航空發動機典型零件加工技術及裝備探討

王曉旭

【摘 要】 近幾年國家科技的進步， 航空制造業已成為衡量國家發達水平的重要因素之一。航空發動機是飛行器的核心部件， 航空發動機材料與制造技術向著高溫化、復合化、輕量化、整體化、高效率、低成本的方向發展。因此發動機典型零部件的加工技術與刀具應用對航空業的發展起著重要的作用。由于航空零件多為難加工材料，精密程度較高，零件形狀結構較為復雜，零件的切除率大，對于生產工藝提出了較高要求。從技術實現角度出發，對航空發動機典型零件進行加工，技術人員應該堅持嚴謹的工作態度，使用配套的裝備解決材料難加工的問題。

【關鍵詞】 航空發動機 零件 數控加工技術

一、航空發動機典型零件加工裝備需求

1、航空發動機典型零件加工對數控設備的需求

航空制造業對零件加工精度和效率日益提高的需求不斷推動機床技術的發展，是機床產品創新的源動力。高速高精度加工中心、復合加工和多軸聯動數控機床的出現都與客戶需求密切相關。機床的發展方向如下：（1）自動化程度高，即要求設備具有數字化和前沿性的特征，軟件功能強大，自動化程度高。（2）高度集成性，附加設備少，設備高度集成，能夠實現工藝復合。（3）柔性化，設備通用程度高，生產適用性強。（4）高精度、高效率、智能化，設備需具備精度高， 技術成熟度高等特點。（5）高穩定性，精度保持時間長，故障率低。

2、航空發動機典型零件刀具技術需求

先進的航空產品要求航空零件具有更優異的性能、更低的成本和更高的環保性，而加工工藝要求具有更快的加工速度、更高的可靠性、高重復精度和可再現性。航空鈦合金、高溫合金零件難切削的工件材料，復雜而薄壁的形狀，高精度的尺寸和表面粗糙度要求， 同時大的金屬去除量等特點，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重要的作用。傳統刀具已不能滿足現代先進高效加工的要求，刀具行業進入了“高精度、高效率、高可靠性和專用化”的現代刀具生產新格局。刀具質量穩定，刀具精度高，可轉位數控刀片各批次產品尺寸精度分散性能控制在一定范圍內，成形刀具精度應能完全滿足加工部位要求。能針對渦輪機匣、風扇機匣、渦輪盤、風扇盤、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、航空發動機典型零件加工技術探討

1、發動機零件材料控制和CAD模型加工方案分析

在航空發動機典型零件加工活動中，技術人員可以使用金屬制作成復合材料的零件。在零件的切削加工中應該加入性能獨特的原材料，添加鎢和鉬能夠降低零件切削加工處理的難度。在發動機零件的切削加工中添加鎢能夠提高材料的高溫強度和常溫強度，添加鉬能夠顯著提升材料的強度和韌性，提升發動機零件的使用效果。但是，在發動機典型零件加工中添加合金元素時，技術人員應該重視材料導熱系數明顯下降的問題。在制定零件加工方案的過程中，技術人員應該認真分析零件的抗拉強度和沖擊韌度問題，選擇合適的材料進行加工處理。發動機曲軸一般使用QT700材料及虛擬性加工，缸蓋選用ZL101（ZALSI7Mg）材料進行加工。在零件處理過程中，可以采用零件圖形的數字處理方法，在三維立體模式中對零件加工的細節進行優化。根據加工設計的標準確定零件處理的工步和進給路線，選擇合適的機床類型開始對零件進行加工。使用CAD模型處理方法，對發動機零件設計和加工方案進行數字化處理。建立單個典型精密零件的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規范和工藝特征，針對零件的幾何特征信息進行加工特征的讀取，從而確定合適的切削參數。

2、核心零部件建工與刀具裝備的選擇分析

發動機缸蓋的主要加工內容為進氣門座圈/導管切削和上平面螺紋攻絲加工，技術人員應該選擇合適的刀具材料裝備。在加工技術應用中，技術人員應該合理控制每齒進給量和每轉進給量，根據切削零件的進給量選擇合適的切削速度。在主軸轉速控制中，技術人員還應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度和斷裂韌度。航空發動機的凸輪軸是一種重要零件，它一般使用HT250型號的材料進行加工，其抗拉強度為250MIN/MPa，它的硬度和抗拉強度承受力都比較低，在高溫和高壓的狀態下很容易發生變形，其硬度為170～241HBS之間，航空發動機凸輪軸的材料力學性能有嚴格標準，其伸長率不能小于0.5%，沖擊韌度不小于10～110kJ/㎡，導熱系數不小于0.580W/cm-k。除了發動機的凸輪軸之外，航空發動機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重點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、零件涂裝技術控制與質量檢查細節介紹

根據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，并且對發動機典型零件的孔徑進行檢查。技術人員可以采用三坐標測量機等精密儀器，對零件的尺寸加工進行檢查。使用在線測量的方式，及時地發現零件加工中存在的問題，將加工半成品的零件運送到車銑復合加工中心進行處理。半成品的航空發動機零件通常需要加裝土層，根據不同零件的應用特點，選擇不同的涂層進行加工。TiN類的發動機零件為金黃色，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要求，此類零件加裝涂層一般為CVD/PVD類的涂層。TiN類的發動機零件為紫黑色，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 語

我們要以加快新一代信息技術與航空發動機制造業融合為主線，推進智能制造。在發動機典型零件加工活動中，技術人員應該設計科學合理的加工方案，積極應用先進裝備對發動機典型零部件進行切割鉆削加工，提升發動機典型零件的加工質量，為今后我國航空發動機典型零件的高效、高精確度加工打下一定的基礎。