樊文泽

（内蒙古工业大学机械学院，内蒙古 乌兰察布 010051）

航空发动机或者燃气轮机的零部件在运转期间，均承受一定的温度与应力，故此一定要选用特殊材料去制造，同时在这些零件上制造出很多发汗孔，以冷却散热。航天航空事业的发展，其对航空发动机动力性能提出的标准不断提升，此时零件的孔加工技术应作出相应改进，但是钛合金、高温合金、不锈钢等难加工材料的微小孔加工难题尚未有效处理。笔者总结长期实践经验，对几种较为常见的小孔特种加工技术进行详细探究。

1 航空发动机小孔的基本特征与要求

1.1 材料特殊

由于航空发动机或燃气轮机的零部件长期处于高温高热环境中运转，故此需选用特殊材料制造。常见的有温耐热合金、钛合金。但是因为上述材料韧性大，机械加工效果欠佳，对刀具材质提出较高要求，加工效率无法得到保障的同时，也耗用大量人力资源，故此对深小孔需采用特殊加工工艺手段。

1.2 表面要求质量高

航空发动机零件在作业期间会承受很大应力，故此对其表面质量提出较高要求。当下，国内外航空发动机制造企业均对零件表面质量做出严格规定。传统的金属切削加工叫做A类加工法，电火花加工叫做B类加工法，因为后一加工方法存在变质层，故此若将B类加工法设为前道工序加工，那么务必将A类加工法为最终的加工工序，以去除变质层。但是由于制造材料的特殊性，采用A类加工法很难获得预期效果。小孔表层质量要求有：①重熔层一定要处于限定范围中；②不能存有烧伤；③不能存有微裂痕。

1.3 孔的精度要求高

发汗孔对孔径尺寸与孔精度均提出相应要求，通常在数十微米内。但由于部分孔深相对较大，电火花加工技术在应用期间会产生诸多不确定因素，对孔的精确产生负面影响，故此制造出符合孔的精度要求目标也不易达成。对零件孔精度产生影响的因素多种：①极的侧面及端面破损；②加工期间的二次放电；③工作液压力、温度、电导率数值的变化；④加工缝隙中的污物，易引发路、烧弧、积碳等现象；⑤脉冲电源的电压变化；⑥电极插入深度等。

1.4 孔的形状要求

发汗孔多数是圆孔，可以直接应用圆电极加工，但也存在形孔、三角孔、长方孔，此时就需采用特殊的加工技术。有报道显示，燃气轮机叶片的散热孔具有一定深度，可达到500～800mm，应用圆截面，且顺沿其轴向还应用了竹节状，即孔的直径粗细一致。

2 小孔特种加工技术

2.1 高能束流加工技术

该工艺手段应用高密度能量的激光束、电于束或离子束等，采用熔融方式，去掉工件材料。激光和电子束加工方法，适用于航空发动机小孔加工领域。激光基本上可以在任何材料上加工小孔，具有速率快、效率高以及可以在形体易发生改变的材料上加工等优势。但是采用该技术加工的零件孔，表明粗糙度难以符合质量标准，弧度欠佳、可能会产生喇叭状，甚至在被加工零件表面滞留面积加大的再铸层或热影响产物。激光加工技术应用期间，零件孔经高达4～5μm，深径比高于10，加工精度通常低于IT8级，表面粗糙度通常低于R03.2μm 。激光加工技术通常应用在超硬或绝缘材料上，对精度、表面质量与结构完整性没有提出苛刻要求的大量群孔的加工领域中。

电子束小孔是借用聚焦的高速电子流，促使工件上的受冲击点熔化与汽化，为有效规避电子束和气体分子触及而生成散射，该工艺手段对加工环境提出较高要求，即在真空室中进行。当下电子束斑点的最小规格为0．013～0．025mm，加工孔径范畴为φ0．025mm（厚度为0．02mm 时）～φ1mm（厚度为5mm时），孔的锥度通常是1°～2°，材料去皮效率最高为40mm³/s，加工精度可达±0．025mm，表面粗糙度可达，但是在加工表层可能会产生一层厚度为0．025mm左右的再铸层或热影响产物。故此，电子束技工技术适用于中小型构件上数目繁多、缺乏表面完整性硬性规定的加工领域中，例如测流孔等微小孔的加工。

2.2 电化学加工技术

电化学加工技术是采用电化学反应去除工件材料或在其表皮上镶镀金属材料等的特种加工技术，其中电液束、照相电解、电喷射电解等工艺技术等在航空发动机小孔加工中有较广泛应用。

电液束（ESD）加工小孔技术是在毛细管电解加工技术发展起来的，其特征是采用高电压与酸性电解液加工直径相对较小的发汗孔，电液束的加工工具为专门制造的玻璃管喷嘴，其直径略小于加工孔径。此外，喷嘴中或管腔中存有一根电极，以确保和酸性电解液触及并有电流通行。电液束能够在导电耐蚀材料上加工直径φ（0．2～1．0）mm的小孔，深径通常是普通小孔的50倍左右，加工给进速率高达0．76～4．6mm/min，孔径加工精度可达到±0．025mm，表面粗糙度区间为R0(0.4～1.6)μm 。电液束适用于具有高表面完整性标准的、由耐腐蚀材料制造的零件上大深径比小孔加工领域中。

2.3 电火花加工技术

电火花加工是采用工件与工具电极间的放点，进而有控制的去除工件材料，并能够促使材料形体、性能与镀层发生改变。当下，电火花成型、高速电火花穿孔与线切割加工技术在航空发动机小孔制造领域中有所应用。本文仅对电火花成型加工技术进行阐述。

电火花成型为在工件与工具存留一定绝缘介质状态下，采用两极板将形成脉冲性火花放电现象，促使导电材料被顺利除掉，实现加工目标。该加工技术通过对电极材料、工艺参数、排屑方式等内容的选择，实现对导电材料上多类孔精确加工。电火花成型加工技术的孔径最小值为φ．03mm，表面粗糙度可达到R00.1μm ，加工精度可达0．005mm，深径比可达30。电火花成型加工技术属于热熔加工技术，在应用过程中会形成再铸层，电流、波形等工艺参数对再铸层厚度产生影响。电火花成型技术多应用在复杂结构表面完整性要求较低的单独，以及大批量的精密型发汗孔加工领域中。

3 小孔特种加工技术的发展趋向

3.1 自动化装备技术的广泛应用

伴随着工艺装备自动化水平提升进程，高性能控制系统的发展进程也被推进，协助小孔特种加工技术在应用期间外界不确定因素影响大幅度减少，小孔加工效率与质量同步提升。

3.2 不同小孔特种加工技术复合化

面对具有特殊要求的型孔，单一加工技术的应用难以满足所有标准，需要有两种或两种以上的工艺技术联合应用，以获得较为理想效果。例如高能束流加工技术联合电火花技术，能够进一步提升孔型加工质量。

3.3 新型小孔特种加工技术的研发

在科学技术不断发展与进步的时代中，以不同原理为基础的新型小孔特种加工技术将会陆续被研发，并逐渐应用到生产实践中。例如聚焦等离子加工技术，为一类适合发汗孔直径＜φ0．08mmm，深径比＞10的微小孔生产领域中。当下，聚焦等离子加工技术已经朝着工程化应用阶段发展。

4 结语

航空发动机小孔在生产过程中涉及的加工参数繁多，为满足孔型加工精度、表面粗糙度等要求，需对各种特种加工技术的应用原理与实用范畴有所掌握，合理选择，并采用单独或联合应用，以最大限度的优化型孔加工质量与效率，助力我国航空航天发电机行业发展。