特種加工工藝在復(fù)雜整體構(gòu)件加工中的應(yīng)用

林靜

摘 要：經(jīng)濟(jì)的發(fā)展離不開工業(yè)的支持，實(shí)體制造業(yè)是經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)與脊梁。整體構(gòu)件是一種在航空、航天、武器裝備發(fā)動(dòng)機(jī)中應(yīng)用較為廣泛的部件，極大地促進(jìn)了我國(guó)航天、航空事業(yè)的發(fā)展。在整體構(gòu)件的機(jī)械加工過程中傳統(tǒng)的銑削等加工方式已經(jīng)能夠取得較好的加工精度，但是成本相對(duì)較高，本文在分析整體構(gòu)件現(xiàn)今主要所采用的加工技術(shù)的基礎(chǔ)上對(duì)整體構(gòu)件加工的趨勢(shì)進(jìn)行分析闡述。

關(guān)鍵詞：整體構(gòu)件；加工技術(shù)；特種工藝；發(fā)展趨勢(shì)

中圖分類號(hào)：TG66 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

整體構(gòu)件現(xiàn)今多應(yīng)用于航空、航天及軍事裝備的發(fā)動(dòng)機(jī)制造中，由于其體積小、重量輕及可靠性高的特點(diǎn)對(duì)于航空、航天及軍事裝備的發(fā)展有著巨大的推動(dòng)作用。整體構(gòu)件在加工制造過程中面臨著幾何結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜、材料硬度高等的難題，使得整體構(gòu)件的加工成本居高不下，現(xiàn)今所采用的傳統(tǒng)的車削、銑削等的加工技術(shù)盡管能夠取得較高的加工精度，但是加工成本較高。為更好地使整體構(gòu)件能夠應(yīng)用于航空、航天等領(lǐng)域，應(yīng)當(dāng)積極探索整體構(gòu)件加工制造的新方法、新工藝從而為我國(guó)的航空、航天及軍事裝備領(lǐng)域的發(fā)展添磚加瓦。

1.整體構(gòu)件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及加工技術(shù)現(xiàn)狀分析

整體構(gòu)件幾何結(jié)構(gòu)復(fù)雜且材料硬度較高從而為整體構(gòu)件的加工制造帶來了不小的難度。以航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉輪為例，航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉輪由于需要承受極高的溫度和極高的轉(zhuǎn)速，為滿足這一需求多使用鈦合金作為其主要的材料，同時(shí)航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉輪對(duì)于幾何尺寸的精度要求較高，因此在現(xiàn)今的機(jī)械加工過程中多采用的是五軸機(jī)床來進(jìn)行加工。對(duì)于航空發(fā)動(dòng)機(jī)中的敞開式可達(dá)性較高的葉輪傳統(tǒng)的機(jī)械加工方式能夠滿足加工精度的要求，而對(duì)于一些半閉式和閉式的整體構(gòu)件其加工難度極大，需要采用特種加工手段來進(jìn)行加工。以整體機(jī)匣、帶冠整體葉輪以及三元整流體葉輪等結(jié)構(gòu)特點(diǎn)如下：（1）上述整體構(gòu)件中的氣流通道多為結(jié)構(gòu)復(fù)雜的異形型腔，其在空間分布中形成二維或是三維的彎曲從而為整體構(gòu)件的加工制造帶來了極大的困難，且氣流通道極為狹窄不利于傳統(tǒng)的機(jī)械加工方式的加工。（2）上述整體構(gòu)件中每種都分布著大量的氣流通道，加工精度要求極高且對(duì)于整體構(gòu)件的幾何尺寸及型面精度要求很高，傳統(tǒng)的機(jī)械加工方式較難達(dá)到其加工要求。（3）此外，整體構(gòu)件在設(shè)計(jì)的過程中為保證工件的強(qiáng)度及重量，要求多采用比重較高、硬度較大的材質(zhì)，同時(shí)整體構(gòu)件多為薄壁件結(jié)構(gòu)，加工難度極大。

