航空发动机叶片加工变形分析与控制措施

航空发动机叶片加工变形分析与控制措
施
摘要：发动机是航空飞行器的动力来源，其叶片的质量直接影响到其整体的
工作和工作的稳定性。

航空发动机叶片的制造要求空间结构复杂，几何精度要求高，叶片加工难度较大，其生产效率较低，因此必须注意叶片变形的成因及控制
措施。

关键词：航空发动机叶片；加工变形因素；分析及控制
0引言
航空发动机的叶片在航空发动机中占有很大的比重，其叶片的加工能力可以
达到30%，其结构复杂，精度高，是制约其发展的关键。

根据美国 NASA的发现，飞机引擎的叶片显示，减少表面粗糙度和提高外形的精确度可以使飞机引擎的性
能提高3%~6%。

通过对航空发动机叶片进行加工，改善其加工精度，既能提高其
工作效率，又能有效地减少其燃油消耗，提高其经济性和适用性。

1叶片加工的现状
长期以来，航空发动机所需的材料都非常昂贵和紧缺，如钛合金、镍基高温
合金等，是制约我国航天工业发展的重要因素。

近年来，我国航空发动机所用的
基础材料发生了巨大的改变，如金属基复合材料、陶瓷基复合材料等，其价格和
短缺状况均有所改善。

目前，航空发动机对桨叶的转角、叶片的厚度、叶片的加
工精度提出了更高的要求。

随着网络技术的发展，飞机的制造变得更加方便。

将
五轴联动数控机床与 CNC编程原理相结合，大大提高了叶片的加工精度。

2影响叶片变形的因素
航空发动机叶片在制造过程中，常常会产生一些变形，这些变形会对叶片成
形量产生一定的影响，从而对航空发动机的工作效率产生一定的影响。

影响航空
发动机叶片变形的主要原因有三个。

2.1刀具切削力引起的叶片变形
在航空发动机叶片制造过程中，由于刀具与航空发动机叶片的加工部件之间
存在着切削力，因此，切削力很容易使其发生变形，而由于飞机的叶片结构和材
质都是较薄、较硬的结构，因此很容易受到切削力的影响。

由于叶片的加工形状
比较复杂，其各个部位受到的力也不尽相同，而且在切削过程中，各个部位的变
形也不尽相同。

通常情况下，航空发动机叶片的叶尖处和进、排气位置受到的压
力比较大，产生的应力也比较大，而其它部分的变形量相对比较小，这就造成了
飞机叶片的最终加工精度降低。

2.2装夹引起的叶片变形
航空发动机的叶片要进行适当的装夹，在下一道工序之前，必须对其进行装
夹和固定。

由于叶片的制造是一种比较特殊的软刚度材料，所以在装夹时，叶片
的变形是不可避免的，而且是造成叶片变形的重要原因。

飞机的其它零件在装夹
的时候，受到的影响比较小，但是叶片的加工工艺比较特殊，夹紧会对叶片产生
很大的影响，这是叶片加工中必须注意的问题。

由于叶片的残留应力，使叶片的
装夹形式发生二次变形，因此要正确地选择叶片的安装方法，保证叶片的加工精度。

2.3刀具磨损引起的叶片变形
飞机引擎的叶片是用耐高温、高强度材料来制造的，但在长时间的使用之后，叶片会被磨损。

目前，最常用的叶片材料仍然是高温钛合金和镍基高温合金，而
刀具在切削这两种材料时，会出现较大的磨损。

刀片的磨损会对叶片的加工产生
一定的影响，使叶片的各个部分发生非正常的变形，从而给叶片的加工精度带来
诸多问题。

3控制航空发动机叶片变形的措施
针对航空工业用叶片的加工变形问题，应从叶片装夹方式、刀具切削力的控制、超硬磨料砂轮的加工、加工参数的控制以及对叶片的加工补偿等方面进行控制，并针对叶片的变形进行了合理的控制。

