先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵制造技術(shù)

西北工業(yè)大學(xué) 王增強(qiáng)

推重比、功重比的高低是衡量和評(píng)價(jià)航空發(fā)動(dòng)機(jī)先進(jìn)性與否的最重要的技術(shù)指標(biāo)。為了追求發(fā)動(dòng)機(jī)推重比達(dá)到10以上，航空發(fā)動(dòng)機(jī)在大幅度提高發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪前溫度的同時(shí)，還不斷使用新材料、推出新結(jié)構(gòu)以降低航空發(fā)動(dòng)機(jī)零部件重量。這為發(fā)動(dòng)機(jī)制造提出了更高的技術(shù)要求，促進(jìn)了航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造新技術(shù)源源不斷地涌現(xiàn)和發(fā)展。為研制高性能航空發(fā)動(dòng)機(jī)所開發(fā)的一系列關(guān)鍵制造技術(shù)將成為或已經(jīng)成為先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展的方向。本文從關(guān)鍵技術(shù)、熱點(diǎn)技術(shù)和基礎(chǔ)技術(shù)3個(gè)層面介紹航空發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵制造技術(shù)，制造關(guān)鍵技術(shù)是研制先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)必須具有的技術(shù)；制造熱點(diǎn)技術(shù)是提高發(fā)動(dòng)機(jī)制造效率和制造品質(zhì)必須開展研究的技術(shù)；制造基礎(chǔ)技術(shù)是發(fā)動(dòng)機(jī)研制和批量生產(chǎn)應(yīng)逐步積累和發(fā)展的技術(shù)，代表發(fā)動(dòng)機(jī)制造技術(shù)水平和生產(chǎn)能力的軟實(shí)力。

航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造關(guān)鍵技術(shù)

1 單晶渦輪葉片制造技術(shù)

現(xiàn)代航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪前溫度大大提升，F(xiàn)119發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪前溫度高達(dá)1900～2050K，傳統(tǒng)工藝鑄造的渦輪葉片根本無法承受如此高的溫度，甚至?xí)蝗刍?，無法有效地工作。單晶渦輪葉片成功解決了推重比10一級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片耐高溫的問題，單晶渦輪葉片優(yōu)異的耐高溫性能主要取決于整個(gè)葉片只有一個(gè)晶體，從而消除了等軸晶和定向結(jié)晶葉片多晶體結(jié)構(gòu)造成晶界間在高溫性能方面的缺陷。

單晶渦輪葉片是目前航空發(fā)動(dòng)機(jī)所有零件中制造工序最多、周期最長(zhǎng)、合格率最低、國(guó)外封鎖和壟斷最為嚴(yán)格的發(fā)動(dòng)機(jī)零件。制造單晶渦輪葉片的工序包括壓芯、修芯、型芯燒結(jié)、型芯檢驗(yàn)、型芯與外型模具的匹配、蠟?zāi)鹤?、蠟?zāi)光檢驗(yàn)、蠟?zāi)１诤駲z測(cè)、蠟?zāi)Ｐ拚?、蠟?zāi)＝M合、引晶系統(tǒng)系統(tǒng)及澆冒口組合、涂料撤砂、殼型干燥、殼型脫蠟、殼型焙燒、葉片澆注、單晶凝固、清殼吹砂、初檢、熒光檢查、脫芯、打磨、弦寬測(cè)量、葉片X光檢查、X光底片檢查、型面檢查、精修葉片、葉片壁厚檢測(cè)、終檢等制造環(huán)節(jié)。除此之外，還必須完成渦輪葉片精鑄模具設(shè)計(jì)和制造工作。

單晶渦輪葉片，目前世界上只有美國(guó)、俄羅斯、英國(guó)、法國(guó)、中國(guó)等少數(shù)幾個(gè)國(guó)家能夠制造。近年來，國(guó)內(nèi)在單晶渦輪葉片制造中也取得了較大的進(jìn)步，研制了推重比10一級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)單晶渦輪葉片并批量生產(chǎn)了高功重比渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)單晶渦輪葉片。

