航空發(fā)動機(jī)典型零件加工技術(shù)及裝備探討

王曉旭

【摘 要】 近幾年國家科技的進(jìn)步， 航空制造業(yè)已成為衡量國家發(fā)達(dá)水平的重要因素之一。航空發(fā)動機(jī)是飛行器的核心部件， 航空發(fā)動機(jī)材料與制造技術(shù)向著高溫化、復(fù)合化、輕量化、整體化、高效率、低成本的方向發(fā)展。因此發(fā)動機(jī)典型零部件的加工技術(shù)與刀具應(yīng)用對航空業(yè)的發(fā)展起著重要的作用。由于航空零件多為難加工材料，精密程度較高，零件形狀結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，零件的切除率大，對于生產(chǎn)工藝提出了較高要求。從技術(shù)實(shí)現(xiàn)角度出發(fā)，對航空發(fā)動機(jī)典型零件進(jìn)行加工，技術(shù)人員應(yīng)該堅(jiān)持嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度，使用配套的裝備解決材料難加工的問題。

【關(guān)鍵詞】 航空發(fā)動機(jī) 零件 數(shù)控加工技術(shù)

一、航空發(fā)動機(jī)典型零件加工裝備需求

1、航空發(fā)動機(jī)典型零件加工對數(shù)控設(shè)備的需求

航空制造業(yè)對零件加工精度和效率日益提高的需求不斷推動機(jī)床技術(shù)的發(fā)展，是機(jī)床產(chǎn)品創(chuàng)新的源動力。高速高精度加工中心、復(fù)合加工和多軸聯(lián)動數(shù)控機(jī)床的出現(xiàn)都與客戶需求密切相關(guān)。機(jī)床的發(fā)展方向如下：（1）自動化程度高，即要求設(shè)備具有數(shù)字化和前沿性的特征，軟件功能強(qiáng)大，自動化程度高。（2）高度集成性，附加設(shè)備少，設(shè)備高度集成，能夠?qū)崿F(xiàn)工藝復(fù)合。（3）柔性化，設(shè)備通用程度高，生產(chǎn)適用性強(qiáng)。（4）高精度、高效率、智能化，設(shè)備需具備精度高， 技術(shù)成熟度高等特點(diǎn)。（5）高穩(wěn)定性，精度保持時(shí)間長，故障率低。

2、航空發(fā)動機(jī)典型零件刀具技術(shù)需求

先進(jìn)的航空產(chǎn)品要求航空零件具有更優(yōu)異的性能、更低的成本和更高的環(huán)保性，而加工工藝要求具有更快的加工速度、更高的可靠性、高重復(fù)精度和可再現(xiàn)性。航空鈦合金、高溫合金零件難切削的工件材料，復(fù)雜而薄壁的形狀，高精度的尺寸和表面粗糙度要求， 同時(shí)大的金屬去除量等特點(diǎn)，對切削刀具的高效、精密、安全性等提出更高的要求。刀具作為切削加工的主體之一，在解決航空材料的加工難題中起著至關(guān)重要的作用。傳統(tǒng)刀具已不能滿足現(xiàn)代先進(jìn)高效加工的要求，刀具行業(yè)進(jìn)入了“高精度、高效率、高可靠性和專用化”的現(xiàn)代刀具生產(chǎn)新格局。刀具質(zhì)量穩(wěn)定，刀具精度高，可轉(zhuǎn)位數(shù)控刀片各批次產(chǎn)品尺寸精度分散性能控制在一定范圍內(nèi)，成形刀具精度應(yīng)能完全滿足加工部位要求。能針對渦輪機(jī)匣、風(fēng)扇機(jī)匣、渦輪盤、風(fēng)扇盤、長軸、葉片、葉輪等典型零部件，提供完整的刀具配套和解決方案。

