新一代航空發動機總共有3 萬多個零件,涉及230 多種不同標準的材料,與加工制造相關的特點具體如下: 零組件結構復雜: 風扇/ 壓氣機/ 整體葉盤葉片屬于典型的自由曲面零件,結構復雜、剛性差,加工過程易變形,需要高性能多軸數控加工設備;風扇/ 壓氣機/ 燃燒室/ 渦輪/ 中介機匣需要高精度多軸坐標鏜、高精度立式車/ 磨數控裝備、電解或線切割裝備;壓氣機轉子組合后葉尖高速磨削和機匣組件高精度立式磨削設備;盤類零件輻板、周向榫槽、軸向深孔等形狀復雜,需采用車銑磨復合、拉削、成形磨削等特殊設備或新工藝裝備;燃油噴嘴桿芯/ 活門安裝座/ 外殼油路和冷卻型腔復雜,需要增材制造設備,其活門組件很多小微零件的形位公差甚至到亞微米級,需要車銑磨一體復合加工設備;整體葉盤修復需要線性摩擦焊設備,而高壓渦輪盤軸組件、高壓壓氣機轉子、風扇盤所需要的慣性摩擦焊設備,對發動機減重和提高耐高溫性至關重要。
航空發動機零件的整體化、結構化、輕量化是大推比發動機的重要設計特性之一。整體結構件具有減重、減級、增效并提高可靠性的優點,符合航空發動機零部件易維護、高可靠性和長壽命的服役需求。 例如將壓氣機盤和軸頸設計為一體的壓氣機盤,將轉子葉片和壓氣機盤設計為一體的整體葉盤等。整體結構零件結構復雜,和原單體零件相比裝夾定位效果明顯削弱,使得零件剛性減弱,加工中容易產生振顫。因而加工中零件個別部位容易產生變形,幾何尺寸和表面質量受到一定程度影響。單體葉片加工時可以夾緊葉片的軸頸部位,同時用頂尖頂住葉冠,一個方向夾緊,一個方向支撐。整體葉盤銑削葉片時只能以夾緊輪轂的前后緣板,葉冠無支撐,葉片在懸臂狀態下加工,工藝性明顯劣于單體葉片。因此整體結構零件基本上融合了原來兩個單體零件,盤和葉片的加工難度。
航空發動機的渦輪盤、整體葉盤、渦輪葉片等零件的材料大多為鈦合金和鎳基高溫合金,如圖所示,由于大多是薄壁件,因此對其制造精度要求極高,對其加工刀具要求亦很高。高溫合金加工時由于其切削力大、加工硬化傾向大、切削溫度高、刀具磨損嚴重使其成為典型的難加工材料。 高溫合金家族共有的特點:導熱性差、彈性模量小、化學活性高和摩擦系數大,還具有其他高溫合金不具備的高強度、高韌性和高硬度的特點使得其歸屬于難加工材料行列。在車削過程中主要表現在切屑與前刀面接觸面積小,刀尖應力集中,切削溫度高,切屑不易折斷并且鋸齒化嚴重,刀具磨損嚴重,導致加工效率很低,工件加工表面質量較差。