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)零件加工精度高 發動機零件要保證在高溫、高速、惡劣環境下可靠工作,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
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。