航空發(fā)動機(jī)關(guān)鍵制造技術(shù)分析與應(yīng)用

張耀光+宮宇+邢利君

摘 要：航空發(fā)動機(jī)是飛機(jī)的動力之源，同時也是一個國家制造水平、軍事實力的綜合體現(xiàn)。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，航空發(fā)動機(jī)向著超高速、大推力、長航時的方向發(fā)展，世界各國都先后投入了大量的資金用于研制新一代高性能航空發(fā)動機(jī)。新一代的航空發(fā)動機(jī)為了獲得較強(qiáng)的工作性能采用了大量新材料和復(fù)雜的結(jié)構(gòu)設(shè)計從，而對航空發(fā)動機(jī)的加工制造帶來了大的困難。文章將在分析先進(jìn)航空發(fā)動機(jī)特點的基礎(chǔ)上對航空發(fā)動機(jī)關(guān)鍵部件的制造技術(shù)進(jìn)行了分析闡述。

關(guān)鍵詞：航空發(fā)動機(jī)；制造技術(shù)；分析

前言

航空發(fā)動機(jī)是一個國家綜合工業(yè)實力的重要體現(xiàn).現(xiàn)今的航空發(fā)動機(jī)為了提高航空發(fā)動機(jī)的推力和推重比在其設(shè)計過程中普遍對航空發(fā)動機(jī)采用輕量化、整體化的結(jié)構(gòu)設(shè)計方式，以增強(qiáng)航空發(fā)動機(jī)的整體性。航空發(fā)動機(jī)的這一設(shè)計方式在為航空發(fā)動機(jī)帶來卓越性能的同時也對航空發(fā)動機(jī)的加工制造帶來不小的挑戰(zhàn)，應(yīng)當(dāng)在分析航空發(fā)動機(jī)材料及結(jié)構(gòu)特點的基礎(chǔ)上積極做好各項新制造技術(shù)、制造工藝的應(yīng)用以便更好的做好航空發(fā)動機(jī)的加工制造。

1 航空發(fā)動機(jī)加工制造工藝特點分析

先進(jìn)航空發(fā)動機(jī)通過對材料和發(fā)動機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理化的布局使得航空發(fā)動機(jī)能夠獲得良好的性能，但是其所采用的高性能材料和復(fù)雜的結(jié)構(gòu)也為航空發(fā)動機(jī)的制造帶來困難。現(xiàn)今航空發(fā)動機(jī)的加工制造呈現(xiàn)出以下特點：（1）材料硬度高、去除率多，航空發(fā)動機(jī)的核心轉(zhuǎn)子部件為了滿足高溫、高轉(zhuǎn)速的惡劣工況多采用的是鈦合金、高溫合金等高硬度和高耐熱性的材料，上述材料在切削加工的過程中具有不易加工且對加工的刀具磨損較大的特點，加之現(xiàn)今為了提高零部件的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度多采用的是整體性的加工方式，一些核心部件（如轉(zhuǎn)子、葉輪）等其去除率最高達(dá)到近9成左右，加工難度極大。因此，如何在確保航空發(fā)動機(jī)加工質(zhì)量的前提下提高航空發(fā)動機(jī)的加工制造效率是航空制造企業(yè)現(xiàn)今乃至今后一段時間研究的重點。（2）在航空發(fā)動機(jī)的設(shè)計中為提高航空發(fā)動機(jī)的性能在航空發(fā)動機(jī)零部件的設(shè)計過程中多采用的是復(fù)雜曲面和高結(jié)構(gòu)效率的整體性結(jié)構(gòu)，此類結(jié)構(gòu)件在加工制造中普通的三軸設(shè)備無法對其進(jìn)行加工多需要使用4軸、5軸設(shè)備來對其進(jìn)行加工。（3）航空發(fā)動機(jī)的制造精度要求較高，在對航空發(fā)動機(jī)的加工制造過程中，對于工件的幾何精度、形位精度等都有著嚴(yán)格的要求，從而為航空發(fā)動機(jī)的加工制造提出了新的挑戰(zhàn)。

