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(lèi)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(lèi)工藝方法的復(fù)合加工是基于工序集中原則開(kāi)展的，它更加傾向于傳統(tǒng)的機(jī)械加工工藝，也就是說(shuō)，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(lái)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(guò)程受到影響。和傳統(tǒng)的加工流程相比，車(chē)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(guò)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(wèn)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(guò)運(yùn)行數(shù)控加工程序來(lái)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(lái)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(lèi)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(guò)程中可以通過(guò)引進(jìn)以及購(gòu)置的方法來(lái)解決絕大多數(shù)問(wèn)題，但是最核心的機(jī)匣問(wèn)題往往無(wú)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(guò)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(pán)

通過(guò)將整體葉盤(pán)類(lèi)零件應(yīng)用于車(chē)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(pán)表面精車(chē)加工等工藝工序。由于葉盤(pán)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(pán)數(shù)字化精加工生產(chǎn)線(xiàn)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(pán)精加工制造流程設(shè)計(jì)與數(shù)字化定義”“葉盤(pán)數(shù)字化精加工生產(chǎn)線(xiàn)先進(jìn)布局規(guī)劃”“葉盤(pán)數(shù)字化精加工生產(chǎn)線(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程管理技術(shù)研究”“葉盤(pán)零件數(shù)字化工藝技術(shù)”“葉盤(pán)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(pán)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(lái)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(chē)銑復(fù)合加工技術(shù)的應(yīng)用

車(chē)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(kāi)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(chē)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(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的集成編程環(huán)境。支持銑削和車(chē)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(chē)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(chē)銑復(fù)合指令，可以在一個(gè)G代碼程序中組合進(jìn)車(chē)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(guò)在蜂窩芯加工過(guò)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(guò)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(guò)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(guò)小導(dǎo)致的。雖然增大倒角半徑有利于避開(kāi)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)。