2 整體葉盤高效高精度低成本加工技術(shù)

整體葉盤技術(shù)的應(yīng)用推動(dòng)了航空發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的創(chuàng)新和制造工藝的跨越，實(shí)現(xiàn)了發(fā)動(dòng)機(jī)減重和增效的目的，提高了發(fā)動(dòng)機(jī)工作的可靠性。同時(shí)，葉片的薄厚度、大彎扭高效率氣動(dòng)設(shè)計(jì)，形成了葉片剛性差，加工易變形難控制的問題；葉片間窄而深的氣流通道，使葉盤加工工藝實(shí)現(xiàn)性差；鈦合金、高溫合金等高強(qiáng)材料，難切削加工，效率低。美英20世紀(jì)80年代的新型發(fā)動(dòng)機(jī)開始應(yīng)用整體葉盤技術(shù)，我國(guó)整體葉盤技術(shù)起步于1996年前后。

整體葉盤技術(shù)的應(yīng)用推動(dòng)了發(fā)動(dòng)機(jī)零件結(jié)構(gòu)整體化技術(shù)的發(fā)展，帶鼓筒葉盤、帶軸葉盤、盤片鼓筒軸組合葉盤、帶箍閉式葉盤、整流器靜子環(huán)葉盤和兩級(jí)或多級(jí)葉盤組合的串列式整體葉盤結(jié)構(gòu)在新型航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制中陸續(xù)得到應(yīng)用；整體葉盤的功能結(jié)構(gòu)在軸流葉盤、離心葉輪的基礎(chǔ)上，發(fā)展了大小葉片結(jié)構(gòu)葉盤、斜流轉(zhuǎn)子葉盤。

自整體葉盤在高性能航空發(fā)動(dòng)機(jī)上應(yīng)用以來，整體葉盤制造技術(shù)一直在發(fā)展和提升，目前整體葉盤加工的工藝方法主要有以下5種：失蠟精密鑄造整體葉盤、電子束焊接整體葉盤、電化學(xué)加工整體葉盤、線性摩擦焊整體葉盤和五坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床加工整體葉盤等工藝方法。

五坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床加工整體葉盤工藝方法是國(guó)內(nèi)航空發(fā)動(dòng)機(jī)整體葉盤制造中技術(shù)研究開展的最早、工程應(yīng)用面最寬、技術(shù)成熟度較高的葉盤制造工藝方法。其中，插銑開槽加工工藝、對(duì)稱螺旋銑削葉型精銑加工工藝、葉片前后緣加工誤差補(bǔ)償技術(shù)和整體葉盤葉型自適應(yīng)加工工藝技術(shù)是該技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用的關(guān)鍵[1]。國(guó)外T700發(fā)動(dòng)機(jī)、BR715發(fā)動(dòng)機(jī)增壓級(jí)、EJ200發(fā)動(dòng)機(jī)的整體葉盤使用此加工方法加工制造，我國(guó)CJ1000A、WS500等航空發(fā)動(dòng)機(jī)整體葉盤也是采用五坐標(biāo)數(shù)控加工技術(shù)制造。圖1為我國(guó)制造的商用航空發(fā)動(dòng)機(jī)高壓壓氣機(jī)第一級(jí)整體葉盤。

3 空心葉片制造技術(shù)

渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的風(fēng)扇遠(yuǎn)離燃燒室，熱負(fù)荷低，但先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)其氣動(dòng)效能的要求和防外物打傷的能力在不斷提升。高性能航空發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇均采用寬弦、無凸肩、空心風(fēng)扇葉片。

羅·羅公司研制的三角形桁架結(jié)構(gòu)的空心風(fēng)扇葉片是對(duì)原蜂窩夾芯葉片的改進(jìn)，羅·羅公司稱其為第二代空心風(fēng)扇葉片，其工藝是采用超塑成形/ 擴(kuò)散連接（SPF/DB）組合工藝方法，將3 層鈦合金板制成寬弦空心風(fēng)扇葉片，葉片空心部位呈三角形桁架結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)葉片已經(jīng)在波音777 和A330飛機(jī)的“遄達(dá)”發(fā)動(dòng)機(jī)上使用。我國(guó)三角形桁架結(jié)構(gòu)的空心風(fēng)扇葉片制造技術(shù)也取得突破（圖2為空心風(fēng)扇葉片及內(nèi)部三角形結(jié)構(gòu)），但要滿足工程化應(yīng)用還需開展大量的強(qiáng)度、振動(dòng)、疲勞試驗(yàn)和工藝優(yōu)化研究工作。

