新一代航空發(fā)動機(jī)總共有3 萬多個零件,涉及230 多種不同標(biāo)準(zhǔn)的材料,與加工制造相關(guān)的特點(diǎn)具體如下: (1 )零、組件種類眾多 航空發(fā)動機(jī)主要零件有葉片、帶榫槽輪盤、整體葉盤、軸、環(huán)形與鼓筒件、噴嘴組件、齒輪、軸承、緊固件、導(dǎo)管等10 大類。如圖1 所示,葉片分為風(fēng)扇葉片、壓氣機(jī)葉片、渦輪葉片以及與之對應(yīng)的靜子整流葉片,機(jī)匣有風(fēng)扇包容機(jī)匣、壓氣機(jī)機(jī)匣、燃燒室機(jī)匣、渦輪機(jī)匣以及分布在它們之間的級間機(jī)匣,有的整流葉片還與機(jī)匣整體成形,各類轉(zhuǎn)子葉片都通過榫接結(jié)構(gòu)連接在轉(zhuǎn)子盤上。為了減重增效、提高推重比,壓氣機(jī)前段越來越多采用整體葉盤結(jié)構(gòu)。 (2)難加工材料多 航空發(fā)動機(jī)大量采用高溫合金、鈦合金、高強(qiáng)度鋼材料,復(fù)合材料、工程陶瓷材料等新材料也越來越多地應(yīng)用到高性能航空發(fā)動機(jī)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。
目前航空發(fā)動機(jī)制造工藝過程中應(yīng)用較為廣泛的復(fù)合加工技術(shù)有以下2種: (1)基于工序集中原則,以多種機(jī)械加工工藝為主的復(fù)合加工技術(shù)。例如:車削、銑削、磨削、鉆削、鏜削和絞削等工藝,其中的部分工藝可以一次性裝夾完成。 (2)特種加工方法與切削、磨削組合,去除材料工藝方式的復(fù)合。例如:激光、電火花和超聲波等特種加工方法與切削、磨削的組合。
航空發(fā)動機(jī)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(yán)重使其成為典型的難加工材料。 高溫合金家族共有的特點(diǎn):導(dǎo)熱性差、彈性模量小、化學(xué)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(qiáng)度、高韌性和高硬度的特點(diǎn)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(yīng)力集中,切削溫度高,切屑不易折斷并且鋸齒化嚴(yán)重,刀具磨損嚴(yán)重,導(dǎo)致加工效率很低,工件加工表面質(zhì)量較差。