整體構(gòu)件的上述特點(diǎn)為整體構(gòu)件的加工帶來了不小的難度：（1）對(duì)于一些封閉或是半封閉的整體構(gòu)件來說，其內(nèi)部所含有的復(fù)雜、狹窄的氣流通道使得刀具無(wú)法進(jìn)入到其相應(yīng)的位置甚至于通過一些復(fù)雜的空間運(yùn)動(dòng)也無(wú)法利用直柄刀具進(jìn)入到所需要加工的整體構(gòu)件中的位置。（2）材料硬度大從而對(duì)整體構(gòu)件機(jī)械加工中所使用的刀具提出了較高的要求。（3）在整體構(gòu)件的機(jī)械加工中需要穩(wěn)定性、可靠性都較高的加工工藝。（4）為完成對(duì)于復(fù)雜性極高的整體構(gòu)件的加工在加工設(shè)備上多使用的是精度要求很高的四軸或是五軸機(jī)床。（5）在復(fù)雜整體構(gòu)件的機(jī)械加工過程中由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜因此在整體構(gòu)件的裝夾、工藝設(shè)計(jì)上都需要投入較大的精力，在整體構(gòu)件的加工過程中如采用特種加工為確保加工質(zhì)量需要確保整體構(gòu)件特種加工中的工具和工件之間保持一定的間隙，此外在整體構(gòu)件的工藝設(shè)計(jì)中由于工藝復(fù)雜、加工難度大，在整體構(gòu)件的加工中需要對(duì)各工序之間的接刀和多工序之間的統(tǒng)一基準(zhǔn)問題引起足夠的重視，為提高整體構(gòu)件的加工精度與加工效率，各國(guó)都投入了大量的人力物力研究對(duì)于整體構(gòu)件的特種加工工藝。

2.特種加工工藝在整體構(gòu)件加工中的應(yīng)用

隨著整體構(gòu)件應(yīng)用的提高使得特種加工工藝在整體構(gòu)件機(jī)械加工中的應(yīng)用逐漸增多，在整體構(gòu)件的加工過程中使用電解加工發(fā)動(dòng)機(jī)中的整體葉輪是應(yīng)用較為成功的典范，飛機(jī)發(fā)動(dòng)葉輪葉型彎扭幅度較大，且葉片較薄屬于機(jī)械加工中的薄壁件加工，且飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)葉片之間的氣體流通通道狹窄，需要承受較高的溫度，因此在材質(zhì)的選擇上多使用的是高溫合金和特合金等特種材質(zhì)，在葉輪的加工過程中對(duì)于葉輪的型面尺寸也提出了較高的要求，從而使得發(fā)動(dòng)機(jī)葉輪整體構(gòu)件的加工難度極大。現(xiàn)今在整體構(gòu)件的加工過程中主要采用的是電解加工、數(shù)控銑削加工和線性摩擦焊等幾種加工方式，電解加工和數(shù)控銑削加工是應(yīng)用較多也是應(yīng)用較為廣泛的兩種加工方式，電解加工在發(fā)動(dòng)機(jī)葉輪的加工過程中相較于其他兩種加工方式具有以下特點(diǎn)：（1）加工速度快、加工成本較低的特點(diǎn)，使用電解加工主要利用的是金屬材料陽(yáng)極電化學(xué)溶解的原理，加工效率高且無(wú)工具損耗，相較于數(shù)控銑削加工能夠極大地降低加工中對(duì)于高級(jí)合金刀具的需求與損耗。在電解加工中德國(guó)MTU公司是使用此種技術(shù)較多的公司，在國(guó)內(nèi)中對(duì)于復(fù)雜整體構(gòu)件的電化學(xué)加工仍處于探索應(yīng)用階段，電化學(xué)加工技術(shù)也陸續(xù)成功應(yīng)用于對(duì)于航空、航天及武器裝備中的復(fù)雜的整體構(gòu)件的加工中，此外，國(guó)內(nèi)各主要高校也積極開展了對(duì)于電化學(xué)加工這一加工效率高、加工成本低的加工技術(shù)的研究與應(yīng)用。通過研究表明，使用電化學(xué)加工技術(shù)在復(fù)雜整體構(gòu)件的加工過程中能夠降低約50%～80%的時(shí)間消耗，尤其是對(duì)于長(zhǎng)葉片的電化學(xué)加工其省時(shí)優(yōu)勢(shì)更為明顯。對(duì)于復(fù)雜結(jié)構(gòu)的整體構(gòu)件其在對(duì)于氣道彎扭度較大的超薄型整體葉輪的加工中有著較為明顯的加工優(yōu)勢(shì)。隨著技術(shù)的發(fā)展及需求的增加，越來越多的復(fù)雜整體構(gòu)件將會(huì)逐步涌現(xiàn)，因此，加大對(duì)于數(shù)控電解技術(shù)的研究與應(yīng)用是解決復(fù)雜整體構(gòu)件加工難題的重要的加工技術(shù)，通過國(guó)外某公司在對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)中的復(fù)雜整體葉輪、機(jī)匣等在加工過程中應(yīng)用電化學(xué)加工技術(shù)的分析表明，通過在加工中應(yīng)用了電解加工技術(shù)能夠有效地降低發(fā)動(dòng)機(jī)整體葉輪的尺寸偏差與葉間通道寬度，極大地提高了復(fù)雜整體構(gòu)件的加工效率和加工精度。

