先进制造技术先进制造技术(小论文)(4)

3.3 整体叶盘高效高精度低成本加工技术

整体叶盘技术的应用推动了航空发动机结构设计的创新和制造工艺的跨越，实现了发动机减重和增效的目的，提高了发动机工作的可靠性。同时，叶片的薄厚度、大弯扭高效率气动设计，形成了叶片刚性差，加工易变形难控制的问题；叶片间窄而深的气流通道，使叶盘加工工艺实现性差；钛合金、高温合金等高强材料，难切削加工，效率低。美英20世纪80年代的新型发动机开始应用整体叶盘技术，我国整体叶盘技术起步于1996年前后。整体叶盘技术的应用推动了发动机零件结构整体化技术的发展，带鼓筒叶盘、带轴叶盘、盘片鼓筒轴组合叶盘、带箍闭式叶盘、整流器静子环叶盘和两级或多级叶盘组合的串列式整体叶盘结构在新型航空发动机研制中陆续得到应用；整体叶盘的功能结构在轴流叶盘、离心叶轮的基础上，发展了大小叶片结构叶盘、斜流转子叶盘。自整体叶盘在高性能航空发动机上应用以来，整体叶盘制造技术一直在发展和提升，目前整体叶盘加工的工艺方法主要有以下 5 种：失蜡精密铸造整体叶盘、电子束焊接整体叶盘、电化学加工整体叶盘、线性摩擦焊整体叶盘和五坐标数控机床加工整体叶盘等工艺方法。五坐标数控机床加工整体叶盘工艺方法是国内航空发动机整体叶盘制造中技术研究开展的最早、工程应用面最宽、技术成熟度较高的叶盘制造工艺方法。其中，插铣开槽加工工艺、对称螺旋铣削叶型精铣加工工艺、叶片前后缘加工误差补偿技术和整体叶盘叶型自适应加工工艺技术是该技术发展和应用的关键。国

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先进制造技术

外 T700 发动机、BR715 发动机增压级、EJ200 发动机的整体叶盘使用此加工方法加工制造，我国 CJ1000A、WS500 等航空发动机整体叶盘也是采用五坐标数控加工技术制造。图8为我国制造的商用航空发动机高压压气机第一级整体叶盘。

图8 商用航空发动机高压压气机第一级整体叶盘

3.4空心叶片制造技术

涡扇发动机的风扇远离燃烧室，热负荷低，但先进航空发动机对其气动效能的要求和防外物打伤的能力在不断提升。高性能航空发动机风扇均采用宽弦、无凸肩、空心风扇叶片。罗·罗公司研制的三角形桁架结构的空心风扇叶片是对原蜂窝夹芯叶片的改进，罗·罗公司称其为第二代空心风扇叶片，其工艺是采用超塑成形/扩散连接（SPF/DB）组合工艺方法，将3层钛合金板制成宽弦空心风扇叶片，叶片空心部位呈三角形桁架结构,该结构叶片已经在波音777和A330飞机的“遄达”发动机上使用。我国三角形桁架结构的空心风扇叶片制造技术也取得突破（图9为空心风扇叶片及内部三角形结构），但要满足工程化应用还需开展

图9 空心风扇叶片及内部三角形结构

大量的强度、振动、疲劳试验和工艺优化研究工作。空心叶片的制造工艺流程为：首先需准备3块钛合金板并按上、中、下3层放置，中间一层为芯板，上下层分别为叶盆和叶背层板，然后按照除油酸洗 3 块钛合金板、中间层喷涂止焊剂、钛板焊接、入模加温、氩气净化、扩散连接、超塑成型、随炉冷却、表面化洗、叶根及进排气边加工、叶片检验等工序[2]超塑成形/扩散连接（SPF/DB）成风扇空心叶片。

3.5 高端轴承制造技术

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先进制造技术

轴承是航空发动机的关键零部件之一，轴承在以每分钟上万转高速长时间运转的同时，还要承受发动机转子高速旋转所产生的巨大离心力和各种形式的挤压应力、摩擦与超高温作用。轴承的质量和性能直接影响到发动机性能、寿命、可靠性和飞行安全。高端轴承的研制和生产与接触力学、润滑理论、摩擦学等学科交叉及疲劳与破坏、热处理与材料组织等基础研究密切相关，同时还必须解决设计、材料、制造、制造装备、检测与试验、油脂及润滑等环节大量的技术难题。目前，高端轴承的研发、制造与销售基本上被铁姆肯、NSK、SKF，FAG 等西方国家的轴承制造企业垄断。我国航空发动机制造技术落后，国内轴承制造企业的生产能力和研制水平，在短期根本无法提供适合先进航空发动机使用的高端轴承。轴承已成为我国航空发动机研发中难以翻越的“珠穆朗玛峰”，极大制约了我国高性能航空发动机的发展。

