因原文較長，為便于閱讀，經(jīng)與作者商議，將其拆分成相對獨立的3篇文章陸續(xù)發(fā)布，但保留原文圖片及參考文獻的編號。若想一氣呵成看全文，請關注《世界制造技術與裝備市場(WMEM)》雜志2020年第3期“航空發(fā)動機加工裝備的性能需求與驗收關鍵技術”一文。——編者注
 

　　航空發(fā)動機是由多種類型零部件組成，可以在高溫、高壓、高轉速和不斷變換工作狀態(tài)的惡劣環(huán)境中工作的高度復雜和精密的熱力機械[1]，追求更輕量化、更大推力、更高可靠性、更長壽命、更低油耗、更低成本是提升航空發(fā)動機性能的永恒主題，這也促使發(fā)動機結構越來越集成、設計越來越復雜。現(xiàn)代航空發(fā)動機設計采用了許多新技術、新材料、新結構來滿足苛刻的性能要求，高溫和承力結構件多采用整體結構，零件結構復雜、加工精度高，表面粗糙度及表面質量要求高，其先進制造技術對相應的加工機床與裝備需求十分迫切。
 

　　目前，世界主要大國在航空制造業(yè)方面的競爭極為激烈，封鎖與摩擦不斷，我國大飛機項目和“兩機”專項的上馬促進了航空發(fā)動機產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，也為機床裝備的發(fā)展帶來了新的機遇和挑戰(zhàn)。數(shù)控機床的研制和應用首先起源于航空制造業(yè)，并伴隨著航空制造業(yè)的發(fā)展而發(fā)展[2]。通過相關項目支持，研發(fā)出了五軸葉片銑磨加工中心、葉片拋磨機床、機匣五軸銑車復合加工中心等設備，工信部與中國機床工具工業(yè)協(xié)會也組織了多次航空發(fā)動機企業(yè)與機床企業(yè)對接會，推動“兩機”專項與數(shù)控機床專項建立長效對接機制，創(chuàng)新協(xié)同模式，加速成果轉化，實現(xiàn)產(chǎn)學研用深度融合[3,4]。我國的高檔數(shù)控機床基本實現(xiàn)了由不能做到能做的升級和跨越[5]，但整個機床行業(yè)正向設計能力、針對用戶需求的定制工藝研究及相應的機床設計能力還不足[6]，航空發(fā)動機制造對數(shù)控裝備的性能需求有其特殊的地方，機床裝備企業(yè)如未吃透用戶的具體需求就倉促研發(fā)設備，其應用推廣效應勢必受到影響。
 

　　1 航空發(fā)動機零組件特點
 

　　新一代航空發(fā)動機總共有3萬多個零件，涉及230多種不同標準的材料，與加工制造相關的特點具體如下：
 

　　（1）零、組件種類眾多
 

　　航空發(fā)動機主要零件有葉片、帶榫槽輪盤、整體葉盤、軸、環(huán)形與鼓筒件、噴嘴組件、齒輪、軸承、緊固件、導管等10大類。如圖1所示，葉片分為風扇葉片、壓氣機葉片、渦輪葉片以及與之對應的靜子整流葉片，機匣有風扇包容機匣、壓氣機機匣、燃燒室機匣、渦輪機匣以及分布在它們之間的級間機匣，有的整流葉片還與機匣整體成形，各類轉子葉片都通過榫接結構連接在轉子盤上。為了減重增效、提高推重比，壓氣機前段越來越多采用整體葉盤結構。
 

圖1 航空發(fā)動機結構爆炸圖
 

　　（2）難加工材料多
 

　　航空發(fā)動機大量采用高溫合金、鈦合金、高強度鋼材料，復合材料、工程陶瓷材料等新材料也越來越多地應用到高性能航空發(fā)動機上。這些材料的加工性極差，對工藝裝備的剛性和切削刀具的要求極其苛刻，還需要大量的特種工藝裝備。
 

