張文華

（電子科技大學(xué)成都學(xué)院，四川 成都611731）

0 引言

隨著我國飛機(jī)產(chǎn)業(yè)市場成熟度的不斷提高，飛機(jī)各項(xiàng)性能要求進(jìn)一步提高，特種加工技術(shù)在航空發(fā)動機(jī)制造過程中發(fā)揮了不可忽視的重要作用，突破了傳統(tǒng)模式下的機(jī)械切削加工制作瓶頸，為促進(jìn)航空發(fā)動機(jī)制造水平的快速提升提供了更多參考，在此背景下，本文對航空發(fā)動機(jī)制造過程中特種加工技術(shù)的探討與研究，也就具備重要理論意義和現(xiàn)實(shí)價(jià)值。

1 航空發(fā)動機(jī)特點(diǎn)

航空發(fā)動機(jī)往往采用鈦合金、復(fù)合材料、高溫合金等諸多特殊材料作為基礎(chǔ)材質(zhì)，而該類材料往往具備硬度大、強(qiáng)度高、韌性強(qiáng)、熔點(diǎn)高和脆性大等諸多特質(zhì)，難以通過傳統(tǒng)模式下的機(jī)械切削方式進(jìn)行有效分割和利用。航空發(fā)動機(jī)所需加工的型孔位置絕大部分位于復(fù)雜型面或復(fù)雜零部件結(jié)構(gòu)上，渦輪、燃燒室、噴嘴等部位往往需進(jìn)行菱形孔的深加工，該類位置加工一旦發(fā)生差錯(cuò)，很容易影響最終生產(chǎn)質(zhì)量。此外，航空發(fā)動機(jī)中往往需要在部分薄壁零件甚至彈性零件等低剛度零件表面進(jìn)行鉆孔，其鉆孔困難度大大提升，且航空發(fā)動機(jī)生產(chǎn)制造過程中，還需要在精密控制元件和細(xì)微系統(tǒng)零部件上進(jìn)行直徑小于0.1 mm的微小孔加工與生產(chǎn)制作，需要在火焰筒的零部件上進(jìn)行大量的具備不同空間結(jié)構(gòu)形態(tài)的小孔加工制作，上述孔洞加工難度較高，很容易因工藝不達(dá)標(biāo)或精確度不夠而造成質(zhì)量不合格。

2 特種加工技術(shù)在航空發(fā)動機(jī)制造中的應(yīng)用

2.1 葉片榫齒加工

葉片作為航空發(fā)動機(jī)關(guān)鍵的核心零部件，無論是旋轉(zhuǎn)葉片還是靜止葉片，其尺寸精確度要求都非常高，采用葉片榫齒加工技術(shù)，能夠通過定制化的專業(yè)銼刀分別進(jìn)行粗加工和精加工，在嚴(yán)格的工藝流程以及工藝條件的控制下，打破高合金材料、切削速度和刀具磨損等諸多因素的不良限制，從而大幅度提升其加工效率。

2.2 蜂窩組件特種復(fù)合加工

蜂窩組件特種復(fù)合加工技術(shù)是借助蜂窩點(diǎn)間焊接牢固可靠的基本性質(zhì)，實(shí)現(xiàn)對蜂窩材料的高效率利用。針對蜂窩材料孔洞多、均勻分布以及受熱易變形的關(guān)鍵特質(zhì)，利用儲能點(diǎn)將蜂窩材料固定于航空發(fā)動機(jī)的外環(huán)上用以定位，而在焊接時(shí)利用蜂窩材料的毛細(xì)管吸附作用，將其與工件進(jìn)行緊密聯(lián)合，最終借助電解磨特種加工技術(shù)實(shí)現(xiàn)航空發(fā)動機(jī)導(dǎo)電磨輪與蜂窩之間的壓力的保持。

