特種加工工藝在復雜整體構件加工中的應用

林靜

摘 要：經濟的發展離不開工業的支持，實體制造業是經濟的基礎與脊梁。整體構件是一種在航空、航天、武器裝備發動機中應用較為廣泛的部件，極大地促進了我國航天、航空事業的發展。在整體構件的機械加工過程中傳統的銑削等加工方式已經能夠取得較好的加工精度，但是成本相對較高，本文在分析整體構件現今主要所采用的加工技術的基礎上對整體構件加工的趨勢進行分析闡述。

關鍵詞：整體構件；加工技術；特種工藝；發展趨勢

中圖分類號：TG66 文獻標識碼：A

整體構件現今多應用于航空、航天及軍事裝備的發動機制造中，由于其體積小、重量輕及可靠性高的特點對于航空、航天及軍事裝備的發展有著巨大的推動作用。整體構件在加工制造過程中面臨著幾何結構形狀復雜、材料硬度高等的難題，使得整體構件的加工成本居高不下，現今所采用的傳統的車削、銑削等的加工技術盡管能夠取得較高的加工精度，但是加工成本較高。為更好地使整體構件能夠應用于航空、航天等領域，應當積極探索整體構件加工制造的新方法、新工藝從而為我國的航空、航天及軍事裝備領域的發展添磚加瓦。

1.整體構件的結構特點及加工技術現狀分析

整體構件幾何結構復雜且材料硬度較高從而為整體構件的加工制造帶來了不小的難度。以航空發動機葉輪為例，航空發動機葉輪由于需要承受極高的溫度和極高的轉速，為滿足這一需求多使用鈦合金作為其主要的材料，同時航空發動機葉輪對于幾何尺寸的精度要求較高，因此在現今的機械加工過程中多采用的是五軸機床來進行加工。對于航空發動機中的敞開式可達性較高的葉輪傳統的機械加工方式能夠滿足加工精度的要求，而對于一些半閉式和閉式的整體構件其加工難度極大，需要采用特種加工手段來進行加工。以整體機匣、帶冠整體葉輪以及三元整流體葉輪等結構特點如下：（1）上述整體構件中的氣流通道多為結構復雜的異形型腔，其在空間分布中形成二維或是三維的彎曲從而為整體構件的加工制造帶來了極大的困難，且氣流通道極為狹窄不利于傳統的機械加工方式的加工。（2）上述整體構件中每種都分布著大量的氣流通道，加工精度要求極高且對于整體構件的幾何尺寸及型面精度要求很高，傳統的機械加工方式較難達到其加工要求。（3）此外，整體構件在設計的過程中為保證工件的強度及重量，要求多采用比重較高、硬度較大的材質，同時整體構件多為薄壁件結構，加工難度極大。

整體構件的上述特點為整體構件的加工帶來了不小的難度：（1）對于一些封閉或是半封閉的整體構件來說，其內部所含有的復雜、狹窄的氣流通道使得刀具無法進入到其相應的位置甚至于通過一些復雜的空間運動也無法利用直柄刀具進入到所需要加工的整體構件中的位置。（2）材料硬度大從而對整體構件機械加工中所使用的刀具提出了較高的要求。（3）在整體構件的機械加工中需要穩定性、可靠性都較高的加工工藝。（4）為完成對于復雜性極高的整體構件的加工在加工設備上多使用的是精度要求很高的四軸或是五軸機床。（5）在復雜整體構件的機械加工過程中由于結構復雜因此在整體構件的裝夾、工藝設計上都需要投入較大的精力，在整體構件的加工過程中如采用特種加工為確保加工質量需要確保整體構件特種加工中的工具和工件之間保持一定的間隙，此外在整體構件的工藝設計中由于工藝復雜、加工難度大，在整體構件的加工中需要對各工序之間的接刀和多工序之間的統一基準問題引起足夠的重視，為提高整體構件的加工精度與加工效率，各國都投入了大量的人力物力研究對于整體構件的特種加工工藝。

