王晓旭

【摘 要】 近几年国家科技的进步， 航空制造业已成为衡量国家发达水平的重要因素之一。航空发动机是飞行器的核心部件， 航空发动机材料与制造技术向着高温化、复合化、轻量化、整体化、高效率、低成本的方向发展。因此发动机典型零部件的加工技術与刀具应用对航空业的发展起着重要的作用。由于航空零件多为难加工材料，精密程度较高，零件形状结构较为复杂，零件的切除率大，对于生产工艺提出了较高要求。从技术实现角度出发，对航空发动机典型零件进行加工，技术人员应该坚持严谨的工作态度，使用配套的装备解决材料难加工的问题。

【关键词】 航空发动机 零件 数控加工技术

一、航空发动机典型零件加工装备需求

1、航空发动机典型零件加工对数控设备的需求

航空制造业对零件加工精度和效率日益提高的需求不断推动机床技术的发展，是机床产品创新的源动力。高速高精度加工中心、复合加工和多轴联动数控机床的出现都与客户需求密切相关。机床的发展方向如下：（1）自动化程度高，即要求设备具有数字化和前沿性的特征，软件功能强大，自动化程度高。（2）高度集成性，附加设备少，设备高度集成，能够实现工艺复合。（3）柔性化，设备通用程度高，生产适用性强。（4）高精度、高效率、智能化，设备需具备精度高， 技术成熟度高等特点。（5）高稳定性，精度保持时间长，故障率低。

2、航空发动机典型零件刀具技术需求

先进的航空产品要求航空零件具有更优异的性能、更低的成本和更高的环保性，而加工工艺要求具有更快的加工速度、更高的可靠性、高重复精度和可再现性。航空钛合金、高温合金零件难切削的工件材料，复杂而薄壁的形状，高精度的尺寸和表面粗糙度要求， 同时大的金属去除量等特点，对切削刀具的高效、精密、安全性等提出更高的要求。刀具作为切削加工的主体之一，在解决航空材料的加工难题中起着至关重要的作用。传统刀具已不能满足现代先进高效加工的要求，刀具行业进入了“高精度、高效率、高可靠性和专用化”的现代刀具生产新格局。刀具质量稳定，刀具精度高，可转位数控刀片各批次产品尺寸精度分散性能控制在一定范围内，成形刀具精度应能完全满足加工部位要求。能针对涡轮机匣、风扇机匣、涡轮盘、风扇盘、长轴、叶片、叶轮等典型零部件，提供完整的刀具配套和解决方案。

二、航空发动机典型零件加工技术探讨

1、发动机零件材料控制和CAD模型加工方案分析

在航空发动机典型零件加工活动中，技术人员可以使用金属制作成复合材料的零件。在零件的切削加工中应该加入性能独特的原材料，添加钨和钼能够降低零件切削加工处理的难度。在发动机零件的切削加工中添加钨能够提高材料的高温强度和常温强度，添加钼能够显著提升材料的强度和韧性，提升发动机零件的使用效果。但是，在发动机典型零件加工中添加合金元素时，技术人员应该重视材料导热系数明显下降的问题。在制定零件加工方案的过程中，技术人员应该认真分析零件的抗拉强度和冲击韧度问题，选择合适的材料进行加工处理。发动机曲轴一般使用QT700材料及虚拟性加工，缸盖选用ZL101（ZALSI7Mg）材料进行加工。在零件处理过程中，可以采用零件图形的数字处理方法，在三维立体模式中对零件加工的细节进行优化。根据加工设计的标准确定零件处理的工步和进给路线，选择合适的机床类型开始对零件进行加工。使用CAD模型处理方法，对发动机零件设计和加工方案进行数字化处理。建立单个典型精密零件的CAD模型特征信息表，包括制造资源库的容量信息、该典型零件加工的工艺技术规范和工艺特征，针对零件的几何特征信息进行加工特征的读取，从而确定合适的切削参数。

2、核心零部件建工与刀具装备的选择分析

发动机缸盖的主要加工内容为进气门座圈/导管切削和上平面螺纹攻丝加工，技术人员应该选择合适的刀具材料装备。在加工技术应用中，技术人员应该合理控制每齿进给量和每转进给量，根据切削零件的进给量选择合适的切削速度。在主轴转速控制中，技術人员还应该考虑到加工余量和耐用度的问题，提升典型零件的抗弯强度和断裂韧度。航空发动机的凸轮轴是一种重要零件，它一般使用HT250型号的材料进行加工，其抗拉强度为250MIN/MPa，它的硬度和抗拉强度承受力都比较低，在高温和高压的状态下很容易发生变形，其硬度为170～241HBS之间，航空发动机凸轮轴的材料力学性能有严格标准，其伸长率不能小于0.5%，冲击韧度不小于10～110kJ/㎡，导热系数不小于0.580W/cm-k。除了发动机的凸轮轴之外，航空发动机的典型零件还有曲轴、缸体、缸盖和连杆等零件。典型零件加工的技术重点是要选择合适的刀具材料装备，适合加工曲轴的刀具材料为PCD/CBN等，而适合加工缸体和缸盖的装备材料为高速钢等。

3、零件涂装技术控制与质量检查细节介绍

根据零件的尺寸选择合适的精铣端面槽，使用精密镗床加工出镗精密孔，并且对发动机典型零件的孔径进行检查。技术人员可以采用三坐标测量机等精密仪器，对零件的尺寸加工进行检查。使用在线测量的方式，及时地发现零件加工中存在的问题，将加工半成品的零件运送到车铣复合加工中心进行处理。半成品的航空发动机零件通常需要加装土层，根据不同零件的应用特点，选择不同的涂层进行加工。TiN类的发动机零件为金黄色，它的硬度最低，为1800～2300HV之间，此种典型零件符合低速下的通用涂装的技术要求，此类零件加装涂层一般为CVD/PVD类的涂层。TiN类的发动机零件为紫黑色，它的硬度比较高，为2300～3500HV之间，此种典型零件符合高速下的通用涂装的技术要求，此种材料可以用来加工制作难加工的航空零件。此类零件加装涂层一般为CVD类的涂层。

结 语

我们要以加快新一代信息技术与航空发动机制造业融合为主线，推进智能制造。在发动机典型零件加工活动中，技术人员应该设计科学合理的加工方案，积极应用先进装备对发动机典型零部件进行切割钻削加工，提升发动机典型零件的加工质量，为今后我国航空发动机典型零件的高效、高精确度加工打下一定的基础。