2.3 屏蔽金屬軟管火焰釬焊

屏蔽金屬軟管火焰釬焊技術(shù)是利用氧乙炔火焰進(jìn)行高效率釬焊的重要技術(shù)，在此過程中，由于航空發(fā)動機(jī)金屬軟管在火焰釬焊前溫度值并未固定，因此須將其固定于340℃左右，保證釬焊時(shí)軟管與航空發(fā)動機(jī)待焊接處的溫差值最小，使航空發(fā)動機(jī)焊接質(zhì)量得到保障。同時(shí)，應(yīng)將屏蔽軟管加熱到釬焊材料接近融化的溫度，利用金屬刷將加熱后的軟管涂抹于30 mm左右位置處，并利用外焰繼續(xù)加熱。

3 實(shí)際應(yīng)用——以動力系統(tǒng)渦輪盤為例

3.1 渦輪盤的整盤精密加工技術(shù)方案

動力系統(tǒng)的渦輪盤作為航空發(fā)動機(jī)制造過程中的重要機(jī)械設(shè)備，是整個(gè)發(fā)動機(jī)工作條件的核心部位和最為關(guān)鍵的重要部件，也是發(fā)動機(jī)渦輪結(jié)構(gòu)系統(tǒng)是否正常運(yùn)轉(zhuǎn)的核心標(biāo)志，其性能決定發(fā)動機(jī)運(yùn)行功效。因此，動力系統(tǒng)渦輪盤運(yùn)行過程中工作葉片和輪盤在高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下呈現(xiàn)出的速度參數(shù)、溫度參數(shù)以及荷載力作用等，只依靠接觸壓力和摩擦力保證葉片在輪盤中正常運(yùn)營。在此過程中，傳統(tǒng)的航空發(fā)動機(jī)渦輪盤生產(chǎn)制造，為了保證其精確度符合預(yù)期要求，動力系統(tǒng)渦輪盤常采用拉削工藝完成加工，但由于該過程受到專業(yè)設(shè)備的極大限制，工藝方法很難在軍工企業(yè)得到大范圍推廣與普及，絕大部分受制于外界廠家的技術(shù)而受到較大牽制，慢走絲加工技術(shù)作為當(dāng)代特種加工技術(shù)的典型代表，具備加工精度高、成本低廉等諸多優(yōu)勢，同時(shí)由于熱影響層的存在，其加工表面會產(chǎn)生微裂紋，該類裂紋將影響動力系統(tǒng)渦輪盤的工作壽命，導(dǎo)致其存在致命損失，因此，在利用慢走絲加工技術(shù)對動力系統(tǒng)渦輪盤進(jìn)行加工時(shí)，應(yīng)在該技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)整排加工的同時(shí)，對加工參數(shù)進(jìn)行精確度研究，保證其表面加工質(zhì)量符合航空發(fā)動機(jī)動力系統(tǒng)渦輪盤制造要求。

3.2 數(shù)控程序的編制

機(jī)械動力系統(tǒng)渦輪盤輪廓尺寸以及公差參數(shù)基于渦輪盤基本面數(shù)值，在盤面一定方向和一定參數(shù)條件下得到，因此，動力系統(tǒng)基本盤的具體參數(shù)值可通過榫槽理論計(jì)算求得。而在慢走絲線切割的多軸編程計(jì)算過程中，其數(shù)控程序的編制點(diǎn)以及道路軌跡等往往需要通過動力系統(tǒng)渦輪盤的電極式上固定的點(diǎn)的運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)，也就使渦輪盤的數(shù)控程序編制不能直接引用設(shè)計(jì)尺寸。也就是說，數(shù)控程序中諸多參數(shù)值的計(jì)算，必須通過投影轉(zhuǎn)換計(jì)算過程將渦輪盤設(shè)計(jì)尺寸轉(zhuǎn)化為表現(xiàn)電極絲位移狀態(tài)的編程數(shù)據(jù)。