2 航空發(fā)動機(jī)關(guān)鍵制造技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用

整體化制造是航空發(fā)動機(jī)零部件加工中的一個重要的發(fā)展，采用整體化的加工制造方式使得零部件的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和使用壽命都有著明顯的提高。以葉盤為例，通過在葉盤制造中采用整體化的制造技術(shù)，消除了傳統(tǒng)連接方式使用榫頭、榫槽等連接所帶來的重量增加、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度降低以及結(jié)構(gòu)復(fù)雜等的不足，使得新的整體葉盤具有更輕的重量和更優(yōu)異的氣動特性。在葉環(huán)的加工制造中通過采用整體化的制造技術(shù)（去除葉盤中的轉(zhuǎn)盤部分）將會使得葉環(huán)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和重量得到進(jìn)一步的優(yōu)化，從而有效的提高了零部件的性能。復(fù)合冷卻層板是一種在推重比>10的航空發(fā)動機(jī)中所采用的冷卻結(jié)構(gòu)形式，其被主要應(yīng)用于燃燒室和渦輪葉片的冷卻，是一種具有復(fù)雜回路的冷卻結(jié)構(gòu)。在航空發(fā)動機(jī)的設(shè)計加工中，輕量化、復(fù)雜結(jié)構(gòu)、新材料正成為航空發(fā)動機(jī)加工制造的新常態(tài)，為提高航空發(fā)動機(jī)的加工質(zhì)量和加工效率需要注意做好新技術(shù)的應(yīng)用。

3 航空發(fā)動機(jī)加工制造的新技術(shù)新工藝

3.1 新型毛坯件制造技術(shù)

在航空發(fā)動機(jī)新型毛坯件成型鑄造技術(shù)中有定向凝固和單晶精鑄等的技術(shù)，在航空發(fā)動機(jī)的制造中需要使用大量的精密、整體化的結(jié)構(gòu)毛坯件，因此需要使用新型毛坯件制造技術(shù)來取代傳統(tǒng)的大余量毛坯件，使得毛坯件的加工精度和加工質(zhì)量都得到較大的提升。

3.2 做好先進(jìn)切削成型技術(shù)的應(yīng)用

切削成型是航空發(fā)動機(jī)加工制造中一直都在使用的制造方式，通過機(jī)械切削來去除毛坯件中加工量從而得到復(fù)雜、精密的航空發(fā)動機(jī)零部件，現(xiàn)今在航空發(fā)動機(jī)中鈦合金所占的比重越來越大，其所具有的高強(qiáng)度、高剛度和高耐熱性等特點對傳統(tǒng)的機(jī)械切削加工帶來了不小的挑戰(zhàn)，此外，航空發(fā)動機(jī)中所具有的復(fù)雜曲面和表面光潔度也對航空發(fā)動機(jī)的機(jī)械加工提出了更高的要求，在航空發(fā)動機(jī)的加工制造中需要做好高強(qiáng)度新型刀具的應(yīng)用并采用4軸5軸等具有復(fù)雜曲面加工能力的高性能機(jī)床。數(shù)控加工技術(shù)在航空發(fā)動機(jī)復(fù)雜曲面、高精度的結(jié)構(gòu)件的機(jī)械加工中有著良好的應(yīng)用。此外，在航空發(fā)動機(jī)高精度零部件的切削加工中需要注意做好變形補(bǔ)償、自適應(yīng)加工等先進(jìn)加工技術(shù)的研究和應(yīng)用以便更好的提高航空發(fā)動機(jī)的加工精度和加工效率。此外，在航空發(fā)動機(jī)的機(jī)械加工中還需要做好各類加工材料加工特性的研究分析并建立相應(yīng)的材料切削數(shù)據(jù)庫以便在后續(xù)加工制造中能夠根據(jù)各類材料的加工特性選用合適的加工工藝。磨削也是航空發(fā)動機(jī)加工制造中一種極為重要的加工手段，在現(xiàn)今的磨削技術(shù)的研究中其向著精密、超精密高速磨削的方向發(fā)展，做好磨削技術(shù)的應(yīng)用對于提高航空發(fā)動機(jī)零部件的表面加工特性有著極為重要的意義。