二、航空發(fā)動機(jī)典型零件加工技術(shù)探討

1、發(fā)動機(jī)零件材料控制和CAD模型加工方案分析

在航空發(fā)動機(jī)典型零件加工活動中，技術(shù)人員可以使用金屬制作成復(fù)合材料的零件。在零件的切削加工中應(yīng)該加入性能獨(dú)特的原材料，添加鎢和鉬能夠降低零件切削加工處理的難度。在發(fā)動機(jī)零件的切削加工中添加鎢能夠提高材料的高溫強(qiáng)度和常溫強(qiáng)度，添加鉬能夠顯著提升材料的強(qiáng)度和韌性，提升發(fā)動機(jī)零件的使用效果。但是，在發(fā)動機(jī)典型零件加工中添加合金元素時(shí)，技術(shù)人員應(yīng)該重視材料導(dǎo)熱系數(shù)明顯下降的問題。在制定零件加工方案的過程中，技術(shù)人員應(yīng)該認(rèn)真分析零件的抗拉強(qiáng)度和沖擊韌度問題，選擇合適的材料進(jìn)行加工處理。發(fā)動機(jī)曲軸一般使用QT700材料及虛擬性加工，缸蓋選用ZL101（ZALSI7Mg）材料進(jìn)行加工。在零件處理過程中，可以采用零件圖形的數(shù)字處理方法，在三維立體模式中對零件加工的細(xì)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化。根據(jù)加工設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)確定零件處理的工步和進(jìn)給路線，選擇合適的機(jī)床類型開始對零件進(jìn)行加工。使用CAD模型處理方法，對發(fā)動機(jī)零件設(shè)計(jì)和加工方案進(jìn)行數(shù)字化處理。建立單個(gè)典型精密零件的CAD模型特征信息表，包括制造資源庫的容量信息、該典型零件加工的工藝技術(shù)規(guī)范和工藝特征，針對零件的幾何特征信息進(jìn)行加工特征的讀取，從而確定合適的切削參數(shù)。

2、核心零部件建工與刀具裝備的選擇分析

發(fā)動機(jī)缸蓋的主要加工內(nèi)容為進(jìn)氣門座圈/導(dǎo)管切削和上平面螺紋攻絲加工，技術(shù)人員應(yīng)該選擇合適的刀具材料裝備。在加工技術(shù)應(yīng)用中，技術(shù)人員應(yīng)該合理控制每齒進(jìn)給量和每轉(zhuǎn)進(jìn)給量，根據(jù)切削零件的進(jìn)給量選擇合適的切削速度。在主軸轉(zhuǎn)速控制中，技術(shù)人員還應(yīng)該考慮到加工余量和耐用度的問題，提升典型零件的抗彎強(qiáng)度和斷裂韌度。航空發(fā)動機(jī)的凸輪軸是一種重要零件，它一般使用HT250型號的材料進(jìn)行加工，其抗拉強(qiáng)度為250MIN/MPa，它的硬度和抗拉強(qiáng)度承受力都比較低，在高溫和高壓的狀態(tài)下很容易發(fā)生變形，其硬度為170～241HBS之間，航空發(fā)動機(jī)凸輪軸的材料力學(xué)性能有嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)，其伸長率不能小于0.5%，沖擊韌度不小于10～110kJ/㎡，導(dǎo)熱系數(shù)不小于0.580W/cm-k。除了發(fā)動機(jī)的凸輪軸之外，航空發(fā)動機(jī)的典型零件還有曲軸、缸體、缸蓋和連桿等零件。典型零件加工的技術(shù)重點(diǎn)是要選擇合適的刀具材料裝備，適合加工曲軸的刀具材料為PCD/CBN等，而適合加工缸體和缸蓋的裝備材料為高速鋼等。

3、零件涂裝技術(shù)控制與質(zhì)量檢查細(xì)節(jié)介紹

根據(jù)零件的尺寸選擇合適的精銑端面槽，使用精密鏜床加工出鏜精密孔，并且對發(fā)動機(jī)典型零件的孔徑進(jìn)行檢查。技術(shù)人員可以采用三坐標(biāo)測量機(jī)等精密儀器，對零件的尺寸加工進(jìn)行檢查。使用在線測量的方式，及時(shí)地發(fā)現(xiàn)零件加工中存在的問題，將加工半成品的零件運(yùn)送到車銑復(fù)合加工中心進(jìn)行處理。半成品的航空發(fā)動機(jī)零件通常需要加裝土層，根據(jù)不同零件的應(yīng)用特點(diǎn)，選擇不同的涂層進(jìn)行加工。TiN類的發(fā)動機(jī)零件為金黃色，它的硬度最低，為1800～2300HV之間，此種典型零件符合低速下的通用涂裝的技術(shù)要求，此類零件加裝涂層一般為CVD/PVD類的涂層。TiN類的發(fā)動機(jī)零件為紫黑色，它的硬度比較高，為2300～3500HV之間，此種典型零件符合高速下的通用涂裝的技術(shù)要求，此種材料可以用來加工制作難加工的航空零件。此類零件加裝涂層一般為CVD類的涂層。

結(jié) 語

我們要以加快新一代信息技術(shù)與航空發(fā)動機(jī)制造業(yè)融合為主線，推進(jìn)智能制造。在發(fā)動機(jī)典型零件加工活動中，技術(shù)人員應(yīng)該設(shè)計(jì)科學(xué)合理的加工方案，積極應(yīng)用先進(jìn)裝備對發(fā)動機(jī)典型零部件進(jìn)行切割鉆削加工，提升發(fā)動機(jī)典型零件的加工質(zhì)量，為今后我國航空發(fā)動機(jī)典型零件的高效、高精確度加工打下一定的基礎(chǔ)。