空心葉片的制造工藝流程為：首先需準(zhǔn)備3塊鈦合金板并按上、中、下3層放置，中間一層為芯板，上下層分別為葉盆和葉背層板，然后按照除油酸洗3塊鈦合金板、中間層噴涂止焊劑、鈦板焊接、入模加溫、氬氣凈化、擴(kuò)散連接、超塑成型、隨爐冷卻、表面化洗、葉根及進(jìn)排氣邊加工、葉片檢驗(yàn)等工序[2]超塑成形/ 擴(kuò)散連接（SPF/DB）成風(fēng)扇空心葉片。

圖1 商用航空發(fā)動(dòng)機(jī)高壓壓氣機(jī)第一級(jí)整體葉盤

圖2 空心風(fēng)扇葉片及內(nèi)部三角形結(jié)構(gòu)

4 高端軸承制造技術(shù)

軸承是航空發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵零部件之一，軸承在以每分鐘上萬轉(zhuǎn)高速長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)的同時(shí)，還要承受發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的巨大離心力和各種形式的擠壓應(yīng)力、摩擦與超高溫作用。軸承的質(zhì)量和性能直接影響到發(fā)動(dòng)機(jī)性能、壽命、可靠性和飛行安全。高端軸承的研制和生產(chǎn)與接觸力學(xué)、潤(rùn)滑理論、摩擦學(xué)等學(xué)科交叉及疲勞與破壞、熱處理與材料組織等基礎(chǔ)研究密切相關(guān)，同時(shí)還必須解決設(shè)計(jì)、材料、制造、制造裝備、檢測(cè)與試驗(yàn)、油脂及潤(rùn)滑等環(huán)節(jié)大量的技術(shù)難題。

目前，高端軸承的研發(fā)、制造與銷售基本上被鐵姆肯、NSK、SKF，F(xiàn)AG等西方國(guó)家的軸承制造企業(yè)壟斷。我國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造技術(shù)落后，國(guó)內(nèi)軸承制造企業(yè)的生產(chǎn)能力和研制水平，在短期根本無法提供適合先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)使用的高端軸承。軸承已成為我國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)中難以翻越的“珠穆朗瑪峰”，極大制約了我國(guó)高性能航空發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展。

5 粉末渦輪盤制造技術(shù)

航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪盤承受著高溫和高應(yīng)力的疊加作用，工作條件苛刻，制備工藝復(fù)雜，技術(shù)難度大，成為我國(guó)發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展的難點(diǎn)之一?；诜勰└邷睾辖鹁哂袃?yōu)異的綜合力學(xué)性能和良好的冷熱工藝性能等優(yōu)點(diǎn)，國(guó)外高性能航空發(fā)動(dòng)機(jī)上廣泛使用粉末渦輪盤。粉末渦輪盤的制造包括材料研制、母合金熔煉、粉末制備與處理、熱等靜壓、等溫鍛造、熱處理，以及高精度檢測(cè)與評(píng)價(jià)等一系列關(guān)鍵制造技術(shù)，它承載著先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造不可或缺的關(guān)鍵制造技術(shù)。國(guó)外粉末渦輪盤研究的趨勢(shì)為在渦輪盤使用性能上從高強(qiáng)型渦輪盤向耐損傷型渦輪盤發(fā)展、制粉工藝向超純凈細(xì)粉方向發(fā)展，成型工藝在采用熱等靜壓成型工藝的同時(shí)，還發(fā)展擠壓成型工藝、等溫鍛成型工藝。國(guó)內(nèi)，北京航空材料研究院已研制了多種航空發(fā)動(dòng)機(jī)粉末渦輪盤，解決了先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)粉末渦輪盤的關(guān)鍵制造技術(shù)難題，但粉末渦輪盤工程化制造問題還未徹底解決。