3.特種加工技術(shù)在整體構(gòu)件加工中的發(fā)展趨勢(shì)分析

隨著新技術(shù)、新材料在航空、航天及武器裝備研制中的應(yīng)用將來會(huì)出現(xiàn)越來越多的結(jié)構(gòu)復(fù)雜的整體構(gòu)件，為提高復(fù)雜整體構(gòu)件的加工效率和加工精度需要更多地做好以電解加工技術(shù)為代表的新型的特種加工技術(shù)在復(fù)雜整體構(gòu)件加工中的應(yīng)用。未來，復(fù)雜整體構(gòu)件的特種加工技術(shù)將會(huì)具有以下的發(fā)展趨勢(shì)：（1）復(fù)雜整體構(gòu)件的加工技術(shù)將會(huì)向著更為健康、優(yōu)質(zhì)、高效的方向發(fā)展，由于現(xiàn)今的復(fù)雜整體構(gòu)件其表面多分布著數(shù)十乃至數(shù)百的結(jié)構(gòu)復(fù)雜的型腔且對(duì)于整體構(gòu)件的型面加工質(zhì)量要求極高，因此，為做好對(duì)于復(fù)雜整體構(gòu)件的加工，新的特種加工技術(shù)應(yīng)當(dāng)將提高加工效率和加工精度方面作為主要的研究方向。（2）基于加工原理拓展新的加工技術(shù)，通過積極改進(jìn)特種加工性能和發(fā)展新的加工技術(shù)或是尋求復(fù)合加工技術(shù)等的途徑以應(yīng)對(duì)日益發(fā)展的新型材料、特殊結(jié)構(gòu)以及特殊要求等的難題，這一方向是復(fù)雜整體構(gòu)件加工的重要的發(fā)展趨勢(shì)。（3）做好現(xiàn)有加工技術(shù)的集成創(chuàng)新通過將兩種或是多種加工工藝進(jìn)行有機(jī)組合，將技術(shù)集成創(chuàng)新作為技術(shù)發(fā)展的主要方向，尤其是對(duì)于閉式整體構(gòu)件的整體制造有著極為重要的意義。（4）積極做好新的復(fù)雜整體構(gòu)件加工技術(shù)的研究并將其應(yīng)用于復(fù)雜整體構(gòu)件的加工中是復(fù)雜整體構(gòu)件加工技術(shù)的重要發(fā)展方向之一。

結(jié)語(yǔ)

在復(fù)雜整體構(gòu)件的加工中除傳統(tǒng)的機(jī)械銑削等加工技術(shù)外應(yīng)當(dāng)積極做好對(duì)于復(fù)雜整體構(gòu)件加工的各種特種加工技術(shù)研究與應(yīng)用，以促進(jìn)我國(guó)航空、航天及軍事裝備的發(fā)展。本文在分析復(fù)雜整體構(gòu)件加工技術(shù)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上對(duì)新型復(fù)雜整體構(gòu)件加工技術(shù)的發(fā)展方向及趨勢(shì)進(jìn)行了分析。

參考文獻(xiàn)

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