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: (1 )零、組件種類眾多 航空發動機主要零件有葉片、帶榫槽輪盤、整體葉盤、軸、環形與鼓筒件、噴嘴組件、齒輪、軸承、緊固件、導管等10 大類。如圖1 所示,葉片分為風扇葉片、壓氣機葉片、渦輪葉片以及與之對應的靜子整流葉片,機匣有風扇包容機匣、壓氣機機匣、燃燒室機匣、渦輪機匣以及分布在它們之間的級間機匣,有的整流葉片還與機匣整體成形,各類轉子葉片都通過榫接結構連接在轉子盤上。為了減重增效、提高推重比,壓氣機前段越來越多采用整體葉盤結構。 (2)難加工材料多 航空發動機大量采用高溫合金、鈦合金、高強度鋼材料,復合材料、工程陶瓷材料等新材料也越來越多地應用到高性能航空發動機上。這些材料的加工性極差,對工藝裝備的剛性和切削刀具的要求極其苛刻,還需要大量的特種工藝裝備。
復合加工工藝注意要點: (1)防止加工中出現干涉。由于車銑復合加工中心增加了銑削加工時的主軸刀具回轉功能,使其不同于原來車床的滑枕加刀夾結構,顯得較為龐大。在加工零件時,必須要考慮是否會與零件、夾具、機床工作臺(或轉盤)產生干涉與碰撞。解決的方法是,應用幾何虛擬仿真技術,虛擬仿真軟件環境建立零件、夾具、機床工作臺(或轉盤)和機床銑削主軸準確的三維數據模型,運行數控加工程序,檢查刀具軌跡是否過切,判斷銑削主軸是否與零件、夾具以及工作臺干涉,并根據干涉具體情況采取有效措施予以調整,通過加長刀具刀桿的長度,加高夾具的高度,使銑削主軸有足夠的運動行程空間。 (2)工藝路線編排合理。車銑復合或銑車復合工序盡量安排在零件的精加工階段,也即零件的最終成形加工階段。粗加工或半精加工工序安排在常規設備上進行。這樣既可以規避高端設備資源緊張的情況,又最大化的將車、銑、鉆、鏜等多個工藝集中,一次性加工完成工件大部分加工,提高零件的加工精度。
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。