6 復(fù)合材料制造技術(shù)

復(fù)合材料技術(shù)已在高性能航空發(fā)動(dòng)機(jī)上取得廣泛的應(yīng)用，為研制LEAP發(fā)動(dòng)機(jī)的需要，斯耐克瑪公司采用三維編制樹脂轉(zhuǎn)移模塑（RTM）工藝技術(shù)，加工制造了復(fù)合材料風(fēng)扇機(jī)匣和復(fù)合材料風(fēng)扇葉片（圖3），RTM技術(shù)制造的LEAP發(fā)動(dòng)機(jī)零件，不但強(qiáng)度高，而且質(zhì)量只有相同結(jié)構(gòu)鈦合金部件質(zhì)量的一半。在研制F119發(fā)動(dòng)機(jī)過程中，普惠公司研制連續(xù)SiC 纖維增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料寬弦風(fēng)扇葉片。該類復(fù)合材料葉片具有剛度高、質(zhì)量輕、耐撞擊等性能，被稱為第三代寬弦風(fēng)扇葉片。F119渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)3級(jí)風(fēng)扇轉(zhuǎn)子全部采用此材料制造。國(guó)內(nèi)，復(fù)合材料制造技術(shù)也在航空發(fā)動(dòng)機(jī)零部件制造中應(yīng)用，熔體自生型TiB2顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料風(fēng)扇葉片取得了較大的進(jìn)展，但TiB2顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料風(fēng)扇葉片高效加工、加工表面強(qiáng)化、抗疲勞性能和防外物打傷技術(shù)等是實(shí)現(xiàn)該材料風(fēng)扇葉片工程應(yīng)用研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

圖3 LEAP發(fā)動(dòng)機(jī)復(fù)合材料機(jī)匣和復(fù)合材料葉片

航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造熱點(diǎn)技術(shù)

1 再結(jié)晶抑制技術(shù)

單晶高溫合金的優(yōu)異性能主要來源于單晶葉片消除了晶界，而再結(jié)晶的出現(xiàn)會(huì)顯著降低原單晶合金的耐高溫性能。單晶葉片鑄造成型后還必須進(jìn)行氣膜孔加工、榫齒磨削、緣板側(cè)面銑削、葉尖鑄造工藝孔焊接、熱處理、裝配等后續(xù)加工工作，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，葉片在高速旋轉(zhuǎn)中承受著熱冷氣流沖擊和高溫、巨大載荷、劇烈震動(dòng)等情況，均有可能產(chǎn)生再結(jié)晶，并已發(fā)生了多起渦輪葉片失效故障。因此，近年來國(guó)內(nèi)外研究采用預(yù)回復(fù)熱處理、滲碳、涂層以及去除表面變形層等與此相關(guān)的抑制再結(jié)晶方法和加入界強(qiáng)化元素對(duì)再結(jié)晶的修復(fù)工作。

2 3D打印技術(shù)

3D打印也稱增材制造，集成了CAD、CAM、粉末冶金、激光加工等多項(xiàng)技術(shù)。利用3D 打印技術(shù)，我們可以把“大腦”的思維變成三維實(shí)體，把電腦上的零件圖像打印成“真實(shí)”零件。3D打印技術(shù)使制造技術(shù)和加工理念發(fā)生了“革命性”的變化。澳大利亞莫納什大學(xué)，成功制造出世界上首個(gè)3D打印噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)。同時(shí)，還與波音公司、空客集團(tuán)和賽峰集團(tuán)合作，為波音等提供3D打印的發(fā)動(dòng)機(jī)原型機(jī)，用于飛行測(cè)試。采用3D打印技術(shù)，發(fā)動(dòng)機(jī)零部件的制造時(shí)間可以從3個(gè)月縮短至6天。