3.1优化装夹方式，控制切削力
在航空发动机叶片加工过程中，要通过优化叶片支承、优化装夹形式，将叶
片材料从弱刚性向强刚度方向转化，从而减小刀具对叶片的冲击。

这个方法是常
用的，而且应用的范围更广。

通过对叶片的两个端部进行辅助装夹，可以降低叶
片的受力，并对其进行合理的调整。

在使用支架和装夹的过程中，难免会有一些偏差，这会对整个叶片的质量造
成一定的影响。

由于飞机的叶片精度极高，所以在制作过程中，每一个部件都不
能出现偏差，稍有偏差，就会导致飞机坠毁。

在加工后卸下装夹机构时，残留的
应力仍然会使桨叶产生较大的变形。

卸下装夹机构后，叶片不会产生太大的变形，从而保证了飞机的叶片精度，为飞机提供了更好的服务，同时也大大提高了飞机
的工作效率和使用寿命。

通过合理的装夹方式，可以有效地减小叶片所受的应力，但并不能彻底解决
航空发动机叶片的畸变问题，仅能起到一定的缓冲作用。

3.2采用超硬磨料砂轮
航空发动机叶片的加工变形是导致叶片变形的主要原因之一，应重点关注刀
具对叶片产生的变形，比如用超硬磨料砂轮进行研磨。

虽然现在的加工叶片的材
质都有所改进，不过使用的依然是高温钛合金和镍基高温合金，这种超硬磨料砂
轮可以对叶片表面的一些粗糙部分进行连续的研磨，提高叶片的光洁度，减少叶
片的变形，大大提高了飞机的叶片精度。

提高叶片的加工精度，可以大幅度提高
航空发动机的综合效能，使其性能更好。

3.3严格控制加工参数
“让刀变形”是一种很常见的变形，主要是因为航空发动机叶片在制造过程中，由于材质的刚度不够，导致了它的加工。

为解决这一问题，必须对航空发动机叶片的加工过程进行工艺参数的控制。

在叶片加工过程中，应力是最大的，因此，在传统上，为了消除应力，采取了分层的方法。

经过有效的试验，国内已采取了提高加工余量补偿的方法，以消除叶片加工过程中的应力，使其加工精度得到了显著提高。

近年来，国内各航空公司通过改进叶片加工技术、改进工艺，提高了叶片的品质，使其在很大程度上得到了有效的控制。

对叶片的加工工艺参数进行优化，关键在于对叶片的加工质量进行严格的控制，提高了叶片的加工品质，可以有效地解决叶片的变形问题，提高了叶片的精度。

造成叶片变形最主要的原因是在加工过程中，由于叶片在加工过程中不能承受足够的载荷，从而使叶片产生较大的变形。

最好的办法就是在处理飞机引擎的叶片时，保证叶片的各个部分都能承受足够的力量，避免由于受到的力不均匀而导致的变形。

为了保证叶片的受力均匀，还必须对各受力参数进行优化，尤其是对切割力的影响。

通过对加工工艺参数的优化，可以使叶片的变形得到最大限度的改善。

3.4通过加工补偿控制叶片变形
在航空发动机叶片上进行加工时，会产生一定的变形，采用加工补偿的方法可以补偿因加工而引起的变形，从而大大提高了叶片的精度。

在加工过程中，运用现代工艺技术，通过计算机网络对叶片在加工过程中可能发生的变形进行仿真分析，得出了叶片在正常加工过程中的变形及变形情况。

通过对加工过程中产生的变形进行补偿，并对其进行准确的补偿，从而提高了叶片的加工精度。

采用加工补偿技术来处理因加工而产生的变形，必须进行大量的实验，以达到较好的补偿效果。

在对加工补偿进行建模和分析的基础上，对其进行了大量的分析，从而得到最佳的结果，并将其用于实际生产。

为了保证航空发动机叶片的精确性，需要认真考虑各种方法来克服。

4结束语
叶片是航空发动机的关键部件，它关系到发动机的使用。

优良的叶片品质对提高发动机工作效率和延长其使用寿命具有重要意义。

因此，在制造过程中，必须对叶片的变形进行严格的控制，找到造成其变形的原因，并提出相应的处理方法，使其加工工艺得到改善，从而提高其精度。

参考文献
［1］史小强，吴宝海，张定华.航空发动机叶片加工质量检测技术发展现状与趋势［J］.航空制造技术，2015（12）：80-84.
［2］刘维伟，李杰光，赵明，等.航空发动机薄壁叶片加工变形误差补偿技术研究［J］.机械设计与制造，2013（10）：175-177.
［3］刘长荣，张小芹，麻东升，等.提高薄壁零件加工精度的研究［J］.廊坊师范学院学报（自然科学版），2014（6）：34-35，44.
［4］丁惠麟.机械零件缺陷、失效分析与实例[M].北京：化学工业出版社，2013.。