新一代航空發(fā)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)零件加工精度高 發(fā)動機零件要保證在高溫、高速、惡劣環(huán)境下可靠工作,需要零件具有良好的配合質量和互換性,一方面對零件的加工精度要求極高,很多零件的精度要求都在微米/ 次微米級,非配合表面粗糙度要在Ra1.6 以下,配合表面粗糙度在Ra0.8 以下;另一方面,對設備的加工精度及精度保持性要求很高,還要配套相應的精密檢測設備,甚至需要多軸多功能復合加工與檢測一體的設備來完成。 (2)多種冷卻小孔 航空發(fā)動機渦輪葉片、燃燒室、火焰筒等零組件的冷卻小孔每臺份多達數(shù)十萬個,而且是異形精密群孔,尺寸在?0.1-0.3mm ,孔的位置呈空間多向分布,其外壁還有涂層。孔的形位精度和孔壁表面質量要求高,常規(guī)的鉆孔、沖孔方法難以滿足要求,需要激光、電子束、電火花等特種加工技術和裝備。 (3)零件表面特種工藝要求多 為了提高發(fā)動機零件的耐磨、防腐蝕、抗疲勞性能,需要采用表面強化、噴涂、噴丸、滲鍍等表面處理技術與裝備。渦輪導向葉片、燃燒室采用的陶瓷熱障涂層,尤其是渦輪葉片表面高溫防腐蝕涂層,其
在實際加工中刀具的選擇應考慮以下幾個因素:工件材料、工件形狀、加工要求、加工機床、系統(tǒng)剛性以及表面質量技術要求等。 以渦輪機匣零件為例: 1. 從工件材料上分析,變形高溫合金、鑄造高溫合金等難加工材料大量采用,這些難加工材料導熱系數(shù)小、強度大、切削溫度高,易產生加工硬化,切削時刀具磨損快,刀具壽命短,刀具消耗量大,因此必須合理選擇刀具幾何角度。 2. 從工件結構上來看,壁薄、剛性差、難加工。加工零件凸起部分時,刀具系統(tǒng)容易與零件、夾具干涉,因此,必須對刀具路徑進行優(yōu)化,如插銑加工代替?zhèn)茹姡招谐炭焖僮叩叮瑑?yōu)化抬刀位置,采用螺旋插補等方式進行銑削。 3. 從加工工序上分析,機匣需要經過粗加工、半精加工、精加工,為了節(jié)省刀具費用,在制造這類零件時,粗加工時可采用高性能陶瓷銑刀,半精加工和精加工時采用標準硬質合金刀具和非標高性能專用刀具,這樣可顯著提高生產效率。 4. 從加工經濟性方面上來說,刀具配置方案需要不斷改進,盡量采用刀具商最新研發(fā)的產品。
航空發(fā)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(shù)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(xiàn)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。