航空发动机典型零件复合加工应用

谢敏燕 惠 畅

（中国航发贵州黎阳航空动力有限公司，贵州 贵阳 550014）

复合加工是一项对操作人员综合能力要求很强的施工工程。航空发动机零件复合加工通常是由同类工艺方法的多种工序加工和不同工艺方法的多工序加工构成的。同类工艺方法的复合加工是基于工序集中原则开展的，它更加倾向于传统的机械加工工艺，也就是说，工件在机床上完成装夹之后，能够按照相同的工艺方法来进行多工序的加工，这种方法的应用是实现航空发动机制造技术快速发展的最主要 方式。

1 复合加工工艺概述

需要避免加工过程受到影响。和传统的加工流程相比，车铣复合加工中心具有主轴刀具的回转功能，因此整体机床体积变得更大。在加工零件的过程中，需要充分考虑机床本身是否会对所加工零件以及机床等产生影响。而解决该问题的主要办法便是借助智能软件、建立零件加工时的三维数据模型，通过运行数控加工程序来对刀具的具体运行轨迹进行判断，并根据轨迹结果来对加工刀具的位置进行相应的调整，确保主轴刀具的运转拥有足够的空间。

2 标准的航空零部件复合加工

2.1 整体机匣

整体机匣在三代、四代机上已广泛应用，特点是结构复杂、尺寸精度高、薄壁、材料难加工、变形量难以控制，材料去除率达60%以上。特别是钛合金类机匣多形状特征岛屿、凸台及安装边内外表面的加工，面临着严峻挑战。而这些所使用材料的加工技术通常是一个发达国家的重要工艺机密，尽管在具体使用过程中可以通过引进以及购置的方法来解决绝大多数问题，但是最核心的机匣问题往往无法得到解决。因此，我国必须加速自身在航空航天机匣方面的研究，掌握核心技术。在对复杂的机匣结构进行精密切削等工艺时，不仅需要注重加工效率的提升，同时还需要对表面的完整性进行有效控制，确保对机匣的损伤是最小的。因此，现阶段在进行机匣加工时，呈现出应用复合强化工艺的趋势，通过该种技术的应用，能够显著提升零件的抗疲劳性能，提升其稳定性。

2.2 整体叶盘

通过将整体叶盘类零件应用于车铣复合加工中芯，能够实现同一台机床上同时进行叶身型面铣削加工、轮盘表面精车加工等工艺工序。由于叶盘加工是一个工程化和技术上多学科融合的项目，复合加工工艺的技术目标是为航空发动机叶盘数字化精加工生产线提供一套完整的技术方案。该方案采取先进的管理思想、先进的数字化手段和先进的制造工艺，突破“叶盘精加工制造流程设计与数字化定义”“叶盘数字化精加工生产线先进布局规划”“叶盘数字化精加工生产线生产过程管理技术研究”“叶盘零件数字化工艺技术”“叶盘零件制造检测一体化技术”等五项关键技术，起点高，工艺先进，较好地解决叶盘在数字化工艺、高质高效加工技术和检测技术方面的 瓶颈。

3 航空发动机典型零件复合加工技术的应用

3.1 机床复合加工与3D金属打印技术的应用

3D打印增材制造的成型工艺，已经成为中国制造2025的重要环节，致力于推动增材制造向自动化、信息化、数字化、智能化方向发展，实施中国制造强国战略。增材制造的独特技术优势成了模具行业追随的目标。增材制造的一些不足制约了其应用和发展，主要是零件尺寸精度和表面粗糙度难以控制，而减材加工能保证零件尺寸精度和表面粗糙度，两者兼顾，两者结合则是真正的发展趋势。增减材复合加工设备研究涉及计算机辅助设计、材料加工、成型技术和装备智能化以及数字化等方面，我国目前这方面研究和应用与先进制造国家相比存在着一定的差距，相信在不久的将来一定会推出先进的增减材复合加工技术，服务于制造行业，服务于模具行业。

3.2 车铣复合加工技术的应用

车铣复合机床是复合加工机床中发展最快、使用最广泛的数控设备。ESPRIT是由美国机械加工应用领域有很大影响的DP Technology技术公司开发的CAM软件产品，它集成了20多年的G代码编程经验、机加工知识和CNC经验，ESPRIT在车铣复合加工程序编制方面尤为擅长。ESPRIT为多任务、多功能CNC数控机床提供了专门设计的集成编程环境。支持铣削和车削中任意A，B，C，X，Y和Z轴配置的独立的、同时或同步的组合加工。利用带有B轴的车铣复合机床的强大而又灵活的加工功能，可精确地对零件前、后端面同时执行5轴或5轴分度铣削。使用ESPRIT的C轴和Y轴和的车铣复合指令，可以在一个G代码程序中组合进车削、铣削和钻削加工操作，从而完全发挥机床的多任务加工能力。

3.3 复合材料五轴超声切割机床加工技术的应用

在航空、航天、船舶等机械加工领域，复合材料得到广泛应用。针对复合材料的切割加工也演变出多种加工方法，其中超声切割技术是当前国际复合材料加工领域应用最为广泛的一种先进切割加工技术，这种加工方式通过在蜂窝芯加工过程中对切削刀具施加耦合超声振动，使刀具与被加工材料的接触状态和作用机制发生变化，从而达到对复合材料特别是Nomex蜂窝芯零件的成型加工。

3.4 航空复合材料维修数字化技术在国际维修领域的应用

国外一些知名的飞机维修企业，在基于对产品数模、装配技术保密以及适航要求的前提下使用维修手册，而在研究发展方面实施全数字化设计维修技术、运用数字化技术对修理方案的结构性能进行力学分析、对维修过程产品航材的准确定位以及航材订购的管控，以保证修理的可靠性和维修过程管控性，而对于国内维修企业，这些数字化技术被牢牢控制在OEM手中。

4 结束语

使用计算机辅助软件进行结构疲劳分析可大大缩短设计周期和降低设计成本，对工程应用具有很大的指导意义。研究表明，某型航空发动机二次检修发现的支架零件侧面根部裂纹主要是由倒角半径过小导致的。虽然增大倒角半径有利于避开零件的2阶共振带，但是根部应力集中水平才是影响结构疲劳的直接因素。增大倒角半径可以降低零件根部应力集中水平，从而达到提高该零件使用寿命的目的。根据nCode DesignLife疲劳分析结果，为实现使用寿命的最大化，建议将当前支架零件侧面根部倒角半径由1.5mm调整为2.5mm。进一步提高零件使用寿命还需配合零件背面根部倒角尺寸进行优化设计。