8cj00l新一代航空发动机总共有3 万多个零件,涉及230 多种不同标准的材料,与加工制造相关的特点具体如下:
零组件结构复杂:
风扇/ 压气机/ 整体叶盘叶片属于典型的自由曲面零件,结构复杂、刚性差,加工过程易变形,需要高性能多轴数控加工设备;风扇/ 压气机/ 燃烧室/ 涡轮/ 中介机匣需要高精度多轴坐标镗、高精度立式车/ 磨数控装备、电解或线切割装备;压气机转子组合后叶尖高速磨削和机匣组件高精度立式磨削设备;盘类零件辐板、周向榫槽、轴向深孔等形状复杂,需采用车铣磨复合、拉削、成形磨削等特殊设备或新工艺装备;燃油喷嘴杆芯/ 活门安装座/ 外壳油路和冷却型腔复杂,需要增材制造设备,其活门组件很多小微零件的形位公差甚至到亚微米级,需要车铣磨一体复合加工设备;整体叶盘修复需要线性摩擦焊设备,而高压涡轮盘轴组件、高压压气机转子、风扇盘所需要的惯性摩擦焊设备,对发动机减重和提高耐高温性至关重要。
航空发动机制造是一个国家制造业的典型代表。它集制造业的设计、工艺、材料、加工、质量控制等领域的高、精、尖技术为一体,具有承受载荷大、结构形状复杂、数量种类多、制造精度高、质量要求严、加工难度大等特点。其中的重要零部件制造是集新材料切削技术、适应新型结构零件的新工艺、刀具制造技术、多轴数控编程及优化处理技术、虚拟仿真技术、切削变形控制技术、型面精确检测技术和无损探伤等前沿技术于一体的多方位、多种技术的交叉综合研究与应用。
复合加工技术主要解决2 个方面的问题:特殊结构与复杂结构的加工、难加工材料及脆硬材料的加工。复合加工的主要特点是综合应用机械、光学、化学、电力、磁力流体和声波等多种能量进行综合加工,在提高加工效率和生产效率的同时,兼顾加工精度、加工表面质量及工具损耗等,具有常规单一加工技术无法比拟的优点。
航空发动机的涡轮盘、整体叶盘、涡轮叶片等零件的材料大多为钛合金和镍基高温合金,如图所示,由于大多是薄壁件,因此对其制造精度要求极高,对其加工刀具要求亦很高。高温合金加工时由于其切削力大、加工硬化倾向大、切削温度高、刀具磨损严重使其成为典型的难加工材料。
高温合金家族共有的特点:导热性差、弹性模量小、化学活性高和摩擦系数大,还具有其他高温合金不具备的高强度、高韧性和高硬度的特点使得其归属于难加工材料行列。在车削过程中主要表现在切屑与前刀面接触面积小,刀尖应力集中,切削温度高,切屑不易折断并且锯齿化严重,刀具磨损严重,导致加工效率很低,工件加工表面质量较差。