　　（3）零組件結構復雜
 

　　風扇/壓氣機/整體葉盤葉片屬于典型的自由曲面零件，結構復雜、剛性差，加工過程易變形，需要高性能多軸數(shù)控加工設備；風扇/壓氣機/燃燒室/渦輪/中介機匣需要高精度多軸坐標鏜、高精度立式車/磨數(shù)控裝備、電解或線切割裝備；壓氣機轉子組合后葉尖高速磨削和機匣組件高精度立式磨削設備；盤類零件輻板、周向榫槽、軸向深孔等形狀復雜，需采用車銑磨復合、拉削、成形磨削等特殊設備或新工藝裝備；燃油噴嘴桿芯/活門安裝座/外殼油路和冷卻型腔復雜，需要增材制造設備，其活門組件很多小微零件的形位公差甚至到亞微米級，需要車銑磨一體復合加工設備；整體葉盤修復需要線性摩擦焊設備，而高壓渦輪盤軸組件、高壓壓氣機轉子、風扇盤所需要的慣性摩擦焊設備，對發(fā)動機減重和提高耐高溫性至關重要。
 

　　（4）零件加工精度高
 

　　發(fā)動機零件要保證在高溫、高速、惡劣環(huán)境下可靠工作，需要零件具有良好的配合質量和互換性，一方面對零件的加工精度要求極高，很多零件的精度要求都在微米/次微米級，非配合表面粗糙度要在Ra1.6以下，配合表面粗糙度在Ra0.8以下；另一方面，對設備的加工精度及精度保持性要求很高，還要配套相應的精密檢測設備，甚至需要多軸多功能復合加工與檢測一體的設備來完成。
 

　　（5）多種冷卻小孔
 

　　航空發(fā)動機渦輪葉片、燃燒室、火焰筒等零組件的冷卻小孔每臺份多達數(shù)十萬個，而且是異形精密群孔，尺寸在ø0.1-0.3mm，孔的位置呈空間多向分布，其外壁還有涂層。孔的形位精度和孔壁表面質量要求高，常規(guī)的鉆孔、沖孔方法難以滿足要求，需要激光、電子束、電火花等特種加工技術和裝備。
 

　　（6）零件表面特種工藝要求多
 

　　為了提高發(fā)動機零件的耐磨、防腐蝕、抗疲勞性能，需要采用表面強化、噴涂、噴丸、滲鍍等表面處理技術與裝備。渦輪導向葉片、燃燒室采用的陶瓷熱障涂層，尤其是渦輪葉片表面高溫防腐蝕涂層，其工藝及裝備始終制約航空發(fā)動機的性能。
 

　　2 大型客機航空發(fā)動機對裝備行程需求分析
 

　　市場占有量較大的三類大型客機主要零件尺寸如下表所示，其設備行程應該分別覆蓋其大零件加工尺寸。
 

　　表典型大型客機發(fā)動機
 

 

　　本文作者及單位：
 

　　于建華1，陸濤1，梁永收2，何艷麗1，陳亞林1，王杰1，李勛3，雷力明1，張渝1
 

　　1.中國航發(fā)商用航空發(fā)動機有限責任公司；2. 航空發(fā)動機高性能制造工業(yè)和信息化部重點實驗室(西北工業(yè)大學)； 3. 北京航空航天大學機械工程及自動化學院。
 

　　于建華，男，1985年出生，甘肅臨洮人，博士，高級工程師，主要研究方向為航空發(fā)動機關鍵部件先進制造工藝，航空零件長壽命制造及加工表面完整性控制技術。主持多項國家課題，擔任全國金屬切削機床標準化技術委員會委員。
 

　　參考文獻
 

　　[1] 航空制造工程手冊-發(fā)動機機械加工[M].北京:航空工業(yè)出版社,2016(08).
 

　　[2] 湯立民,宋智勇.航空數(shù)控加工機床發(fā)展方向及其關鍵技術[J].航空制造技術, 2010(10):45-48.
 

　　[3] “兩機”專項和數(shù)控機床專項現(xiàn)場對接會在北京召開[J]. 世界制造技術與裝備市場, 2018(2): 17-19.
 

　　[4] 工信部產(chǎn)業(yè)發(fā)展促進中心. 數(shù)控機床成果在航空發(fā)動機領域應用推廣會在株洲召開[EB/OL]. (2018-12-17). http://idpc.org.cn/xwdt/zxdt/1252.htm.
 

　　[5] 劉峰,高長才.展望未來機床服務航空工業(yè)[J].航空制造技術,2014(11):56-59.
 

　　[6] 王磊,盧秉恒.中國工作母機產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究[J/OL].中國工程科學: 1-9[2020-04-27].http://kns.cnki.net/kcms/ detail / 11.4421.G3.20200403.1716.007.html.