高壓水射流技術及其在民用航空發動機制造中的應用

摘 要：航空工業是一個國家工業實力的重要體現，隨著經濟的快速發展，我國的民用航空發展迅猛，對于航空發動機的需求逐年增加。航空發動機是飛機的心臟，其工藝復雜、制造的難度較大，從而給航空發動機的加工制造帶來了不小的難度。高壓水射流加工技術是近些年發展起來的一種新型的加工技術，其主要利用高壓水完成對于零部件的加工、切割、強化與去毛刺等。文章在分析高壓水射流加工技術原理及特點的基礎上對其在民用航空發動機加工中的應用進行了分析闡述。

關鍵詞：高壓水射流；航空發動機；加工應用

前言

高壓水射流加工技術最早起源于前蘇聯，經過多年的發展與完善，現今的高壓水射流加工技術已經能夠應用于機械加工中的多個方面。隨著科技的發展與進步，高壓水射流加工技術已經在航空航天、船舶、軍工等多個領域中得到了較為廣泛的應用。近些年來，國家加大了對于航空發動機領域研究，各種新型材料的使用使得高壓水射流加工技術在其中得到較為良好的應用，通過高壓水射流加工技術在民用航空發動機加工中的應用，可以使得以往加工較復雜或難以實現的工藝過程，如發動機零部件表面的強化、噴嘴噴桿微小孔內孔去除毛刺、整體葉盤開槽加工以及火焰筒群孔加工都能夠更為簡單、高效，通過在航空發動機加工中應用高壓水射流加工技術對于提高民用航空發動機的加工效率與加工質量有著積極的意義。

1 高壓水射流加工技術的工作原理及特點

高壓水射流加工技術最早起源于前蘇聯，被應用于礦山開采、木材切割等領域，隨著科技的進步，高壓水射流加工技術在發展中被不斷的完善，其應用領域也在不斷的擴展。高壓水射流加工技術最主要依靠的是通過抽取并將水加壓至幾十甚至于幾百兆帕，這些加壓后的高壓水被從特殊設計且孔徑很小的噴嘴中噴射出來，依靠噴射出來的高壓水的動能的沖擊作用來對零部件進行加工的一種新型加工方法。高壓水射流加工技術與激光、離子束等都屬于高能加工的范疇。高壓水射流加工技術中最主要部分是高壓水射流系統，其整體主要由增壓系統、供水系統、增壓恒壓系統以及噴射管路系統、零部件加工工作臺以及水循環系統等組成。在高壓水的增壓環節其主要依靠的是油壓系統來推動大活塞往復運動來對水進行加壓，其大活塞的往復運動依靠的是油壓換向閥控制并改變油路的方向。在高壓水射流系統工作時，首先供水系統對水進行凈化處理，并在凈化完成后的純凈水中加入一定的防銹劑等添加劑，而后通過使用抽水泵將水從儲槽中抽入到水加壓缸中。增壓器是高壓水射流系統中的核心環節，其通過依靠液壓來推動大活塞進行往復運動來對泵入其中的水進行加壓，增壓器的結構及原理圖如圖1所示。增壓器在工作時的增壓比主要體現的是大活塞與小活塞的面積之比，完成增壓后的高壓水的壓力能夠達到100-750MPa之間。相較于傳統的加工方式，高壓水射流加工技術具有冷態加工、加工工藝簡單、方便、能夠實現多種材料的加工、加工效率高等特點。

2 高壓水射流加工技術在民用航空發動機加工中的應用

高壓水射流加工技術隨著多年的發展與完善，已經在多個加工領域中得到了廣泛的應用，其能夠對以往傳統加工方式中的某些局限進行良好的補充，更好的改善并完成零部件的加工。航空發動機結構復雜，加工難度較大。通過將高壓水射流加工技術應用于航空發動機加工中的零部件的打孔、清洗以及表面毛刺處理和強化處理等加工中可以取得良好的加工效果。在國外航空發動機的加工中，高壓水射流加工技術已經得到了廣泛的應用。

2.1 高壓水射流加工技術在民用航空發動機噴嘴、噴桿等加工中的應用

民用航空發動機的生產制造中要求燃油噴嘴、噴桿等的微細孔內孔表面光滑，不得有毛刺，使用傳動的加工方法費時費力且無法取得良好、穩定的加工效果。通過在此類零部件的加工中應用高壓水射流加工技術，利用高壓水射流加工系統產生的高壓水所具有的動能來沖擊并去除零件加工中所產生的毛刺等，完成細孔內表面等難加工、難清洗部位的光整加工。通過應用此類方法能夠良好的完成零部件微細孔的光整加工且不損傷細孔內零部件的基體，對于提高該類零部件加工的效率與質量有著極為重要的意義。

2.2 高壓水射流加工技術在航空發動機火焰隔熱屏加工中的應用

火焰隔熱屏是航空發動機中極為重要的零部件，其結構復雜，在對其進行加工時需要完成波峰、波谷上所分布的十幾萬個1.0mm群孔打孔作業，同時火焰隔熱屏的壁厚極薄，在對其進行加工時不宜使用較大的壓力以避免變形。在以往的加工過程中采用激光、電火花等高能熱的加工方式，其加工效率較低且容易在孔面形成高溫熱再鑄層，嚴重影響了火焰隔熱屏的加工質量。在火焰隔熱屏的加工中應用高壓水射流加工技術，通過對加工時的水壓一級噴嘴的孔徑等進行調節，可以更好的對火焰隔熱屏進行加工。相較于諸如激光等其他高能加工方式，其加工效率提高了一倍，并且高壓水射流屬于冷態加工，加工區域溫升小，有效的避免了高溫加工所帶來的熱變形與再鑄層的問題。

2.3 葉盤開槽加工

在整體葉盤葉形加工中以往多使用的是傳統的銑削加工方式，效率低下且刀具成本較高，將高壓水射流技術應用在整體葉盤的開槽粗加工中能夠高效的減少后續精加工的加工余量，提高粗加工的效率并降低加工的刀具成本。在對整體葉盤開槽加工中可以采用5軸聯動的高壓水射流切割設備完成對于葉盤的開槽加工，在加工時選用0.3mm的高壓水噴頭，高壓水的壓力保持在300MPa以上，能夠快速的完成整體葉盤葉形的開槽粗加工，且對后續的精加工沒有影響。

2.4 應用高壓水射流技術實現對于發動機零部件表面的強化

通過利用高壓水射流系統中所產生的高壓水在開放式的水箱中能夠完成金屬零部件表面的強化，高壓水的壓力作用可以使得金屬零部件取得較為良好的金屬材料表面質量，改善金屬零部件表面的機械性能。噴丸等常用表面強化方法為保證丸粒可靠作用于零件表面，對零件的結構有一定的要求，而高壓水射流技術可以實現對丸粒可達性較差的狹窄區域的表面強化。高壓水射流技術除了以上應用實例外還可以應用于發動機復合材料進氣機匣、寬弦風扇葉片等關鍵零部件的加工。

3 結束語

隨著高壓水射流技術的不斷進步與發展，高壓水射流技術所具有的優異加工能力在航空發動機零部件加工制造中得到了極大的認可，應用也越來越廣泛。尤其在近些年需求越來越大的民用航空發動機領域，其不斷采用的新材料、新技術更是為高壓水射流技術的應用提供了更加廣闊的前景。

參考文獻

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