平衡螺钉→再次启动动平衡设备，记录剩余不平衡量→在转子组件各零件同一角向位置标记“0”位→分解转子组件。需要注意的是，转子组件动平衡前，需先进行转子组件的装配。在涡轮转子组件中涡轮盘有整体式涡轮盘（叶片与涡轮盘为一个整体）及分体式涡轮盘两种，当装配包含分体式涡轮盘的转子组件时，需先将叶片装到涡轮盘上，再将“叶片－涡轮盘”组件装到涡轮轴上。
机匣同心检查通常是以后轴承座上的轴承安装面为基准对前弹支上的轴承安装面进行跳动检查，其工艺步骤简要如下：将后轴承座吊装到同心检查设备上→调整并检查基准→装入前轴承座及前弹支→检查前弹支处轴承安装面的跳动，具体如图3-3所示。
图3-3 机匣同心检查示意
进行进气段装配时，主要工序是将各进气段机匣装配在一起，然后将各测试堵盖及测试接嘴装到相应机匣上。排气段的装配则复杂些，其工序简要如下：装配排气机匣组件→装配轴承座组件并进行通畅性检查→将轴承座组件装到排气机匣上→进行滑油流量、流向试验→将涡轮轴、后轴承、后弹支等零件装入排气段。
试验件总装时关键工序集中在试验段的装配，过程中需测量记录设计要求的装配尺寸。支撑结构为悬臂支撑，螺栓连接的试验件，其总装步骤如下：吊装排气段到装配车上→装入涡轮盘连接轴→依次装入各级涡轮盘及各级涡轮静叶机匣→装入进气段→安装试验件外部管路及堵盖，检查并装箱试验件；支撑结构为悬臂支撑，螺栓连接的试验件，其总装步骤如下：吊装排气段到装配车上→装入后压紧块→依次装入各级涡轮静叶机匣及各级涡轮盘→装入前压紧块→装入进气段→安装试验件外部管路及堵盖，检查并装箱试验件。
前述内容对涡轮性能试验件进行结构成组划分后的主要装配工序进行了介绍。根据介绍内容，我们发现在将试验件按结构进行成组化后，可尝试将试验件的装配工序进行成组化、模块化，并整理出相应装配工序的典型工艺模板。这样就可在工艺设计时根据实际情况引用相应工艺模板，以减少装配工艺编制时的重复工作，加快装配工艺的设计速度。
4、初步尝试验证
结合实际经验及第三节所述，对涡轮性能试验件的部分装配工序进行成组化、模块化，整理出了转子组件装配、涡轮盘叶片装配、转子组件动平衡、机匣同心检查、排气段装配、试验件总装等装配工序的典型工艺模板。当进行工艺设计时，根据需要在工艺文件适当位置尝试引用相应典型工艺模板（如图4-1所示），并根据实际情况对引用的工艺模板进行调整，以此进行新的涡轮性能试验件的装配工艺设计工作。
图4-1 成组化的典型工艺模板应用
5、结论
根据统计，相比单个试验件单个分析的装配工艺设计方式，应用成组技术分析设计典型工艺模板并在工艺设计时引用相应模板的装配工艺设计方式能有效缩短工艺设计周期，其中单级涡轮性能试验件装配工艺设计周期缩短约18.6%，二级涡轮性能试验件装配工艺设计周期缩短约25.3%，三级及以上级数涡轮性能试验件装配工艺设计周期缩短约30.5%。综上，将成组技术应用到工艺设计中能有效减少工艺设计时的重复性工作，并缩短试验件装配工艺设计周期，为加快航空发动机研制提供助力。
参考文献
[1] 高红,李双美,张凯,等.成组工艺和CAPP在编制工艺规程中的应用[J].机械设计与制造,2006(07):124-125.
[2] 赵科,乔立红.一种多层次成组工艺重用的快速工艺设计方法[J].成组技术与生产现代化,2008(03):24-29.
[3] 祁国宁，顾新建.21世纪成组技术的发展方向初探[ J].成组技术与生产现代化，2005,22(2):1-5.
[4] 白俊峰,张威,王安妮,等.基于成组技术的单件小批量产品工艺设计方法研究[J].科技创新与应用,2022,12(28):127-130.
[5] 孟庆平,许哲,王亚龙,等.成组生产在SAR载荷热控装配中的应用[J].航空精密制造技术,2018,54(02):43-46.
作者简介：罗越（1997. 07-），男，羌族，四川都江堰人，硕士研究生学历，中国航发湖南动力机械研究所，助理工程师，研究方向：航空发动机装配。