2.特種加工工藝在整體構件加工中的應用

隨著整體構件應用的提高使得特種加工工藝在整體構件機械加工中的應用逐漸增多，在整體構件的加工過程中使用電解加工發動機中的整體葉輪是應用較為成功的典范，飛機發動葉輪葉型彎扭幅度較大，且葉片較薄屬于機械加工中的薄壁件加工，且飛機發動機葉片之間的氣體流通通道狹窄，需要承受較高的溫度，因此在材質的選擇上多使用的是高溫合金和特合金等特種材質，在葉輪的加工過程中對于葉輪的型面尺寸也提出了較高的要求，從而使得發動機葉輪整體構件的加工難度極大。現今在整體構件的加工過程中主要采用的是電解加工、數控銑削加工和線性摩擦焊等幾種加工方式，電解加工和數控銑削加工是應用較多也是應用較為廣泛的兩種加工方式，電解加工在發動機葉輪的加工過程中相較于其他兩種加工方式具有以下特點：（1）加工速度快、加工成本較低的特點，使用電解加工主要利用的是金屬材料陽極電化學溶解的原理，加工效率高且無工具損耗，相較于數控銑削加工能夠極大地降低加工中對于高級合金刀具的需求與損耗。在電解加工中德國MTU公司是使用此種技術較多的公司，在國內中對于復雜整體構件的電化學加工仍處于探索應用階段，電化學加工技術也陸續成功應用于對于航空、航天及武器裝備中的復雜的整體構件的加工中，此外，國內各主要高校也積極開展了對于電化學加工這一加工效率高、加工成本低的加工技術的研究與應用。通過研究表明，使用電化學加工技術在復雜整體構件的加工過程中能夠降低約50%～80%的時間消耗，尤其是對于長葉片的電化學加工其省時優勢更為明顯。對于復雜結構的整體構件其在對于氣道彎扭度較大的超薄型整體葉輪的加工中有著較為明顯的加工優勢。隨著技術的發展及需求的增加，越來越多的復雜整體構件將會逐步涌現，因此，加大對于數控電解技術的研究與應用是解決復雜整體構件加工難題的重要的加工技術，通過國外某公司在對航空發動機中的復雜整體葉輪、機匣等在加工過程中應用電化學加工技術的分析表明，通過在加工中應用了電解加工技術能夠有效地降低發動機整體葉輪的尺寸偏差與葉間通道寬度，極大地提高了復雜整體構件的加工效率和加工精度。

3.特種加工技術在整體構件加工中的發展趨勢分析

隨著新技術、新材料在航空、航天及武器裝備研制中的應用將來會出現越來越多的結構復雜的整體構件，為提高復雜整體構件的加工效率和加工精度需要更多地做好以電解加工技術為代表的新型的特種加工技術在復雜整體構件加工中的應用。未來，復雜整體構件的特種加工技術將會具有以下的發展趨勢：（1）復雜整體構件的加工技術將會向著更為健康、優質、高效的方向發展，由于現今的復雜整體構件其表面多分布著數十乃至數百的結構復雜的型腔且對于整體構件的型面加工質量要求極高，因此，為做好對于復雜整體構件的加工，新的特種加工技術應當將提高加工效率和加工精度方面作為主要的研究方向。（2）基于加工原理拓展新的加工技術，通過積極改進特種加工性能和發展新的加工技術或是尋求復合加工技術等的途徑以應對日益發展的新型材料、特殊結構以及特殊要求等的難題，這一方向是復雜整體構件加工的重要的發展趨勢。（3）做好現有加工技術的集成創新通過將兩種或是多種加工工藝進行有機組合，將技術集成創新作為技術發展的主要方向，尤其是對于閉式整體構件的整體制造有著極為重要的意義。（4）積極做好新的復雜整體構件加工技術的研究并將其應用于復雜整體構件的加工中是復雜整體構件加工技術的重要發展方向之一。

結語

在復雜整體構件的加工中除傳統的機械銑削等加工技術外應當積極做好對于復雜整體構件加工的各種特種加工技術研究與應用，以促進我國航空、航天及軍事裝備的發展。本文在分析復雜整體構件加工技術特點的基礎上對新型復雜整體構件加工技術的發展方向及趨勢進行了分析。

參考文獻

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