航空發動機典型零件復合加工應用

謝敏燕 惠 暢

（中國航發貴州黎陽航空動力有限公司，貴州 貴陽 550014）

復合加工是一項對操作人員綜合能力要求很強的施工工程。航空發動機零件復合加工通常是由同類工藝方法的多種工序加工和不同工藝方法的多工序加工構成的。同類工藝方法的復合加工是基于工序集中原則開展的，它更加傾向于傳統的機械加工工藝，也就是說，工件在機床上完成裝夾之后，能夠按照相同的工藝方法來進行多工序的加工，這種方法的應用是實現航空發動機制造技術快速發展的最主要 方式。

1 復合加工工藝概述

需要避免加工過程受到影響。和傳統的加工流程相比，車銑復合加工中心具有主軸刀具的回轉功能，因此整體機床體積變得更大。在加工零件的過程中，需要充分考慮機床本身是否會對所加工零件以及機床等產生影響。而解決該問題的主要辦法便是借助智能軟件、建立零件加工時的三維數據模型，通過運行數控加工程序來對刀具的具體運行軌跡進行判斷，并根據軌跡結果來對加工刀具的位置進行相應的調整，確保主軸刀具的運轉擁有足夠的空間。

2 標準的航空零部件復合加工

2.1 整體機匣

整體機匣在三代、四代機上已廣泛應用，特點是結構復雜、尺寸精度高、薄壁、材料難加工、變形量難以控制，材料去除率達60%以上。特別是鈦合金類機匣多形狀特征島嶼、凸臺及安裝邊內外表面的加工，面臨著嚴峻挑戰。而這些所使用材料的加工技術通常是一個發達國家的重要工藝機密，盡管在具體使用過程中可以通過引進以及購置的方法來解決絕大多數問題，但是最核心的機匣問題往往無法得到解決。因此，我國必須加速自身在航空航天機匣方面的研究，掌握核心技術。在對復雜的機匣結構進行精密切削等工藝時，不僅需要注重加工效率的提升，同時還需要對表面的完整性進行有效控制，確保對機匣的損傷是最小的。因此，現階段在進行機匣加工時，呈現出應用復合強化工藝的趨勢，通過該種技術的應用，能夠顯著提升零件的抗疲勞性能，提升其穩定性。

2.2 整體葉盤

通過將整體葉盤類零件應用于車銑復合加工中芯，能夠實現同一臺機床上同時進行葉身型面銑削加工、輪盤表面精車加工等工藝工序。由于葉盤加工是一個工程化和技術上多學科融合的項目，復合加工工藝的技術目標是為航空發動機葉盤數字化精加工生產線提供一套完整的技術方案。該方案采取先進的管理思想、先進的數字化手段和先進的制造工藝，突破“葉盤精加工制造流程設計與數字化定義”“葉盤數字化精加工生產線先進布局規劃”“葉盤數字化精加工生產線生產過程管理技術研究”“葉盤零件數字化工藝技術”“葉盤零件制造檢測一體化技術”等五項關鍵技術，起點高，工藝先進，較好地解決葉盤在數字化工藝、高質高效加工技術和檢測技術方面的 瓶頸。

3 航空發動機典型零件復合加工技術的應用

3.1 機床復合加工與3D金屬打印技術的應用

3D打印增材制造的成型工藝，已經成為中國制造2025的重要環節，致力于推動增材制造向自動化、信息化、數字化、智能化方向發展，實施中國制造強國戰略。增材制造的獨特技術優勢成了模具行業追隨的目標。增材制造的一些不足制約了其應用和發展，主要是零件尺寸精度和表面粗糙度難以控制，而減材加工能保證零件尺寸精度和表面粗糙度，兩者兼顧，兩者結合則是真正的發展趨勢。增減材復合加工設備研究涉及計算機輔助設計、材料加工、成型技術和裝備智能化以及數字化等方面，我國目前這方面研究和應用與先進制造國家相比存在著一定的差距，相信在不久的將來一定會推出先進的增減材復合加工技術，服務于制造行業，服務于模具行業。

3.2 車銑復合加工技術的應用

車銑復合機床是復合加工機床中發展最快、使用最廣泛的數控設備。ESPRIT是由美國機械加工應用領域有很大影響的DP Technology技術公司開發的CAM軟件產品，它集成了20多年的G代碼編程經驗、機加工知識和CNC經驗，ESPRIT在車銑復合加工程序編制方面尤為擅長。ESPRIT為多任務、多功能CNC數控機床提供了專門設計的集成編程環境。支持銑削和車削中任意A，B，C，X，Y和Z軸配置的獨立的、同時或同步的組合加工。利用帶有B軸的車銑復合機床的強大而又靈活的加工功能，可精確地對零件前、后端面同時執行5軸或5軸分度銑削。使用ESPRIT的C軸和Y軸和的車銑復合指令，可以在一個G代碼程序中組合進車削、銑削和鉆削加工操作，從而完全發揮機床的多任務加工能力。

3.3 復合材料五軸超聲切割機床加工技術的應用

在航空、航天、船舶等機械加工領域，復合材料得到廣泛應用。針對復合材料的切割加工也演變出多種加工方法，其中超聲切割技術是當前國際復合材料加工領域應用最為廣泛的一種先進切割加工技術，這種加工方式通過在蜂窩芯加工過程中對切削刀具施加耦合超聲振動，使刀具與被加工材料的接觸狀態和作用機制發生變化，從而達到對復合材料特別是Nomex蜂窩芯零件的成型加工。

3.4 航空復合材料維修數字化技術在國際維修領域的應用

國外一些知名的飛機維修企業，在基于對產品數模、裝配技術保密以及適航要求的前提下使用維修手冊，而在研究發展方面實施全數字化設計維修技術、運用數字化技術對修理方案的結構性能進行力學分析、對維修過程產品航材的準確定位以及航材訂購的管控，以保證修理的可靠性和維修過程管控性，而對于國內維修企業，這些數字化技術被牢牢控制在OEM手中。

4 結束語

使用計算機輔助軟件進行結構疲勞分析可大大縮短設計周期和降低設計成本，對工程應用具有很大的指導意義。研究表明，某型航空發動機二次檢修發現的支架零件側面根部裂紋主要是由倒角半徑過小導致的。雖然增大倒角半徑有利于避開零件的2階共振帶，但是根部應力集中水平才是影響結構疲勞的直接因素。增大倒角半徑可以降低零件根部應力集中水平，從而達到提高該零件使用壽命的目的。根據nCode DesignLife疲勞分析結果，為實現使用壽命的最大化，建議將當前支架零件側面根部倒角半徑由1.5mm調整為2.5mm。進一步提高零件使用壽命還需配合零件背面根部倒角尺寸進行優化設計。