刍议航空发动机典型零件加工技术及装备

孙巍 李澄 龚天才 孙升志

摘 要：众所周知，航空发动机元构件对精密度有较高的要求，为此，一线技术人员要创新产品交工模式，减小误差，提高零件加工效率与质量等级。本文首先简要论述了航空发动机典型零件的基本特征，以刀具技术与数控设备为切入点展开深度探究。

关键词：航空发动机；典型零件；刀具技术；数控设备；

1、简述航空发动机的基本特征

为提高航空发动机性能安全稳定性，在完善设计水平的基础上，要优选材料、高效应用创新工艺、优化结构设计。据业内调查可知，材料与制造工艺在强化航空发动机性能方面所占据的比例在50%-70%之间。随着现代科技水平的提高与领域创新，航空发动机制造工艺逐步趋向高效化、智能化、集成化方向发展，且发动机材料也更加轻量化、预制化、经济化，耐受性能进一步得到完善。航空发动机材料与制造工艺的基本特征如下所述：

1.1材料强度与耐高温水平不断提高，元构件承载负荷能力增强，各类超高温合金材料层出不穷，且尖端制造技术取得了实质性突破，这在一定程度上为提升发动机性能稳定性创造了有利条件。

1.2整体结构轻量化、精密化，制造工艺高效化、经济化，这使得发动机部件质量不断减轻，并缩短了生产加工周期，节约成本投入。

1.3元构件制造工艺的应用日趋完善，复合型材料普及优化，为航空航天事业的发展奠定了坚实基础。

1.4涂层技术与制造技术广泛推广应用，为第五代发动机的发展指明了方向。

2、综合论述航空发动机刀具技术的实际需求

顾名思义，刀具是规律性切削加工的核心器具，在航空材料加工领域发挥着不可替代的作用。优质的航空产品要求航空元构件具有稳定的性能，兼备节能环保性，且价格低廉。针对加工工艺来说，要具备高效性、可靠性与可再现性等特征。

航空钛合金与耐高温合金元件结构复杂、对尺寸与表层粗糙度等有特殊性要求，进一步提高了对切削工具高效性、精确性与安全性的要求。传统刀具已无法切实满足航空发动机加工需求，为此，现代刀具逐步向着高效化、高精度化、高专业化方向发展。

创新型航空材料种类繁多，如弥散强化钛合金、粉末高温合金等，凭借其优势，被广泛应用到航空发动机加工领域，并取得了卓越的成效。为此，深入研究各类钛合金材料切削工艺，强化切削加工性能，积极开发多元化专业刀具材料势在必行。

针对航空发动机零构件，如风扇机匣、涡轮机匣、叶轮及叶片等，研发一系列兼具高效性、精密性与安全性的专业刀具，包括车、钻、拉等。创新刀具技术应当立足于构建完整的道具分析模型，逐步优化模型数据参数，开展精准化设计研究。总而言之，只有确保刀具性能稳定、精密度符合标准，才能切实满足加工需求。

3、航空发动机典型元件加工对数控设备的专业化要求

航空制造业对零件加工效率与精密度的标准要求不断提高，为推进机床技术的创新发展奠定了坚实基础。复合加工运作模式与多轴联动数控机床的问世与服务主体对象的实际需求紧密相关。总之，机床的发展方向如下所述：

3.1自动化程度高，要求机床设备具有数字化、前沿化特征，且自动化水平较高。

3.2集成化水平高，附加设备有限，能够实现各类创新工艺的协调配合。

3.3设备通用性、实用性程度高，可满足各类加工模式的实际需求。

3.4设备高效化、高精度化特征突出，且核心技术应用成熟。

3.5设备稳定性高，出现紧急故障的概率在合理范围内。

4、深入探究航空发动机典型零件加工技术

4.1严格控制发动机零件材料，优化设计方案

在航空发动机典型零件加工生产过程中，一线技术人员可优先使用复合材料零件。在切削加工零件时，加入具有一定性能的原材料，可进一步降低切削难度系数。例如，在切削加工发动机零件时，添加钨可提高材料耐高温性能，添加钼可提高材料的韧性与强度标准，强化发动机零件的使用效果。但是，在发动机典型零件加工中添加合金元素，一线技术人员应当加大对材料导热系数不规律下降的重视度。在制定零件加工方案时，综合考量零件的冲击韧度与抗拉强度，确保材料选择的合理性。

通常，发动机轴多使用QT700材料及虚拟性加工，缸盖多选用ZL101材料。在处理零件的过程中，可依托三维立体模型优化零构件加工的各项细节。根据加工设计的标准确定零件处理工序，选择对应的机床类型提高加工效率与精确性。使用CAD模型处理方法对发动机零件加工设计方案进行数字化处理。建立单个典型精密零件的CAD模型特征信息表，具体包括典型零件加工工艺特征、技术规范与制造资源库容量信息等，以此为基准，快速读取零件的几何特征信息，进而确保切削参数设定的精确性。

4.2加大对核心零件加工设计的重视，选择适宜的道具装备

发动机缸盖的加工内容主要包括切削进气门座圈、切削导管、加工上平面螺纹，针对此，专业技术人员应当选择特定的切削装备与刀具材料。在应用加工技术的过程中，技术人员应严格控制每齿进给量和每转进给量，根据切削零件的进给量调整刀具运转速率。在控制主轴转速的过程中，技术人员要综合考量加工余量与耐用度，尽可能的提高典型零件的断裂韧度与抗弯强度。在整个航空发动机构造体系中，凸轮轴属于最基础且最重要的零构件，其加工材料多为HT250型材料，且抗拉强度指标参数为250MIN/MPa。由于其耐高温性能较差，抗拉强度承受能力偏低，在高温状态下极易发生形变，因此，对航空发动机凸轮轴构成材料的力学性能有特殊性要求。各项基础指标如下：

其伸长率与导热系数最低标准分别为0.5%0.580W/cm-k。除凸轮轴外，曲轴、缸盖、连杆等也属于航空发动机的典型零件。针对典型零件的加工技术来说，其核心在于选择适宜的刀具材料与切削装备，最大限度的保证加工效率与精确性。

4.3动态监控涂装技术应用，严格检查加工生产细节

根据零件的尺寸参数选择适宜的精铣端面槽，并严格遵守标准规范使用镗床加工镗精密孔，全面且細致的检查发动机典型零件的孔径。专业技术人员可采用三维坐标测量仪等检查预加工零件的尺寸，及时发现零件加工环节存在的问题，将加工半成品零件运送到车铣复合加工中心进行集中处理。通常情况下，航空发动机零件的半成品需要加装涂层，并结合不同零构件的具体应用特征选择适宜的涂层。TiN类的发动机零件为金黄色，经专业测定，其硬度标准在1800-2300H之间，其符合低速状态下采取通用涂装技术的基本需求。TiN类发动机零件呈紫黑色，且硬度标准较高，符合高速状态下采取通用涂装技术的基本需求。此种材料在结构复杂的航空零件加工体系中被广泛应用，并取得了显著的成效。

结束语：

综上所述，在发动机典型零件加工过程中，专业技术人员需制定合理的加工方案，高效应用创新型切割装备，以提高加工效率与精确性。此外，技术人员要根据装备的性能与典型零件的设计模型建立材料特征库，在零构件加工过程中自动调用加工工艺。在典型零件的后置处理过程中，技术人员可根据工件材料的基本特征，参考机床数据库，进而利用数控机床控制面板调整刀具运行轨迹。

参考文献：

[1]潘磊，翟莹莹.航空发动机典型零件加工技术及装备探讨[J].中国新技术新产品.2017（04）