芻議航空發動機典型零件加工技術及裝備

孫巍 李澄 龔天才 孫升志

摘 要：眾所周知，航空發動機元構件對精密度有較高的要求，為此，一線技術人員要創新產品交工模式，減小誤差，提高零件加工效率與質量等級。本文首先簡要論述了航空發動機典型零件的基本特征，以刀具技術與數控設備為切入點展開深度探究。

關鍵詞：航空發動機；典型零件；刀具技術；數控設備；

1、簡述航空發動機的基本特征

為提高航空發動機性能安全穩定性，在完善設計水平的基礎上，要優選材料、高效應用創新工藝、優化結構設計。據業內調查可知，材料與制造工藝在強化航空發動機性能方面所占據的比例在50%-70%之間。隨著現代科技水平的提高與領域創新，航空發動機制造工藝逐步趨向高效化、智能化、集成化方向發展，且發動機材料也更加輕量化、預制化、經濟化，耐受性能進一步得到完善。航空發動機材料與制造工藝的基本特征如下所述：

1.1材料強度與耐高溫水平不斷提高，元構件承載負荷能力增強，各類超高溫合金材料層出不窮，且尖端制造技術取得了實質性突破，這在一定程度上為提升發動機性能穩定性創造了有利條件。

1.2整體結構輕量化、精密化，制造工藝高效化、經濟化，這使得發動機部件質量不斷減輕，并縮短了生產加工周期，節約成本投入。

1.3元構件制造工藝的應用日趨完善，復合型材料普及優化，為航空航天事業的發展奠定了堅實基礎。

1.4涂層技術與制造技術廣泛推廣應用，為第五代發動機的發展指明了方向。

2、綜合論述航空發動機刀具技術的實際需求

顧名思義，刀具是規律性切削加工的核心器具，在航空材料加工領域發揮著不可替代的作用。優質的航空產品要求航空元構件具有穩定的性能，兼備節能環保性，且價格低廉。針對加工工藝來說，要具備高效性、可靠性與可再現性等特征。

航空鈦合金與耐高溫合金元件結構復雜、對尺寸與表層粗糙度等有特殊性要求，進一步提高了對切削工具高效性、精確性與安全性的要求。傳統刀具已無法切實滿足航空發動機加工需求，為此，現代刀具逐步向著高效化、高精度化、高專業化方向發展。

創新型航空材料種類繁多，如彌散強化鈦合金、粉末高溫合金等，憑借其優勢，被廣泛應用到航空發動機加工領域，并取得了卓越的成效。為此，深入研究各類鈦合金材料切削工藝，強化切削加工性能，積極開發多元化專業刀具材料勢在必行。

針對航空發動機零構件，如風扇機匣、渦輪機匣、葉輪及葉片等，研發一系列兼具高效性、精密性與安全性的專業刀具，包括車、鉆、拉等。創新刀具技術應當立足于構建完整的道具分析模型，逐步優化模型數據參數，開展精準化設計研究?？偠灾挥写_保刀具性能穩定、精密度符合標準，才能切實滿足加工需求。

3、航空發動機典型元件加工對數控設備的專業化要求

航空制造業對零件加工效率與精密度的標準要求不斷提高，為推進機床技術的創新發展奠定了堅實基礎。復合加工運作模式與多軸聯動數控機床的問世與服務主體對象的實際需求緊密相關。總之，機床的發展方向如下所述：

