高效加工技術在航空發動機制造中的應用

黃俊華 何 晉 肖賀華

（中國航發南方工業有限公司，湖南 株洲 412002）

1 如何選擇高性能機床工具

當前我國航空發動機機械加工設備主要是利用高性能的數控機床，隨著復合化數控加工需要的提升，加工仿真開始從運動仿真發展為物理仿真，其中高性能數控裝備和加工工藝以及切削數據庫的有效結合，是提升高效加工的有力保障。航空發動機零件結構十分復雜，要求加工機床具有良好的柔性，能夠適應不同種類零件的加工以及復合加工、自動化加工條件。對于刀具的選擇來說，不僅要考慮到典型刀具材料，同時也要兼顧新型刀具材料，重點研究新型刀具和材料的切削性能，為保證切削加工生產效率提供條件。切削加工期間關鍵在于對試驗數據的科學處理，把選擇刀具相關參數采集后錄入到數據庫中。目前，新型切削車刀在復雜零件表面加工中優勢顯著，是航空發動機制造中的關鍵技術。

2 高效加工技術的研究現狀

目前光飾機、模塊以及光試劑是光飾加工的三個關鍵要素影響，光飾加工效率的主要因素在于同體垂直振幅以及震動頻率，如果震動頻率越高，垂直振幅越大，那么磨削的效率也會越高，沖擊荷載能力越來越強。目前，適合航空發動機零件的光試機主要包括離心式、嵌入式、拖動式、滾筒式幾種類型，而高能旋轉流盤式光飾機的應用價值更高，主要體現為零件和模塊都可以均勻的在環形槽內混合，不僅圍繞環形槽的中心圓柱進行公轉，同時在環形槽內還會進行螺旋運動，可以大批量地生產表面光整的零件，適用于熱處理后滾動體、光亮外表制作。利用高速旋轉式光飾加工，要保證模塊總質量大于被加工零件的總重量，要求轉速不得過快，否則模塊會由于碰撞力較大而破碎。對于盤類零件光是加工來說，表面的應力狀態以及表面孔邊緣的粗糙度都會影響零件疲勞強度，主要的工藝方法為在機械加工的前提下采用手工拋修的方式，以此降低表面粗糙度。對于葉片類零件的光飾加工來說，可以在高能旋流盤式光飾機中放置多個葉片同時加工，進而有效改善葉片表面的殘余應力。

3 如何優化數控加工銑削參數

高性能的數控設備通常不配備特定零件加工工藝數據，當前需要開展試驗和相關研究加強數據分析，目前高速切削技術，切削參數優化技術在難加工材料中取得了巨大突破，把這些研究成果和實際應用需要建立數字化的加工工藝數據庫，比如切削參數數據庫和刀具優化數據庫，其中切削參數優化可以利用仿真手段預測切削力、切削振動切削變形和相關物理現象，有利于確定最優化切削參數。

4 如何優化數控程序

為了實現刀具壽命的自動化管理，在數控加工期間需要對數控程序優化，目前在航空發動機和關鍵零部件加工中的刀具使用一定時間或次數后進行更換，否則被加工零件的廢品率就會提升，所以刀具壽命管理具有重要意義，在現場加工期間借助切削試驗可以分析單個零件刀具的消耗情況，提升切削加工的穩定性。目前固化走刀路線、固化切削參數、固化工裝夾具都可以達到這一目標，同時還可以讓零件表面完整性提升。在數控程序優化過程中，利用宏程序可以對數控刀床的刀具實現自動統計壽命管理，同時還具有報警功能，避免由于人為干預導致的測量誤差。此外，優化數控程序還可以降低成本。

5 如何完善高效加工工藝

首先要打造典型零件加工工藝模式，滿足柔性制造的需要，目前在銑車復合加工中，割床和銑削工序的合并顯著的提升了加工效率，通過有效的措施可以避免零件變形，還可以簡化程序，在鉆孔加工環節利用鉆孔循環程序同樣可以起到簡化程序結構的作用。在這一過程中，利用在線測量的方法也能提升檢測效率，孔加工借助鉆孔循環和刀尖跟蹤等功能，也讓程序結構得到了簡化，對于銑削加工，利用在線測量、無余量銑削等新技術可以讓航空發動機機匣形面、加強筋、凸臺、整體葉盤等相關零件實現高效加工。此外，利用自動循環程序控制和在線測量等方法，也減少了人為干預，有利于保證加工效率和產品質量。

其次，對于發動機的葉片，盤軸機匣等關鍵零件來說，加工設備的利用可以分析零件的具體情況，選取對應的加工裝備，進而系統進行工藝研究，比如銑加工零件時，在合并工序后就可以減少切刀痕，讓零件表面完整性得到提升。在優化切削參數后可以有效解決半精銑刀具切削深、受力大、改進速度、磨損刀具等問題，實現高進給、小深切、高轉速。同時還可以選用大直徑銑刀解決銑槽震動大、懸伸大和容易打刀的問題。

6 特種加工技術

在航空發動機中，高溫合金等材料以及薄壁結構零件的利用，對加工工藝提出了很高要求，通過特種加工技術的有效利用，可以解決刀具加工周期長和磨損快的問題，比如利用線性摩擦焊接技術可以在整體焊接葉盤，在高溫合金整體構件出粗加工中利用多軸數控電火花銑削技術，都可以達到良好的加工效果。此外，當前振動光、激光加工、超高壓水切削先進工藝也在不同程度的利用，相較于傳統加工設備目前的改進工藝已經成為提升航空發動機加工效率的重要手段。

插銑加工工藝是一種利用常規數控加工設備改變走刀路線的工藝方法，方法下刀具沿主軸方向進給運動，借助底部切削刃組合切削，相較于傳統的端面銑削法，在切槽加工刀具、懸伸較大的場合都體現出了極高的加工效率。