特种加工技术在航空发动机制造中的应用

特种加工技术概述

特种加工技术是相对于传统加工技术而言的，通过单独或多种能量组合应用化学能、电能、声能、热能、光能等能量的方式，实现对加工材料的去除、增长或改性，实现材料的再加工。特种加工技术的主要特点有：一是加工范围广泛，且能够解决较难加工的机械材料的难题；二是对于复杂型面、细微机构零件的加工较为有利；三是能够完成低刚度零件的加工任务；四是加工的表面质量较好；五是可通过复合几种不同的加工方法获得一种新的加工方法。

特种加工技术在我国航空发动机制造中的具体应用

电加工技术

电加工技术能够突破传统加工手段的瓶颈，解决的制造难题一般难度较大，因而能够解决难加工材料和较精密零件加工的难题。涡轮机叶轮的三维几何通道，是传统的加工技术根本无法完成这一通道的加工工序，仅仅能够在五轴联动的铣床上对开放的极端螺旋几何通道进行加工。但是，现在的电加工技术克服了这一难题，能够实现六轴以上的电火花成形机床的三维几何通道的加工工作。电加工技术的主要应用是加工工作叶片气膜孔、端孔，整流叶片内筋通孔、火焰筒的群孔、叶片榫槽等细微深孔及异形孔、槽等。

电化学加工技术

传统的加工技术面临的难题之一是对机械加工成本极高的型面、型槽的加工，单电化学加工技术就能很好的解决这一加工难题，且加工完后后确保无重熔层及加工表面的完好。当前电化学加工技术主要应用在整体叶盘、叶片的精粗加工及电解抛光加工中，能使得整体叶盘叶片、叶轮的叶片型面轮廓尺寸及表面粗糙度和工艺要求相符。电解方法加工的涡轮转子及整体叶轮，采用高温合金为加工材料，加工方式为套料加工，并一次性将叶盆、叶背加工成形，具有0.1mm 的叶片精度和0.8μm 的表面粗糙度值Ra，且加工一个叶片只需几分钟时间，工作效率较高。电化学技术在我国的应用还处于发展阶段，较先进水平国家落后，突出表现在发动机整体叶盘的加工技术上。

激光加工技术

激光加工技术在航空发动机零部件的制造与维修中应用广泛，激光加工设备包括制孔和切割两大主类，在航空发动机叶片类、燃烧室等零件的打孔、切割加工方面均有应用。激光加工技术一直在不断的改进和发展，出现了诸如激光焊接、激光熔敷、激光强化、激光热处理以及激光3D 打印等新型技术与设备等，且将进一步在发动机零部件的制造与维修中加以应用。图1 展示的是激光加工技术在发动机制造中的具体应用。通过激光冲击强化技术加工发动机的风扇叶片，促使其延长使用寿命。采用激光制孔、激光切割、激光焊接的加工方式制造压气机、燃烧室及涡轮等零部件，以使其加工效率与加工精度得以提高。

等离子弧加工技术

在航空发动机的零件涂覆即热喷涂加工和板材切割中等离子弧加工技术和设备应用比较广泛，其中等离子喷涂技术在制备发动机热端涡轮工作叶片和导向叶片部件的优质高温防护涂层时作用更加明显。同时，等离子弧加工技术还能够改善发动机关键部件的隔热、高温防护、耐磨、封严效果，能够降低钛合金零件微动磨损度、阻燃等。

金属表面强化技术

鉴于金属表面强化技术能够促进材料表面性能的改善、使得零件使用寿命延长、推动生产力的提高，金属表面强化技术在我国航空发动机制造中的应用得到了越来越多的重视，加大了超声喷丸技术、表面光整技术等金属表面强化技术的研究和开发，为金属表面强化技术更好的应用在航空发动机制造中去奠定了良好的基础。

特种加工技术在我国航空发动机制造中应用时存在的不足

一是国家对特种加工技术的重视程度不够，在应用特种加工技术时，大多停留在模仿国外先进技术的阶段，相关研究人员的先进、主动、超前的研发精神严重缺乏；二是国内生产特种加工装备的生产线较少，且产品质量较低，因此，国内总是依赖于国外的先进的特种加工技术设备，在具体的使用过程中，由于水平差异，国内人员在使用设备时受到关键技术封锁的阻碍，不能有效开发和利用某些先进功能。国内的技术储备严重不足，具有自主知识产权的特种加工装备的研究与开发工作滞后。