3.6 粉末涡轮盘制造技术

航空发动机涡轮盘承受着高温和高应力的叠加作用，工作条件苛刻，制备工艺复杂，技术难度大，成为我国发动机发展的难点之一。基于粉末高温合金具有优异的综合力学性能和良好的冷热工艺性能等优点，国外高性能航空发动机上广泛使用粉末涡轮盘。粉末涡轮盘的制造包括材料研制、母合金熔炼、粉末制备与处理、热等静压、等温锻造、热处理，以及高精度检测与评价等一系列关键制造技术，它承载着先进航空发动机制造不可或缺的关键制造技术。国外粉末涡轮盘研究的趋势为在涡轮盘使用性能上从高强型涡轮盘向耐损伤型涡轮盘发展、制粉工艺向超纯净细粉方向发展，成型工艺在采用热等静压成型工艺的同时，还发展挤压成型工艺、等温锻成型工艺。国内，北京航空材料研究院已研制了多种航空发动机粉末涡轮盘，解决了先进航空发动机粉末涡轮盘的关键制造技术难题，但粉末涡轮盘工程化制造问题还未彻底解决。

3.7 叶片进排气边（前后缘）加工技术及自适应加工技术

航空发动机叶片进排气边的加工质量是影响航空发动机气动性能的关键因素之一。进排气边也是叶片缺陷易发部位和钛合金缺陷敏感区，大量的发动机失效事件都是叶片进排气边加工缺陷造成的。由于叶片进排气边是叶片最薄的部位，又是叶片的边沿部位，其刚性差、加工变形量大，加工的叶片进排气边常常出现方头、尖头等。发动机叶片批量产中，高效高质量叶片进排气边加工的关键工艺问题仍未彻底解决。

自适应加工技术分为3种形式，即刀位轨迹的自适应规划、数控系统的自适应控制和与数字化检测相结合的自适应加工。国内自适应加工技术在航空发动机精锻/辊轧叶片加工、损伤叶片修复和线性摩擦焊接整体叶盘加工中等到成功应用，虽然自适应加工技术在理论和实践上都取得了突破和发展，但是自适应加工

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先进制造技术

技术的工程化应用仍是航空发动机制造研究的热点技术。

3.8 防鸟撞技术

鸟撞事件频发，由此造成危害巨大成为航空发动机研制不可避开的问题，国内外均开展了广泛的研究。2015年7月美国FAA发布了《运输类飞机鸟撞要求》的通告，此要求的发布不仅对未来航空发动机的防鸟撞、防外物打伤提出了具体的要求和规定，同时又为发动机新材料新结构制造技术的开展指明了又一新的研究方向。

3.9复合材料制造及3D 打印技术

复合材料技术已在高性能航空发动机上取得广泛的应用，为研制LEAP发动机的需要，斯耐克玛公司采用三维编制树脂转移模塑（RTM）工艺技术，加工制造了复合材料风扇机匣和复合材料风扇叶片，RTM技术制造的LEAP发动机零件，不但强度高，而且质量只有相同结构钛合金部件质量的一半。在研制F119发动机过程中，普惠公司研制连续 SiC 纤维增强钛基复合材料宽弦风扇叶片。该类复合材料叶片具有刚度高、质量轻、耐撞击等性能，被称为第三代宽弦风扇叶片。3D打印也称增材制造，集成CAD、CAM、粉末冶金、激光加工等多项技术。利用3D打印技术，我们可以把“大脑”的思维变成三维实体，把电脑上的零件图像打印成“真实”零件。3D打印技术使制造技术和加工理念发生了“革命性”的变化。澳大利亚莫纳什大学，成功制造出世界上首个3D打印喷气发动机。同时，还与波音公司、空客集团和赛峰集团合作，为波音等提供3D打印的发动机原型 …… 此处隐藏：1859字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……