國(guó)內(nèi)利用3D打印技術(shù)，對(duì)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)高壓壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子葉片葉尖磨損件進(jìn)行了修復(fù)和再使用。利用3D打印技術(shù)制造了發(fā)動(dòng)機(jī)上非承力件、靜子件零件，但零件使用的力學(xué)性能正在積極地評(píng)估，同時(shí)，使用3D打印技術(shù)制造發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子零件、承力件等也開展了廣泛的研究工作。

3 葉片進(jìn)排氣邊（前后緣）加工技術(shù)

航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片進(jìn)排氣邊的加工質(zhì)量是影響航空發(fā)動(dòng)機(jī)氣動(dòng)性能的關(guān)鍵因素之一。進(jìn)排氣邊也是葉片缺陷易發(fā)部位和鈦合金缺陷敏感區(qū)，大量的發(fā)動(dòng)機(jī)失效事件都是葉片進(jìn)排氣邊加工缺陷造成的。由于葉片進(jìn)排氣邊是葉片最薄的部位，又是葉片的邊沿部位，其剛性差、加工變形量大，加工的葉片進(jìn)排氣邊常常出現(xiàn)方頭、尖頭等。發(fā)動(dòng)機(jī)葉片批量生產(chǎn)中，高效高質(zhì)量葉片進(jìn)排氣邊加工的關(guān)鍵工藝問題仍未徹底解決。

4 自適應(yīng)加工技術(shù)

自適應(yīng)加工技術(shù)分為3種形式，即刀位軌跡的自適應(yīng)規(guī)劃、數(shù)控系統(tǒng)的自適應(yīng)控制和與數(shù)字化檢測(cè)相結(jié)合的自適應(yīng)加工[3]。國(guó)內(nèi)自適應(yīng)加工技術(shù)在航空發(fā)動(dòng)機(jī)精鍛/ 輥軋葉片加工、損傷葉片修復(fù)和線性摩擦焊接整體葉盤加工中等到成功應(yīng)用，雖然自適應(yīng)加工技術(shù)在理論和實(shí)踐上都取得了突破和發(fā)展，但是自適應(yīng)加工技術(shù)的工程化應(yīng)用仍是航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造研究的熱點(diǎn)技術(shù)。

5 抗疲勞制造技術(shù)

零件材料疲勞和表面加工缺陷已成航空發(fā)動(dòng)機(jī)零件失效的主要根源，且失效故障成增速發(fā)展之勢(shì)，所以“抗疲勞制造”成為航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造的熱點(diǎn)技術(shù)。抗疲勞制造技術(shù)是指在不改變零部件材料和截面尺寸的前提下，通過在零件制造過程中改變材料的組織及應(yīng)力分布狀態(tài)來提高零部件疲勞壽命的制造工藝。疲勞壽命主要受熱處理、環(huán)境腐蝕、表面質(zhì)量、應(yīng)力集中、表層應(yīng)力等因素影響?？蛊谥圃斓闹饕椒ㄊ菧p少應(yīng)力集中和提高零件表面強(qiáng)度。減少應(yīng)力集中就是保證加工表面的完整性，提高零件表面強(qiáng)度最好的方法就是噴丸。航空發(fā)動(dòng)機(jī)抗疲勞制造中，在傳統(tǒng)噴丸工藝中，研制了多種新的噴丸介質(zhì)，同時(shí)激光噴丸、超聲波噴丸和高壓水噴丸新工藝也取得了廣泛的應(yīng)用。

6 防鳥撞技術(shù)

鳥撞事件頻發(fā)，由此造成危害巨大成為航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制不可避開的問題，國(guó)內(nèi)外均開展了廣泛的研究。2015年7月美國(guó)FAA發(fā)布了《運(yùn)輸類飛機(jī)鳥撞要求》的通告，此要求的發(fā)布不僅對(duì)未來航空發(fā)動(dòng)機(jī)的防鳥撞、防外物打傷提出了具體的要求和規(guī)定，同時(shí)又為發(fā)動(dòng)機(jī)新材料新結(jié)構(gòu)制造技術(shù)的開展指明了又一新的研究方向。

