高效加工技术在航空发动机制造中的应用

黄俊华 何 晋 肖贺华

（中国航发南方工业有限公司，湖南 株洲 412002）

1 如何选择高性能机床工具

当前我国航空发动机机械加工设备主要是利用高性能的数控机床，随着复合化数控加工需要的提升，加工仿真开始从运动仿真发展为物理仿真，其中高性能数控装备和加工工艺以及切削数据库的有效结合，是提升高效加工的有力保障。航空发动机零件结构十分复杂，要求加工机床具有良好的柔性，能够适应不同种类零件的加工以及复合加工、自动化加工条件。对于刀具的选择来说，不仅要考虑到典型刀具材料，同时也要兼顾新型刀具材料，重点研究新型刀具和材料的切削性能，为保证切削加工生产效率提供条件。切削加工期间关键在于对试验数据的科学处理，把选择刀具相关参数采集后录入到数据库中。目前，新型切削车刀在复杂零件表面加工中优势显著，是航空发动机制造中的关键技术。

2 高效加工技术的研究现状

目前光饰机、模块以及光试剂是光饰加工的三个关键要素影响，光饰加工效率的主要因素在于同体垂直振幅以及震动频率，如果震动频率越高，垂直振幅越大，那么磨削的效率也会越高，冲击荷载能力越来越强。目前，适合航空发动机零件的光试机主要包括离心式、嵌入式、拖动式、滚筒式几种类型，而高能旋转流盘式光饰机的应用价值更高，主要体现为零件和模块都可以均匀的在环形槽内混合，不仅围绕环形槽的中心圆柱进行公转，同时在环形槽内还会进行螺旋运动，可以大批量地生产表面光整的零件，适用于热处理后滚动体、光亮外表制作。利用高速旋转式光饰加工，要保证模块总质量大于被加工零件的总重量，要求转速不得过快，否则模块会由于碰撞力较大而破碎。对于盘类零件光是加工来说，表面的应力状态以及表面孔边缘的粗糙度都会影响零件疲劳强度，主要的工艺方法为在机械加工的前提下采用手工抛修的方式，以此降低表面粗糙度。对于叶片类零件的光饰加工来说，可以在高能旋流盘式光饰机中放置多个叶片同时加工，进而有效改善叶片表面的残余应力。

3 如何优化数控加工铣削参数

高性能的数控设备通常不配备特定零件加工工艺数据，当前需要开展试验和相关研究加强数据分析，目前高速切削技术，切削参数优化技术在难加工材料中取得了巨大突破，把这些研究成果和实际应用需要建立数字化的加工工艺数据库，比如切削参数数据库和刀具优化数据库，其中切削参数优化可以利用仿真手段预测切削力、切削振动切削变形和相关物理现象，有利于确定最优化切削参数。

4 如何优化数控程序

为了实现刀具寿命的自动化管理，在数控加工期间需要对数控程序优化，目前在航空发动机和关键零部件加工中的刀具使用一定时间或次数后进行更换，否则被加工零件的废品率就会提升，所以刀具寿命管理具有重要意义，在现场加工期间借助切削试验可以分析单个零件刀具的消耗情况，提升切削加工的稳定性。目前固化走刀路线、固化切削参数、固化工装夹具都可以达到这一目标，同时还可以让零件表面完整性提升。在数控程序优化过程中，利用宏程序可以对数控刀床的刀具实现自动统计寿命管理，同时还具有报警功能，避免由于人为干预导致的测量误差。此外，优化数控程序还可以降低成本。

5 如何完善高效加工工艺

首先要打造典型零件加工工艺模式，满足柔性制造的需要，目前在铣车复合加工中，割床和铣削工序的合并显著的提升了加工效率，通过有效的措施可以避免零件变形，还可以简化程序，在钻孔加工环节利用钻孔循环程序同样可以起到简化程序结构的作用。在这一过程中，利用在线测量的方法也能提升检测效率，孔加工借助钻孔循环和刀尖跟踪等功能，也让程序结构得到了简化，对于铣削加工，利用在线测量、无余量铣削等新技术可以让航空发动机机匣形面、加强筋、凸台、整体叶盘等相关零件实现高效加工。此外，利用自动循环程序控制和在线测量等方法，也减少了人为干预，有利于保证加工效率和产品质量。

其次，对于发动机的叶片，盘轴机匣等关键零件来说，加工设备的利用可以分析零件的具体情况，选取对应的加工装备，进而系统进行工艺研究，比如铣加工零件时，在合并工序后就可以减少切刀痕，让零件表面完整性得到提升。在优化切削参数后可以有效解决半精铣刀具切削深、受力大、改进速度、磨损刀具等问题，实现高进给、小深切、高转速。同时还可以选用大直径铣刀解决铣槽震动大、悬伸大和容易打刀的问题。

6 特种加工技术

在航空发动机中，高温合金等材料以及薄壁结构零件的利用，对加工工艺提出了很高要求，通过特种加工技术的有效利用，可以解决刀具加工周期长和磨损快的问题，比如利用线性摩擦焊接技术可以在整体焊接叶盘，在高温合金整体构件出粗加工中利用多轴数控电火花铣削技术，都可以达到良好的加工效果。此外，当前振动光、激光加工、超高压水切削先进工艺也在不同程度的利用，相较于传统加工设备目前的改进工艺已经成为提升航空发动机加工效率的重要手段。

插铣加工工艺是一种利用常规数控加工设备改变走刀路线的工艺方法，方法下刀具沿主轴方向进给运动，借助底部切削刃组合切削，相较于传统的端面铣削法，在切槽加工刀具、悬伸较大的场合都体现出了极高的加工效率。