3.3 做好特種加工技術(shù)在航空發(fā)動機(jī)制造中的研究和應(yīng)用

在復(fù)雜型腔、型面等復(fù)雜難切削材料的加工中高能束流加工這一特種加工制造技術(shù)有著極為明顯的優(yōu)勢，能夠完成很多常規(guī)切削加工手段無法完成的加工難題?，F(xiàn)今在航空發(fā)動機(jī)加工制造中所使用的特種加工技術(shù)有：激光、等離子、離子、電火花等的加工技術(shù)，做好特種加工技術(shù)的應(yīng)用對于提高航空發(fā)動機(jī)中復(fù)雜型腔、型面等的加工質(zhì)量和加工效率有著極為重要的意義。

4 做好先進(jìn)航空發(fā)動機(jī)制造技術(shù)在我國的發(fā)展與應(yīng)用

航空發(fā)動機(jī)性能的提升總是伴隨著新材料、新工藝和新技術(shù)的突破而出現(xiàn)的。我國的航空發(fā)動機(jī)制造經(jīng)歷了從蹣跚起步到仿制再到自主研發(fā)的艱辛歷程。在航空發(fā)動機(jī)的制造過程中我國先后突破了精密切削技術(shù)、制坯技術(shù)以及特種加工、焊接等的一系列技術(shù)難題，從而使得我國的航空發(fā)動機(jī)設(shè)計、制造進(jìn)入了一個嶄新的階段，但是隨著技術(shù)的進(jìn)步以及國外發(fā)達(dá)國家所取得的成績我國的航空發(fā)動機(jī)制造仍有一段漫長的路要走。做好航空發(fā)動機(jī)的設(shè)計、加工制造從而為國產(chǎn)飛機(jī)提供一顆強(qiáng)勁的“心臟”是航空發(fā)動機(jī)制造企業(yè)的重要歷史使命。為更好的做好航空發(fā)動機(jī)的生產(chǎn)加工應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對于航空發(fā)動機(jī)設(shè)計、加工制造領(lǐng)域的研發(fā)投入，在引進(jìn)吸收國外先進(jìn)航空發(fā)動機(jī)制造技術(shù)的基礎(chǔ)上結(jié)合我國工業(yè)制造的實際情況開展自主創(chuàng)積極突破我國在航空發(fā)動機(jī)加工制造中的原有瓶頸，緊跟國際航空發(fā)動機(jī)加工制造的動向與趨勢積極開展有潛在應(yīng)用價值且實現(xiàn)性較強(qiáng)的研究項目?，F(xiàn)今在我國航空發(fā)動機(jī)的加工制造中仍有一系列的技術(shù)難題等待解決，如渦輪葉片的高效高精度精鑄、整體葉盤的高效加工以及空心鈦合金葉片超塑形等的技術(shù)等，做好航空發(fā)動機(jī)各項高精密、高效率技術(shù)的研究從而使得我國的航空發(fā)動機(jī)制造從傳統(tǒng)的發(fā)展模式中走出來，提高航空發(fā)動機(jī)的加工效率和加工質(zhì)量，此外，要做好PDM在航空企業(yè)制造管理中的應(yīng)用，通過做好企業(yè)的信息化建設(shè)從而使得航空發(fā)動機(jī)生產(chǎn)各環(huán)節(jié)之間能夠進(jìn)行緊密、高效的協(xié)調(diào)溝通從而提升航空企業(yè)的整體工作效率，保障航空發(fā)動機(jī)生產(chǎn)的順利進(jìn)行。

5 結(jié)束語

航空發(fā)動機(jī)是精密加工的集大成之作，尤其是現(xiàn)今先進(jìn)發(fā)動機(jī)中大量高新性能材料的應(yīng)用和復(fù)雜的型面、型腔結(jié)構(gòu)更為航空發(fā)動機(jī)的加工制造帶來了不小的困難。本文對航空發(fā)動機(jī)關(guān)鍵制造技術(shù)進(jìn)行了分析闡述。

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