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航空发动机研制中的叶片加工工艺探讨

放大字体  缩小字体 发布日期:2017-07-31  来源:本网  作者:admin  浏览次数:895
核心提示:  航空发动机叶片加工工作量约占整台发动机加工工作量的30%40%.发动机叶片结构复杂,叶片型面为空间列赛曲面。叶片在工作丰要承受复杂应力和微震动,对叶片材料、机械加工工艺、热处理及表面喷涂工艺都有极高的质量要求。  航空发动机研制过程中为了满足设计要求,叶片设计改动较为频繁,这对叶片的加工工艺和加工进度提出了特殊要求。叶片加工的周期和质量直接影响到航空发动机的研制周期。  2航空发动机研制中叶片

  航空发动机叶片加工工作量约占整台发动机加工工作量的30%40%.发动机叶片结构复杂,叶片型面为空间列赛曲面。叶片在工作丰要承受复杂应力和微震动,对叶片材料、机械加工工艺、热处理及表面喷涂工艺都有极高的质量要求。

  航空发动机研制过程中为了满足设计要求,叶片设计改动较为频繁,这对叶片的加工工艺和加工进度提出了特殊要求。叶片加工的周期和质量直接影响到航空发动机的研制周期。

  2航空发动机研制中叶片加工的主要特点航空发动机研制中的叶片加工工艺与发动机批生产中的叶片加工工艺有比较大的差异。专业生产厂叶片的生产准备周期通常为1224个月,有时甚至更长,而发动机研制中的叶片细工周期仅为612个月。发动机研制中叶片的生产批量都很小,通常是几台份甚至单台份的小批量生产。

  在航空发动机研制中,为了缩短叶片加工周期,降低生产成本,叶片工艺应当尽量采用通用高效的机床、夹具、刀具、测具,尽量避开生产周期长、成本高的工艺方案。

  建所初期为了满足发动机研制的迫切需要,组建了叶片加工车间,为了减少叶片加工工装的设计加工工作量,同时成立了具有一定规模的组合夹具站。在几十年的发动机研制过程中经过逐渐积累完善,摸索出了一套适合我国航空发动机研制的叶片加工工艺,基本具备了大尺寸风扇叶片、钛合金叶片、铝合金叶片、各种钢制叶片的加工能力。满足了多种型号发动机研制的需要。

  3典型发动机叶片加工工艺叶片加工主要分为两个阶段:毛坯制造和机械加工阶段。机械加工主要分叶身加工、安装板加工和榫头加工等几部分。

  涡轮叶片目前全部采用无余量精密铸造工艺,专业生产厂按发动机研制要求组织生产,叶片车间目前仅进行各种涡轮叶片的补加工和修复工作。

  发动机研制过程中需要加工大量的等截面吹风叶片,采用传统机械加工方法加工叶栅叶片生产周期长达几个月,目前已采用数控线切割加工工艺替代传统加工工艺,加工周期仅需2周,加工质量完全满足叶栅吹风试验某试验用发动机转子叶片要求。

  为一典型转子叶片,该叶片为某高性能压气机试验用转子叶片。

  叶片的主要工艺流程:1毛坯锻造「-丨铣飞边1丨浇方箱丨1线切割榫头丨-丨磨榫头丨-数控铣缘板丨镗顶尖孔丨-脱方箱丨一铣进、排气边1 1铣缘板内侧丨丨铣叶身余量丨电火花加工叶身1粗抛光1丨中间热处理i检I-I切去辅助夹沿-丨荧光检该叶片共有82道工序,工夹量具22套,利用组合夹具拼装铣削、磨削、电加工夹具20套。实际机械加工周期6个月。

  3.1毛坯加工为了满足叶片的质量要求,该叶片采用模锻件。叶片毛坯叶身法向余量为3,榫头余量为4.国内目前已具备叶片小余量毛述精密模锻能力,但精密锻造模具生产周期长,锻造费用昂贵。采用较大余量的模锻件可以显著降低毛坯加工成本,并大大缩短毛坯生产周期。

  对于工期要求特别紧的叶片,为了缩短毛坯加工周期,也可采用锻造方料毛坯。

  3.2榫头加工叶片榫头是叶片的设计和加工基准,经过模锻后的转子叶片要以叶身为基准加工出叶片榫头,通过浇注方箱将叶身基准转化到方箱上,然后以方箱表面为基准加工榫头。该工作叶片的榫头形式为目前常见的燕尾式。燕尾式榫头最理想的加工工艺手段为拉削、缓进磨削加工。拉削加工效率高、质量好,但拉削加工刀具的设计和加工周期长达几个月,并且成本非常高,当叶片榫头尺寸改动后,拉刀就要重新设计生产,拉削工艺不适宜发动机研制中的叶片榫头加工。目前各叶片生产厂也广泛采用了缓进磨削加工榫头,特别是双面缓进磨可以一次装夹完成叶片榫头的加工,效率很高,由于省去了拉刀设计制造,仅需要设计制造较简单的砂轮修整轮,综合成本比拉削低,是比较适合航空发动机研制中的叶片榫头加工工艺。

