航空發(fā)動(dòng)機(jī)典型零件復(fù)合加工應(yīng)用

謝敏燕 惠 暢

（中國(guó)航發(fā)貴州黎陽(yáng)航空動(dòng)力有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550014）

復(fù)合加工是一項(xiàng)對(duì)操作人員綜合能力要求很強(qiáng)的施工工程。航空發(fā)動(dòng)機(jī)零件復(fù)合加工通常是由同類工藝方法的多種工序加工和不同工藝方法的多工序加工構(gòu)成的。同類工藝方法的復(fù)合加工是基于工序集中原則開展的，它更加傾向于傳統(tǒng)的機(jī)械加工工藝，也就是說，工件在機(jī)床上完成裝夾之后，能夠按照相同的工藝方法來進(jìn)行多工序的加工，這種方法的應(yīng)用是實(shí)現(xiàn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造技術(shù)快速發(fā)展的最主要 方式。

1 復(fù)合加工工藝概述

需要避免加工過程受到影響。和傳統(tǒng)的加工流程相比，車銑復(fù)合加工中心具有主軸刀具的回轉(zhuǎn)功能，因此整體機(jī)床體積變得更大。在加工零件的過程中，需要充分考慮機(jī)床本身是否會(huì)對(duì)所加工零件以及機(jī)床等產(chǎn)生影響。而解決該問題的主要辦法便是借助智能軟件、建立零件加工時(shí)的三維數(shù)據(jù)模型，通過運(yùn)行數(shù)控加工程序來對(duì)刀具的具體運(yùn)行軌跡進(jìn)行判斷，并根據(jù)軌跡結(jié)果來對(duì)加工刀具的位置進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，確保主軸刀具的運(yùn)轉(zhuǎn)擁有足夠的空間。

2 標(biāo)準(zhǔn)的航空零部件復(fù)合加工

2.1 整體機(jī)匣

整體機(jī)匣在三代、四代機(jī)上已廣泛應(yīng)用，特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、尺寸精度高、薄壁、材料難加工、變形量難以控制，材料去除率達(dá)60%以上。特別是鈦合金類機(jī)匣多形狀特征島嶼、凸臺(tái)及安裝邊內(nèi)外表面的加工，面臨著嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。而這些所使用材料的加工技術(shù)通常是一個(gè)發(fā)達(dá)國(guó)家的重要工藝機(jī)密，盡管在具體使用過程中可以通過引進(jìn)以及購(gòu)置的方法來解決絕大多數(shù)問題，但是最核心的機(jī)匣問題往往無法得到解決。因此，我國(guó)必須加速自身在航空航天機(jī)匣方面的研究，掌握核心技術(shù)。在對(duì)復(fù)雜的機(jī)匣結(jié)構(gòu)進(jìn)行精密切削等工藝時(shí)，不僅需要注重加工效率的提升，同時(shí)還需要對(duì)表面的完整性進(jìn)行有效控制，確保對(duì)機(jī)匣的損傷是最小的。因此，現(xiàn)階段在進(jìn)行機(jī)匣加工時(shí)，呈現(xiàn)出應(yīng)用復(fù)合強(qiáng)化工藝的趨勢(shì)，通過該種技術(shù)的應(yīng)用，能夠顯著提升零件的抗疲勞性能，提升其穩(wěn)定性。

2.2 整體葉盤

通過將整體葉盤類零件應(yīng)用于車銑復(fù)合加工中芯，能夠?qū)崿F(xiàn)同一臺(tái)機(jī)床上同時(shí)進(jìn)行葉身型面銑削加工、輪盤表面精車加工等工藝工序。由于葉盤加工是一個(gè)工程化和技術(shù)上多學(xué)科融合的項(xiàng)目，復(fù)合加工工藝的技術(shù)目標(biāo)是為航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉盤數(shù)字化精加工生產(chǎn)線提供一套完整的技術(shù)方案。該方案采取先進(jìn)的管理思想、先進(jìn)的數(shù)字化手段和先進(jìn)的制造工藝，突破“葉盤精加工制造流程設(shè)計(jì)與數(shù)字化定義”“葉盤數(shù)字化精加工生產(chǎn)線先進(jìn)布局規(guī)劃”“葉盤數(shù)字化精加工生產(chǎn)線生產(chǎn)過程管理技術(shù)研究”“葉盤零件數(shù)字化工藝技術(shù)”“葉盤零件制造檢測(cè)一體化技術(shù)”等五項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，起點(diǎn)高，工藝先進(jìn)，較好地解決葉盤在數(shù)字化工藝、高質(zhì)高效加工技術(shù)和檢測(cè)技術(shù)方面的 瓶頸。