3.3 電規(guī)準(zhǔn)的選擇

在航空發(fā)動機(jī)動力系統(tǒng)的渦輪盤電規(guī)準(zhǔn)選擇過程中，由于渦輪盤開槽尺寸和加工工藝在整個(gè)制造過程中所占的實(shí)際比重較大，因此，加工效率成為衡量渦輪盤電規(guī)準(zhǔn)選擇的重要參考和標(biāo)準(zhǔn)。以精加工工藝實(shí)施為例，經(jīng)分析可知，該技藝使用下的電規(guī)準(zhǔn)的選擇能夠滿足航空動力系統(tǒng)渦輪盤表面粗糙程度以及重鑄厚度等的基本要求。為了更好地選擇航空動力系統(tǒng)渦輪盤的電規(guī)準(zhǔn)參數(shù)值，本文采用正交方法對其預(yù)先選出的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行了進(jìn)一步優(yōu)化，確保其余渦輪盤的切割效率參數(shù)得到最大限度利用，在此過程中，正交試驗(yàn)法探究了放電電流因素、放電功率因素、正脈沖因素和負(fù)脈沖因素等不同參數(shù)對切割效率的影響。不同因素對動力系統(tǒng)渦輪盤的加工速度影響程度可表示為放電功率、負(fù)脈沖參數(shù)、放電電流和正脈沖參數(shù)，因此在進(jìn)一步進(jìn)行試切實(shí)驗(yàn)、精度檢測和重鑄檢測的基礎(chǔ)上，對不同因素的不同加工質(zhì)量和加工精確程度進(jìn)行驗(yàn)證和組合，得到最終電規(guī)準(zhǔn)參數(shù)，如表1所示。

表1 電規(guī)準(zhǔn)參數(shù)表

3.4 渦輪盤整盤加工工藝規(guī)劃

航空發(fā)動機(jī)動力系統(tǒng)渦輪盤的整盤加工工藝根據(jù)其加工工藝過程劃可分為粗加工工藝和精加工工藝，其中，粗加工工藝主要是為了最大限度釋放動力系統(tǒng)渦輪盤的外界應(yīng)力，減小渦輪盤受力變形對精加工工藝過程的影響，通過對渦輪盤周邊輪廓流出的加工余量采取對稱切割的方式完善粗加工工藝過程，達(dá)到粗加工工藝目的的同時(shí)，盡可能地提高動力系統(tǒng)渦輪盤的整體切削效率。在進(jìn)行粗加工工藝后，整個(gè)渦輪盤的外部輪廓得到最大限度地簡化。在進(jìn)行精加工工藝流程時(shí)，由于粗加工工藝和精加工工藝在同一次裝夾中完成，因此，可采用直徑為0.2 mm的電極絲，從粗加工工藝的第一個(gè)槽口開始，從渦輪盤盤體外側(cè)開始逆時(shí)針進(jìn)行慢走絲切割工藝。在加工余量滿足渦輪盤加工工藝要求的同時(shí)，其加工順序可完成所有榫槽的快速、高效切割，在整盤加工工藝過程中，應(yīng)嚴(yán)格按照渦輪盤的結(jié)構(gòu)尺寸，對切割過程進(jìn)行高效率量化分析，在此基礎(chǔ)上合理分配粗加工工藝和精加工工藝余量，使粗加工工藝完成后留出足夠余量實(shí)現(xiàn)精加工過程，也使所有輪廓精度和切割表面質(zhì)量符合動力系統(tǒng)渦輪盤的性能要求。

4 結(jié)論

特種加工技術(shù)在航空發(fā)動機(jī)制造產(chǎn)業(yè)過程中有著不可比擬的重要價(jià)值，沒有特種加工技術(shù)，往往難以制造出更加先進(jìn)、更加具備科技特質(zhì)的優(yōu)質(zhì)發(fā)動機(jī)。在此過程中，葉片榫齒加工技術(shù)、屏蔽金屬軟管火焰釬焊技術(shù)等為航空發(fā)動機(jī)生產(chǎn)發(fā)揮作出了不可磨滅的作用，而新結(jié)構(gòu)應(yīng)用、新材料應(yīng)用和全新特種加工技術(shù)應(yīng)用等，又進(jìn)一步提高了航空發(fā)動機(jī)系統(tǒng)夜盤甚至晶體等特殊材料和特殊零部件的研制水平，使特種加工技術(shù)朝著更加科技化、智能化和自動化的方向發(fā)展，也使航空發(fā)動機(jī)技術(shù)朝著更加精密化的方向進(jìn)步。