航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造基礎(chǔ)技術(shù)

1 精密制坯技術(shù)

精密制坯技術(shù)包括精密鍛造制坯、精密鑄造制坯和3D打印技術(shù)制坯，它是為現(xiàn)代航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造提供“糧食”的技術(shù)。傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)零件制造的毛坯“黑大粗”，毛坯中的大多數(shù)材料在后續(xù)加工中被去除和消耗。近30年來在航空發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇壓氣機(jī)的葉片、葉盤、機(jī)匣制坯中發(fā)展了葉片精鍛生產(chǎn)線、葉盤零件毛坯制造的等溫鍛制造工藝和機(jī)匣毛坯模鍛制造工藝；在渦輪葉片、整體渦輪盤、整體渦輪導(dǎo)向器制坯中采用失蠟精密鑄造方法；附件機(jī)匣及復(fù)雜殼體制坯中的整體精密鑄造制坯技術(shù)。

隨著3D打印技術(shù)不斷發(fā)展和成熟，越來越多的航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制中結(jié)構(gòu)復(fù)雜、數(shù)量少、供貨急的復(fù)雜航空發(fā)動(dòng)結(jié)構(gòu)件采用3D打印技術(shù)制造加工毛坯，圖4為3D打印的整體葉盤毛坯試驗(yàn)件。

2 高效高質(zhì)量焊接技術(shù)

圖4 3D打印的整體葉盤毛坯試驗(yàn)件

構(gòu)件整體化是新型航空發(fā)動(dòng)機(jī)零件結(jié)構(gòu)發(fā)展變化的趨勢(shì)，高效焊接技術(shù)是實(shí)現(xiàn)構(gòu)件整體化的最有效方法之一。擴(kuò)散連接焊、線性摩擦焊、電子束焊等焊接工藝是實(shí)現(xiàn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件整體化制造的3大關(guān)鍵技術(shù)。

擴(kuò)散連接焊也稱作SPF/DB技術(shù)，該技術(shù)是成型與焊接的組合工藝技術(shù)，即在超塑性成型過程中進(jìn)行擴(kuò)散焊接，在擴(kuò)散焊接中實(shí)現(xiàn)超塑性成型。寬弦空心風(fēng)扇葉片就是采用SPF/DB技術(shù)制造的，隨著寬弦空心風(fēng)扇葉片技術(shù)的發(fā)展，使寬弦空心風(fēng)扇葉片成型的工藝難度和成型時(shí)間大幅度增加，空心風(fēng)扇葉片的合格率、力學(xué)性能、成型效率和成本也顯著提高，并且合格寬弦空心風(fēng)扇葉片的判定準(zhǔn)則也在不斷發(fā)展。

線性摩擦焊是在慣性摩擦焊技術(shù)上發(fā)展起來的。它利用兩個(gè)接觸工件間的相互運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生熱量，接觸面附近區(qū)域發(fā)生塑性變形，當(dāng)摩擦加熱區(qū)的溫度達(dá)到一定要求時(shí)停止振動(dòng)和相對(duì)摩擦運(yùn)動(dòng)，兩工件就固態(tài)連接在一起。線性摩擦焊技術(shù)將空心葉片與輪盤焊接在一起，這就制成了航空發(fā)動(dòng)機(jī)空心葉片整體葉盤。

電子束焊是利用高功率密度電子束的能量實(shí)現(xiàn)各種材料零件的焊接，焊接過程采用計(jì)算機(jī)控制，保證了焊接厚度和焊接精度的可控范圍[4]。電子束焊將航空發(fā)動(dòng)機(jī)兩級(jí)或多級(jí)整體葉盤組合焊接成串列式整體葉盤，不僅替代螺栓連接減輕了構(gòu)件重量，還提高轉(zhuǎn)子組件的剛性與強(qiáng)度。羅·羅公司使用電子束焊實(shí)現(xiàn)了中壓壓氣機(jī)、高壓壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子組件焊接；普惠公司使用電子束焊實(shí)現(xiàn)了PW400 的增壓級(jí)鼓筒、高壓壓氣機(jī)2～8 級(jí)轉(zhuǎn)子組件、9～11 級(jí)轉(zhuǎn)子組件的焊接、低壓渦輪2 級(jí)、4 級(jí)渦輪盤與篦齒環(huán)的焊接。國(guó)內(nèi)，在先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造中，使用電子束焊實(shí)現(xiàn)了高壓壓氣機(jī)5～7級(jí)高溫合金葉盤組件的焊接。

