飞机发动机叶片机匣的高效加工

飞机发动机叶片机匣的高效加工
发布时间：2022-10-08T03:34:42.556Z 来源：《工程管理前沿》2022年6月11期作者：单兴东
[导读] 航空制造业的发展水平和能力是衡量一个国家制造业实力和国防科技工业水平的重要标志。

单兴东
中国航发哈尔滨东安发动机有限公司黑龙江省哈尔滨市150066
摘要：航空制造业的发展水平和能力是衡量一个国家制造业实力和国防科技工业水平的重要标志。

高效加工就是提高有效切削效率，缩短切削时间。

现代引擎必须有足够的推力和推重比，需要对发动机零件在高温、高压、高速度、高负荷条件下长期工作,资料特别是新的高温合金在航空发动机的普遍使用，其后果是发动机热端组件的镍基、粉末冶金高温合金切削材料、刀具材料消耗这些困难很大。

高效切削以切削效率为目标，提高金属去除率每单位时间，提高单位时间金属去除率。

而非削减时间的减少可靠定位、规划优化夹具，减少空行程时间来实现的。

关键词：发动机；叶片；机匣；加工
航空发动机作为飞机的动力装置，是飞机的“心脏”，按照不同的使用要求应具有安全性、可靠性、绿色、环保、长寿命、低成本及易维护等特点，航空发动机零部件从选材到制造各方面都有很高的要求。

因此，航空发动机零件结构复杂、制造难度大、技术含量高，代表制造业发展的方向，被称为“制造业一颗璀璨的明珠”。

因此，航空发动机零件制造对加工设备、刀具等要求较高，不同材料、不同结构的发动机零件需要的加工设备不同，总体上对加工设备的要求为高精度、高刚性、高速度、高稳定性、多功能和易维护。

随着信息化技术的发展，航空发动机零件制造技术逐步向制造数字化、管理信息化、设备自动化、设计智能化及流程网络化方向发展，因此加工设备应具备高柔性、高智能，适应数字化制造、信息化管理的需求。

一、航空发动机叶片零件结构及加工特点
（1）航空发动机叶片分为静子叶片和转子叶片，静子叶片又称为整流叶片，转子叶片则称为工作叶片，以发动机涡轮叶片为例说明叶片结构。

（2）航空发动机叶片多采用不锈钢、钛合金、高温合金等材料，材料难加工、切削性能差，零件结构复杂、尺寸精度要求严格、表面质量要求高，其工艺路线安排比较复杂，主要根据叶片各加工部位几何形状、尺寸精度和位置度要求、去除材料余量、叶片材料及热处理状态来确定加工设备、加工刀具和加工方法。