3.1自動化程度高，要求機床設備具有數字化、前沿化特征，且自動化水平較高。

3.2集成化水平高，附加設備有限，能夠實現各類創新工藝的協調配合。

3.3設備通用性、實用性程度高，可滿足各類加工模式的實際需求。

3.4設備高效化、高精度化特征突出，且核心技術應用成熟。

3.5設備穩定性高，出現緊急故障的概率在合理范圍內。

4、深入探究航空發動機典型零件加工技術

4.1嚴格控制發動機零件材料，優化設計方案

在航空發動機典型零件加工生產過程中，一線技術人員可優先使用復合材料零件。在切削加工零件時，加入具有一定性能的原材料，可進一步降低切削難度系數。例如，在切削加工發動機零件時，添加鎢可提高材料耐高溫性能，添加鉬可提高材料的韌性與強度標準，強化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，一線技術人員應當加大對材料導熱系數不規律下降的重視度。在制定零件加工方案時，綜合考量零件的沖擊韌度與抗拉強度，確保材料選擇的合理性。

通常，發動機軸多使用QT700材料及虛擬性加工，缸蓋多選用ZL101材料。在處理零件的過程中，可依托三維立體模型優化零構件加工的各項細節。根據加工設計的標準確定零件處理工序，選擇對應的機床類型提高加工效率與精確性。使用CAD模型處理方法對發動機零件加工設計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，具體包括典型零件加工工藝特征、技術規范與制造資源庫容量信息等，以此為基準，快速讀取零件的幾何特征信息，進而確保切削參數設定的精確性。

4.2加大對核心零件加工設計的重視，選擇適宜的道具裝備

發動機缸蓋的加工內容主要包括切削進氣門座圈、切削導管、加工上平面螺紋，針對此，專業技術人員應當選擇特定的切削裝備與刀具材料。在應用加工技術的過程中，技術人員應嚴格控制每齒進給量和每轉進給量，根據切削零件的進給量調整刀具運轉速率。在控制主軸轉速的過程中，技術人員要綜合考量加工余量與耐用度，盡可能的提高典型零件的斷裂韌度與抗彎強度。在整個航空發動機構造體系中，凸輪軸屬于最基礎且最重要的零構件，其加工材料多為HT250型材料，且抗拉強度指標參數為250MIN/MPa。由于其耐高溫性能較差，抗拉強度承受能力偏低，在高溫狀態下極易發生形變，因此，對航空發動機凸輪軸構成材料的力學性能有特殊性要求。各項基礎指標如下：

其伸長率與導熱系數最低標準分別為0.5%0.580W/cm-k。除凸輪軸外，曲軸、缸蓋、連桿等也屬于航空發動機的典型零件。針對典型零件的加工技術來說，其核心在于選擇適宜的刀具材料與切削裝備，最大限度的保證加工效率與精確性。

4.3動態監控涂裝技術應用，嚴格檢查加工生產細節

根據零件的尺寸參數選擇適宜的精銑端面槽，并嚴格遵守標準規范使用鏜床加工鏜精密孔，全面且細致的檢查發動機典型零件的孔徑。專業技術人員可采用三維坐標測量儀等檢查預加工零件的尺寸，及時發現零件加工環節存在的問題，將加工半成品零件運送到車銑復合加工中心進行集中處理。通常情況下，航空發動機零件的半成品需要加裝涂層，并結合不同零構件的具體應用特征選擇適宜的涂層。TiN類的發動機零件為金黃色，經專業測定，其硬度標準在1800-2300H之間，其符合低速狀態下采取通用涂裝技術的基本需求。TiN類發動機零件呈紫黑色，且硬度標準較高，符合高速狀態下采取通用涂裝技術的基本需求。此種材料在結構復雜的航空零件加工體系中被廣泛應用，并取得了顯著的成效。

結束語：

綜上所述，在發動機典型零件加工過程中，專業技術人員需制定合理的加工方案，高效應用創新型切割裝備，以提高加工效率與精確性。此外，技術人員要根據裝備的性能與典型零件的設計模型建立材料特征庫，在零構件加工過程中自動調用加工工藝。在典型零件的后置處理過程中，技術人員可根據工件材料的基本特征，參考機床數據庫，進而利用數控機床控制面板調整刀具運行軌跡。

參考文獻：

[1]潘磊，翟瑩瑩.航空發動機典型零件加工技術及裝備探討[J].中國新技術新產品.2017（04）