3 刀具、機(jī)床、構(gòu)件一體化技術(shù)

航空發(fā)動(dòng)機(jī)上幾乎所有的零件都需要機(jī)械加工，機(jī)械加工離不了刀具和機(jī)床?，F(xiàn)代航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造技術(shù)，使刀具技術(shù)和機(jī)床功能等得到了高速發(fā)展。近年來，為實(shí)現(xiàn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)零件的高效低成本制造，國(guó)內(nèi)外開展將工件、刀具和機(jī)床作為一個(gè)整體系統(tǒng)從運(yùn)動(dòng)學(xué)、振動(dòng)學(xué)和力學(xué)的角度開展制造技術(shù)研究，即刀具-機(jī)床-構(gòu)件一體化綜合制造技術(shù)，取得了較大進(jìn)步。

刀具作為切削加工的最直接、最主要的工具，在切削航空發(fā)動(dòng)機(jī)鈦合金、高溫合金和不銹鋼等加工材料中發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。但傳統(tǒng)的刀具已不能滿足現(xiàn)代航空發(fā)動(dòng)機(jī)高效加工的要求，刀具向著“高精度、高效率、高可靠性和專用化”等方向發(fā)展并不斷提升。同時(shí)，復(fù)合材料加工專用刀具、安裝有刀具壽命預(yù)測(cè)的智能刀具也開始得到應(yīng)用。

數(shù)控機(jī)床研制起源于解決航空零件的加工問題，航空發(fā)動(dòng)機(jī)上幾乎所有的零部件都是通過數(shù)控機(jī)床制造的。高精、高速、復(fù)合、智能和環(huán)保是未來機(jī)床發(fā)展的必然方向。

4 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫的開發(fā)和應(yīng)用技術(shù)

國(guó)外航空發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)、試驗(yàn)和制造大量采用仿真技術(shù)進(jìn)行模擬相關(guān)零件、構(gòu)件或發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)的特性，模擬鍛件的變形、鑄件的凝固、焊接件的連接、零件加工中材料的切削過程等。為了研制高性能航空發(fā)動(dòng)機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)科研院所、高等院校從國(guó)外引進(jìn)了大量的仿真軟件，但與之相配套的工藝數(shù)據(jù)庫不對(duì)我國(guó)銷售，個(gè)別的數(shù)據(jù)庫即使銷售但售價(jià)很高，有的售價(jià)超過了仿真軟件價(jià)格的數(shù)倍。

我國(guó)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)、制造基本靠經(jīng)驗(yàn)。由于發(fā)動(dòng)機(jī)制造人才短缺，研制的航空發(fā)動(dòng)機(jī)性能無法與美英的發(fā)動(dòng)機(jī)相比，制造的價(jià)額居高不下。所以開發(fā)與發(fā)動(dòng)機(jī)制造息息相關(guān)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)常用和特用材料切削、焊接、鑄造、鍛造工藝數(shù)據(jù)庫，特別在切削加工中，推動(dòng)刀具制造技術(shù)研究與材料切削技術(shù)研究相結(jié)合、通用刀具研制與特種刀具研制相結(jié)合等制造基礎(chǔ)技術(shù)研究勢(shì)在必行。

5 航標(biāo)、國(guó)標(biāo)、國(guó)軍標(biāo)工程化應(yīng)用技術(shù)