叶片加工部位主要包括：叶身型面加工、叶片榫头和榫齿加工、叶片阻尼台加工、叶片安装板及叶冠加工。

叶片机械加工特点以铣削和磨削为主，通常采用叶片高速铣等专用加工设备。

二、飞机发动机叶片高效加工
叶片是扭曲的截面薄壁复杂的部分，在数控加工中心过程易产生变形和切削颤振，引起叶片的身体产生振纹。

使用前毛条加工叶片夹紧定位、轴颈和叶身的大变形过程。

传统工艺中的夹具和设备无定位销，重复叶板式初相角变化，将会减少夹紧刚度，导致甚至加工不到，将前夹紧方式，在机床上压紧轴颈以提高刚性。

振动标线是由于薄壁件的叶子本身，工具系统在整个系统的刚性影响中更重要。

在叶片毛坯几何不能改变，从工装及模具系统是提高刚性。

夹紧静子叶片两端轴颈，以过定位方式，大大降低了叶片在加工过程中产生弯曲变形、叶片、轴颈、叶盆的均匀性大大提高，检测透光间隙,同时降低工件表面粗糙度。

因为定位刚性好，间接减少了刀具磨损。

在刀具系统中，处理本身的加工精度和动态平衡对切削颤振有抑制作用。

高性能刀具系统在高速切削中起着重要的作用，由于切削速度的增加，原来小的粗糙对表面的影响会被放大。

碾磨之前先与普通叶身型面，而动态平衡后的处理, 速度可调高且不容易产生振纹及硬化层，可以很好地解决这个问题。

在机床、刀具、加工参数不变的情况下，使叶片表面发生了很大变化，叶片动态平衡可以消除振纹加工。

传统的三坐标加工通常用球形刀、窄线接触加工、刀具和工件表面只有点接触，效率很低。

对切削路径优化，真正的回路加工方法是复杂曲面五坐标线接触加工。

利用牛鼻铣刀的侧刃环绕零件进行加工，在提高系统在硬度、零件质量和提高切削效率方面作用显著。

回路加工理论通过广泛的启发，在计算残留高度之间的距离，保证表面粗糙度的要求，提高了一步的距离。

它最大限度的发挥出刀具切削率、加工效率大大提高，五坐标机床的外观线宽线接触加工成为可能。

宽行线接触处理提高刀具与曲面的曲率程度与工件、加工线宽，刀具往复式数量少，质量好，生产效率高。

同时数控加工过程优化，通过减少空行程, 减少空刀的高度进行过程速度提高效率。

在测试时根据原料的加工零件及加工条件，选择在物理、化学、力学性能的匹配工具，再按我们的零件切削刀具和技术加工余量计算了刀具的线速度。

根据线速度和每齿进给量计算到进给速度，然后根据正交试验法对比试验数据，从而进行优化。

切削用量的选择也很重要，在叶片的加工效率中，基于刀具的有效直径科学的对切削深度、主轴转速、每齿进给量进行优化，结果表明加工效率显著提高。

三、飞机发动机机匣高效加工
机匣里的高效加工设备的优化问题，是非常重要的，好走刀路线不仅能保证有效的处理，可避免刀具的异常损坏。

机匣多数为镍基高温合金材料，属于典型的难加工材料。

其形状是非常复杂的，开始使用硬质合金刀具铣削加工，但刀具磨损、严重损坏、加工效率很低。

为了提高生产效率,我们试图用陶瓷刀具替代硬质合金刀具，镍基高温合金的粗铣加工。

在开始编程,走刀路线是右转的方式，切削试验结果表明，该方法在切切削力很大，表现为工件温度高、振动机械、陶瓷刀片出现了大面积剥落和叶片的崩溃。

机匣切削加工处理很困难，加工余量很大，频繁换向，所以去确定刀路线、优化程序将是非常重要的。

形成这种状况的主要原因是陶瓷刀具在高硬度，但强度、韧性及硬质合金比比较低，切削过程,工具交变应力作用频繁换向。

要选择与被加工材料在物理、化学、力学性能,以确保所有的刀具匹配平滑处理。

在这种情况，对程序进行了优化，在拐角处的绕道路,避免突然的变换。

试验结果表明，该方法基本解决了上述问题，机床振动下降，而陶瓷刀具的磨损也是正常的磨损、确保有效的处理。

在这个交变应力作用下的陶瓷刀具是容易产生微裂纹沿晶界处，并逐渐扩展,最终导致叶片碎裂。

高钴镍基高温合金比一般的镍基高温合金加工难、切割阻力较大，切削温度比较高。

刀具和工件材料之间的正确匹配的关键是实现高效加工。

凸轮加工时的传统单调的工作处理很难达到要求，确保所有的同轴度要求，许多公司正在利用双切削加工、选择单镗床。

为了克服刚性杆质量较差，通常在相应的夹具对辊套设置来提高生产系统刚度。

与此同时,一些厂家在零件加工过程中，会有第一个引导导后中间导向轴承。

越来越多的制造商，没有组合定，直接使用静态压力特别是刀杆导向。

为了改变阀杆的受力状况，降低振动、提高质量的直线孔，主动测量、自动补偿装置的刀具磨损中普遍应用。

为了克服刚性杆的缺点，通常在相应的夹具对辊套设置来提高生产系统刚度。

为改变阀杆
的受力状况，降低振动、完善主动自动补偿装置通用刀具磨损。

航空难加工材料零件的高效加工是一个系统工程，夹具、切削工具系统、工艺、刀具材料、切削参数加工效率有很大的影响。

确保夹具夹紧可靠，提高系统的刚性,提高工作效率的同时保证零件的质量被处理。

工件材料选择和匹配的刀具，可大大提高加工效率。

高性能工具系统，特别是处理是有效的处理的可靠保证。

线宽增加端铣刀加工圆步距、叶处理的过程中有效的方法是提高效率。

合理的切削参数，不仅能够提高切削效率，改善刀具寿命。

参考文献：
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