張耀光+宮宇+邢利君

摘 要：航空發(fā)動(dòng)機(jī)是飛機(jī)的動(dòng)力之源，同時(shí)也是一個(gè)國(guó)家制造水平、軍事實(shí)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(dòng)機(jī)向著超高速、大推力、長(zhǎng)航時(shí)的方向發(fā)展，世界各國(guó)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(dòng)機(jī)。新一代的航空發(fā)動(dòng)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(jì)從，而對(duì)航空發(fā)動(dòng)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(dòng)機(jī)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上對(duì)航空發(fā)動(dòng)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(dòng)機(jī)；制造技術(shù)；分析

前言

航空發(fā)動(dòng)機(jī)是一個(gè)國(guó)家綜合工業(yè)實(shí)力的重要體現(xiàn).現(xiàn)今的航空發(fā)動(dòng)機(jī)為了提高航空發(fā)動(dòng)機(jī)的推力和推重比在其設(shè)計(jì)過程中普遍對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)采用輕量化、整體化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方式，以增強(qiáng)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的整體性。航空發(fā)動(dòng)機(jī)的這一設(shè)計(jì)方式在為航空發(fā)動(dòng)機(jī)帶來卓越性能的同時(shí)也對(duì)航空發(fā)動(dòng)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(dòng)機(jī)材料及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上積極做好各項(xiàng)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(dòng)機(jī)的加工制造。

1 航空發(fā)動(dòng)機(jī)加工制造工藝特點(diǎn)分析

先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)通過對(duì)材料和發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理化的布局使得航空發(fā)動(dòng)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(dòng)機(jī)的制造帶來困難。現(xiàn)今航空發(fā)動(dòng)機(jī)的加工制造呈現(xiàn)出以下特點(diǎn)：（1）材料硬度高、去除率多，航空發(fā)動(dòng)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(duì)加工的刀具磨損較大的特點(diǎn)，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(dòng)機(jī)加工質(zhì)量的前提下提高航空發(fā)動(dòng)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(shí)間研究的重點(diǎn)。（2）在航空發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)中為提高航空發(fā)動(dòng)機(jī)的性能在航空發(fā)動(dòng)機(jī)零部件的設(shè)計(jì)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(duì)其進(jìn)行加工多需要使用4軸、5軸設(shè)備來對(duì)其進(jìn)行加工。（3）航空發(fā)動(dòng)機(jī)的制造精度要求較高，在對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的加工制造過程中，對(duì)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(dòng)機(jī)的加工制造提出了新的挑戰(zhàn)。

2 航空發(fā)動(dòng)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(dòng)機(jī)零部件加工中的一個(gè)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(dòng)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(huì)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(dòng)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(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)加工中，輕量化、復(fù)雜結(jié)構(gòu)、新材料正成為航空發(fā)動(dòng)機(jī)加工制造的新常態(tài)，為提高航空發(fā)動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)機(jī)零部件，現(xiàn)今在航空發(fā)動(dòng)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(diǎn)對(duì)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(dòng)機(jī)中所具有的復(fù)雜曲面和表面光潔度也對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械加工提出了更高的要求，在航空發(fā)動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)機(jī)的加工精度和加工效率。此外，在航空發(fā)動(dòng)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(dòng)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(duì)于提高航空發(fā)動(dòng)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(dòng)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(shì)，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(dòng)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(duì)于提高航空發(fā)動(dòng)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(dòng)機(jī)制造技術(shù)在我國(guó)的發(fā)展與應(yīng)用

航空發(fā)動(dòng)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(guó)的航空發(fā)動(dòng)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(dòng)機(jī)的制造過程中我國(guó)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(guó)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)、制造進(jìn)入了一個(gè)嶄新的階段，但是隨著技術(shù)的進(jìn)步以及國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家所取得的成績(jī)我國(guó)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造仍有一段漫長(zhǎng)的路要走。做好航空發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)、加工制造從而為國(guó)產(chǎn)飛機(jī)提供一顆強(qiáng)勁的“心臟”是航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造企業(yè)的重要?dú)v史使命。為更好的做好航空發(fā)動(dòng)機(jī)的生產(chǎn)加工應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對(duì)于航空發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)、加工制造領(lǐng)域的研發(fā)投入，在引進(jìn)吸收國(guó)外先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造技術(shù)的基礎(chǔ)上結(jié)合我國(guó)工業(yè)制造的實(shí)際情況開展自主創(chuàng)積極突破我國(guó)在航空發(fā)動(dòng)機(jī)加工制造中的原有瓶頸，緊跟國(guó)際航空發(fā)動(dòng)機(jī)加工制造的動(dòng)向與趨勢(shì)積極開展有潛在應(yīng)用價(jià)值且實(shí)現(xiàn)性較強(qiáng)的研究項(xiàng)目?，F(xiàn)今在我國(guó)航空發(fā)動(dòng)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(dòng)機(jī)各項(xiàng)高精密、高效率技術(shù)的研究從而使得我國(guó)的航空發(fā)動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)機(jī)生產(chǎn)的順利進(jìn)行。

5 結(jié)束語

航空發(fā)動(dòng)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(dòng)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(dòng)機(jī)的加工制造帶來了不小的困難。本文對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵制造技術(shù)進(jìn)行了分析闡述。

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