近年來，在配合新機(jī)研制中，雖然廣大航空制造專家、材料專家研制并開發(fā)了大量的航標(biāo)、國(guó)標(biāo)、國(guó)軍標(biāo)，為新型航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制做出了重要貢獻(xiàn)，但是由于受當(dāng)時(shí)的條件所限，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)相互不夠協(xié)調(diào)，有的在工程應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)了不夠完善的問題。比如相同牌號(hào)材料（屬仿制材料）按照目前標(biāo)準(zhǔn)鍛造的零件毛坯加工變形大、制造效率低，而按美標(biāo)鍛造的零件毛坯在后續(xù)加工中幾乎不出現(xiàn)加工變形問題；某些不銹鋼熱處理的硬度指標(biāo)范圍很寬甚至超過了機(jī)械切削的上限。而且，這些并非個(gè)別現(xiàn)象。所以，必須盡快開展與航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造密切相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)工程化研究。

6 加工廢料回收和再利用技術(shù)

高性能航空發(fā)動(dòng)機(jī)需要使用高強(qiáng)度、耐高溫材料，靠近燃燒室的壓氣機(jī)和渦輪部件大量使用鎳基和鈷基超耐熱合金，風(fēng)扇和壓氣機(jī)葉片、機(jī)匣、盤大量采用鈦合金、高溫合金材料。這些材料均為貴金屬，一方面這些金屬的本身價(jià)值很貴；另一方面國(guó)家儲(chǔ)備和礦藏有限。隨著時(shí)間的推移，航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造中鈦合金、超耐熱合金需求和存量的尖銳矛盾將越來越凸顯出來。

發(fā)動(dòng)機(jī)零部件制造過程中，鑄件的澆冒口、鍛件毛坯的“肥頭大耳”、葉盤及整體構(gòu)件加工切除掉幾乎60%～90%的切屑等等，其回收率很低，再用率更低，造成的浪費(fèi)極其嚴(yán)重。國(guó)外從國(guó)家層面進(jìn)行了加工去除料的回收和再使用，而國(guó)內(nèi)這些去除料大多被送到廢品回收站。據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析，航空發(fā)動(dòng)機(jī)零部件成本的50%來自于其材料本身。

如何系統(tǒng)回收。如何剔除回收料中的H、O及其他雜質(zhì)元素是解決回收料再利用的難點(diǎn)技術(shù)和熱點(diǎn)問題。

結(jié)論

近年來，為適應(yīng)國(guó)家安全和國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，各種型號(hào)的預(yù)警機(jī)、殲擊機(jī)、直升機(jī)、大客大運(yùn)等新型飛機(jī)不斷飛上藍(lán)天，但他們絕大多數(shù)依然缺乏一顆強(qiáng)勁的“中國(guó)心”。中國(guó)制造的ARJ21客機(jī)，安裝著美國(guó)的CF34-10A發(fā)動(dòng)機(jī)，中國(guó)制造的C919大型客機(jī)，將配裝美、法研制的LEAP-X1C發(fā)動(dòng)機(jī)，我們必須盡快翻過這一頁。

可以相信，隨著中國(guó)制造2025的全面布局，航空發(fā)動(dòng)機(jī)重大工程的開展，通過航空發(fā)動(dòng)機(jī)人的不懈努力，逐步解決航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造的關(guān)鍵技術(shù)、基礎(chǔ)技術(shù)和熱點(diǎn)技術(shù)，中國(guó)的飛機(jī)安裝上健康強(qiáng)勁的“中國(guó)心”的目標(biāo)即將實(shí)現(xiàn)。

[1] 王增強(qiáng).航空發(fā)動(dòng)機(jī)整體葉盤加工技術(shù).航空制造技術(shù),2013(9)：58-61.

[2] 劉業(yè)勝,曹瑋,郭福水，等.鈦合金空心風(fēng)扇葉片加工誤差對(duì)其性能影響的初步分析 .航空制造技術(shù)，2013(16)：58-64.

[3] 李海寧，趙赟，史耀耀，等.航空發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇/壓氣機(jī)葉片制造關(guān)鍵技術(shù).航空制造技術(shù)，2013(16)：34-37.

[4] 佩恩. 噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)（The JET ENGINE）.英國(guó)：羅爾斯·羅伊斯國(guó)際有限公司(中國(guó))，1992.