3 航空發(fā)動(dòng)機(jī)典型零件復(fù)合加工技術(shù)的應(yīng)用

3.1 機(jī)床復(fù)合加工與3D金屬打印技術(shù)的應(yīng)用

3D打印增材制造的成型工藝，已經(jīng)成為中國(guó)制造2025的重要環(huán)節(jié)，致力于推動(dòng)增材制造向自動(dòng)化、信息化、數(shù)字化、智能化方向發(fā)展，實(shí)施中國(guó)制造強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略。增材制造的獨(dú)特技術(shù)優(yōu)勢(shì)成了模具行業(yè)追隨的目標(biāo)。增材制造的一些不足制約了其應(yīng)用和發(fā)展，主要是零件尺寸精度和表面粗糙度難以控制，而減材加工能保證零件尺寸精度和表面粗糙度，兩者兼顧，兩者結(jié)合則是真正的發(fā)展趨勢(shì)。增減材復(fù)合加工設(shè)備研究涉及計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、材料加工、成型技術(shù)和裝備智能化以及數(shù)字化等方面，我國(guó)目前這方面研究和應(yīng)用與先進(jìn)制造國(guó)家相比存在著一定的差距，相信在不久的將來一定會(huì)推出先進(jìn)的增減材復(fù)合加工技術(shù)，服務(wù)于制造行業(yè)，服務(wù)于模具行業(yè)。

3.2 車銑復(fù)合加工技術(shù)的應(yīng)用

車銑復(fù)合機(jī)床是復(fù)合加工機(jī)床中發(fā)展最快、使用最廣泛的數(shù)控設(shè)備。ESPRIT是由美國(guó)機(jī)械加工應(yīng)用領(lǐng)域有很大影響的DP Technology技術(shù)公司開發(fā)的CAM軟件產(chǎn)品，它集成了20多年的G代碼編程經(jīng)驗(yàn)、機(jī)加工知識(shí)和CNC經(jīng)驗(yàn)，ESPRIT在車銑復(fù)合加工程序編制方面尤為擅長(zhǎng)。ESPRIT為多任務(wù)、多功能CNC數(shù)控機(jī)床提供了專門設(shè)計(jì)的集成編程環(huán)境。支持銑削和車削中任意A，B，C，X，Y和Z軸配置的獨(dú)立的、同時(shí)或同步的組合加工。利用帶有B軸的車銑復(fù)合機(jī)床的強(qiáng)大而又靈活的加工功能，可精確地對(duì)零件前、后端面同時(shí)執(zhí)行5軸或5軸分度銑削。使用ESPRIT的C軸和Y軸和的車銑復(fù)合指令，可以在一個(gè)G代碼程序中組合進(jìn)車削、銑削和鉆削加工操作，從而完全發(fā)揮機(jī)床的多任務(wù)加工能力。

3.3 復(fù)合材料五軸超聲切割機(jī)床加工技術(shù)的應(yīng)用

在航空、航天、船舶等機(jī)械加工領(lǐng)域，復(fù)合材料得到廣泛應(yīng)用。針對(duì)復(fù)合材料的切割加工也演變出多種加工方法，其中超聲切割技術(shù)是當(dāng)前國(guó)際復(fù)合材料加工領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛的一種先進(jìn)切割加工技術(shù)，這種加工方式通過在蜂窩芯加工過程中對(duì)切削刀具施加耦合超聲振動(dòng)，使刀具與被加工材料的接觸狀態(tài)和作用機(jī)制發(fā)生變化，從而達(dá)到對(duì)復(fù)合材料特別是Nomex蜂窩芯零件的成型加工。

3.4 航空復(fù)合材料維修數(shù)字化技術(shù)在國(guó)際維修領(lǐng)域的應(yīng)用

國(guó)外一些知名的飛機(jī)維修企業(yè)，在基于對(duì)產(chǎn)品數(shù)模、裝配技術(shù)保密以及適航要求的前提下使用維修手冊(cè)，而在研究發(fā)展方面實(shí)施全數(shù)字化設(shè)計(jì)維修技術(shù)、運(yùn)用數(shù)字化技術(shù)對(duì)修理方案的結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行力學(xué)分析、對(duì)維修過程產(chǎn)品航材的準(zhǔn)確定位以及航材訂購(gòu)的管控，以保證修理的可靠性和維修過程管控性，而對(duì)于國(guó)內(nèi)維修企業(yè)，這些數(shù)字化技術(shù)被牢牢控制在OEM手中。

4 結(jié)束語(yǔ)

使用計(jì)算機(jī)輔助軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)疲勞分析可大大縮短設(shè)計(jì)周期和降低設(shè)計(jì)成本，對(duì)工程應(yīng)用具有很大的指導(dǎo)意義。研究表明，某型航空發(fā)動(dòng)機(jī)二次檢修發(fā)現(xiàn)的支架零件側(cè)面根部裂紋主要是由倒角半徑過小導(dǎo)致的。雖然增大倒角半徑有利于避開零件的2階共振帶，但是根部應(yīng)力集中水平才是影響結(jié)構(gòu)疲勞的直接因素。增大倒角半徑可以降低零件根部應(yīng)力集中水平，從而達(dá)到提高該零件使用壽命的目的。根據(jù)nCode DesignLife疲勞分析結(jié)果，為實(shí)現(xiàn)使用壽命的最大化，建議將當(dāng)前支架零件側(cè)面根部倒角半徑由1.5mm調(diào)整為2.5mm。進(jìn)一步提高零件使用壽命還需配合零件背面根部倒角尺寸進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。