  由于目前没有配备缓进磨床,榫头加工一般采用普通铣削加工去除余量,然后用平面磨削保证榫头最终精度要求。钛合金铣加工效率非常低,刀具损耗大。经过论证,采用线切割工艺进行榫头的半精加工,然后经过磨削最终达到图纸要求,同时磨削加工也去除了电加工带来的表面微裂纹和再铸层。该榫头加工工艺效率较高,综合成本比较低,是一种适宜小批童叶片榫头加工的新工艺方案。

  3.3叶身型面、安装板及阻尼台加工叶身机械加工量占整个叶片机械加工量的60%以上,叶身是空间曲面,叶身加工是叶片加工的重点和难点。批生产中叶身型面通常采用靠模铣、砂带磨、电解等加工手段,特别是型面电解工艺在国内外应用的最为广泛。

  对于航空发动机试制中的小批量叶片,这些手段都有其一定的局限性。靠模铣削加工需要制作靠模工装,加工周期长。电解加工效率非常高,加工质量比较好。叶片车间曾长期采用电解工艺作为叶片叶身加工的主要手段,但电解加工设备维护困难,加工中产生大量有毒废液,电极加工复杂。近年来已采用电火花加工工艺代替了电解工艺。电火花工艺较之电解工艺主要的优点是工艺准备时间短,电极制作容易,设备维护简单,电火花工艺加工后的表面质量比采用电解工艺加工的略低。

  叶身电加工前采用铣削去除大部分的加工余量,叶片进、排气边也要铣削去除余量。

  叶片安装板和叶片阻尼台均采用铣削加工去除余量,安装板内表面可以和叶身一起进行电加工。阻尼台的空间角度复杂,加工中要采用工装保证空间型面的加工精度。安装板内表面和阻尼台最后经过手工抛光达到设计要求。

  3.4叶身抛光由于叶片叶身形状复杂,很难采用机械和数控方法加工。目前国内外都在开展叶片叶身型面的加工工艺研究,小余量、无余量精密锻造,无余量精密电解,以及数控抛光都逐步在叶片批生产中得到应用。采用手工抛光工艺保证叶片型面及内缘板要求,手工抛光的优点是适应性强,不需要专门设计生产工装,但手工抛光劳动强度大,对操作者技术水平要求高。

  3.5叶片检验叶片检验是达到和保证叶片加工质量的重要一环,目前国内在叶片加工中还主要采用各类样板检测叶型尺寸,采用样板检测简单可靠。过去叶片样板全部采用机械加工方法生产,工作量大、加工周期长。目前在叶片样板生产中已广泛采用了线切割加工工艺进行样板半精加工,最后经过手工精修达到最终精度要求,加工周期比过去传统工艺缩短很多。

  4缩短叶片加工周期的几项措施叶片生产周期对航空发动机研制有着直接的影响,在保证叶片加工质量的前提下,必须采取有效措施来缩短叶片加工周期。

  4.1缩短工艺准备时间的几项措施叶片工艺规程编制和各类工夹量具设计通常需要36个月的时间。目前在工艺规程编制和工夹量具设计中已广泛采用了计算机辅助设计,并结合叶片生产的迫切需要编制了叶片型面数据处理程序、叶片空间角度处理程序以及叶片样板数据处理程序。这些软件的应用大大加快了工艺准备时的数据处理速度,缩短了工艺准备时间。今后应当在现有基础上加大CAD/CAM/CAPP的应用水平,逐步将几十年积累的工艺规范、工夹量具设计图纸数字化,并在有能力的情况下与叶片设计室联网,使叶片设计数据直接传输到叶片加工车间,争取使工艺准备时间从目前的3~6个月缩短到1个月。

  4.2缩短叶片工装加工周期叶片工装的工作量约占叶片工作量的20%以上。叶片工装的加工精度比叶片相应尺寸高3~5倍,叶片工装的加工是叶片生产的难点,一直制约着叶片生产。为了提高叶片工装的生产能力,应当逐步淘汰目前已经落后老化的设备,增加高精度、高自动化设备的应用,满足叶片工装生产要求。

  4.3配备关键设备提升叶片加工能力在叶片生产中逐渐应用数控加工技术,对叶片质量的提高和缩短叶片生产和工装生产周期起到了明显作用。

  目前为了提高叶片加工能力,应当引进必要的关键设备以满足叶片生产的迫切需要。如双面缓进磨床,五坐标数控铣床等,提高叶片加工能力。

  结束语发动机叶片是发动机中数量最多、加工最复杂的零件。航空发动机研制中的叶片工艺不但要满足叶片质量要求,还要满足航空发动机研制的进度要求。

  航空发动机研制中的叶片加工工艺应当尽量采用通用高效的工艺手段,引进必要的关键设备,缩短加工周期,降低加工成本。

  在工艺规程编制和工装设计中加大CAD/CAM/CAPP的应用,缩短工艺准备周期。

 
 
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