特种加工-课程论文

1、浅谈应用于航空发动机的特种加工技术 2015级机械提纲一、特种加工介绍二、特种加工技术在航空发动机中的重要作用三、国内外研究现状四、航空发动机中孔类零件的加工应用五、航空发动机中复杂曲面类零件的加工应用六、新型发动机七、特种加工技术在航空发动机中常见问题及展望一、特种加工介绍 特种加工（又称非传统加工）是二次世界大战后发展起来的一类有别于传统切削与磨削加工方法的总称。特种加工方法将电、磁、声、光等物理量及化学能量或其组合直接施加在工件被加工的部位上，从而使材料被去除、累加、变形或改变性能等；特种加工方法可以完成传统加工方法难以实现的加工，如高强度、高韧性、高硬度、高脆性、耐高温材料和工程陶瓷、

2、磁性材料等难加工材料的加工以及精密、微细、复杂形状零件的加工等。主要包括电火花加工、电火花线切割加工、电化学加工、激光加工、电子束和离子束加工、超声加工等。图片1 电火花加工原理及加工设备图片3 电化学加工原理及设备图片2 电火花线切割加工原理及设备图片4 激光加工二、特种加工技术在航空发动机中的重要作用特种加工技术在航空制造业中发挥了极其重要和不可替代的作用，在航空制造业中已突破了传统机械切削加工的瓶颈，在提高加工能力、产品质量、生产效率和经济效益的提升方面显露出巨大的优越性，是航空制造技术不可缺少的关键技术。特种加工技术在国内外各行各业的应用中取得了巨大成效，它们有着各自的特点，特殊材料或

3、特殊结构工件的加工工艺性发生了根本变化，解决了传统加工方法所遇到的各种问题，已经成为现代工业领域中不可缺少的重要加工手段和关键制造技术。与传统切削加工工艺相比特种加工具有以下特点：(1)主要不是靠机械力和机械能切除金属,而是直接利用电能、光能、声能或几种能量的复合形式去除金属材料。(2)适应性强,加工范围广,一般不受工件材料机械物理性能的限制,可以加工任何硬、脆、热敏、耐腐蚀、高熔点、高硬度、高强度、特殊性能的金属和非金属材料。(3)加工机理不同于一般金属切削加工,不产生金属宏观切削,不产生强烈的弹性和塑性变形,故可获得很低的表面粗糙度及尺寸精度。(4)以柔克刚,加工过程中无明显的机械力。多数

4、特种加工不需要工具,有的即使采用工具,也不直接与工件接触,且几乎不承受加工作用力,故可加工硬脆材料,甚至工具材料的硬度可低于工件材料的硬度。(5)可在加工过程中实现能量转换或组合,便于实现控制和操作自动化,适合于二维或三维复杂面、微细表面、微小孔、窄缝和低刚度零件的加工。传统切削加工电火花线切割和激光切削三、国内外研究现状目前，发达国家为90年代战斗机配套的推重比10发动机，如美国的Fll9、西欧四国的EJ2O0、法国的M88和俄国的A41中正处于全面工程研制阶段；同时又开始实施推重比20发动机技术发展计划。国内，特种加工技术广泛应用于航空发动机重要承力旋转构件上，如图2中所示的国产航空发动机

5、的风扇、高低压转子等，焊接零件材料主要为钛台金和高温合金。但是很多技术不是很成熟，硬件和软件对国外的依赖很大。图2 国产新型昆仑涡喷航空发动机图1 推重比10发动机四、航空发动机中孔类零件的加工应用 图1 激光加工技术在发动机制造中的应用目前应用于航空发动机小孔的特种加工技术种类很多，按照各种工艺技术的特点，可以划分为高能束流加工，电化学加工、电火花加工，液体喷射加工、超声加工、微波加工等类别。这些特种加工技术特点各异，应用不同，因此选用合适的小孔加工技术进行不同需求小孔的加工，对于航空发动机的性能、制造成本、可靠性等均有着重要的意义。激光加工技术将开发和研制的激光焊接、激光强化、激光热处理及

6、3D打印等新型技术与设备正逐步应用到发动机零部件的制造维修中，如图1中所示，发动机的风扇叶片采用激光冲击强化技术图2 航空发动机导轨梁孔的加工 航空发动机中导轨梁的加工， 零件主要为ZLl04A材料，该零件外形尺寸为： 365mm585mm418mm，结构复杂，由于该产品正处于预研阶段，设计更改频率较高， 因此给毛坯的铸造、加工都带来很高的难度。见图2中孔的加工，由于该处结构孔的位置受限制，无法采用机械加工，在加工时只能采用电火花加工，同时该处位置度和相关联的尺寸过大，现有电火花设备无法进行加工，针对该零件只有想办法加大电火花油箱的容器，通过制定工装来满足加工要求。五、航空发动机中复杂曲面类零

7、件的加工应用图3 多轴联动电火花成形电极及轨迹仿真图2 带冠整体叶轮的应用图1 涡轮转子如图1所示，用电解方法加工的涡轮转子及整体叶轮，工件材质为高温合金，采用套料加工方式，叶盆、叶背一次加工成形，叶片精度0.1mm，表面粗糙度值为0.8m，每个叶片加工仅需几分钟时间。电解套料加工已成为航空航天领域优先使用的工艺方法之一。我国在采用电解设备制造发动机整体叶盘的加工技术上面还比较落后。图2为多轴复杂型面电火花成形加工的实例，即带冠整体叶轮。 由于其闭式的特殊结构造成了零件机加工过程中产生了刀具悬臂梁的障碍，数控铣加工难以完成，且选材多为不锈钢、高温耐热合金和钛合金等难切削材料，使其成为航空发动机

8、制造中的关键技术，而多轴联动电火花成形加工技术显得尤为有效。图3为多轴联动电火花成形电极以及运动轨迹仿真图。六、新型发动机图1 电火花加工技术应用于新型航空发动机图2国产新型昆仑涡喷航空发动机为保证新型发动机结构重量减轻和结构完整性的提高。采用真空电子束焊接是保证重要承力构件可靠性的重要工艺手段。电子束焊接技术发展已有30多年历史。广泛应用于航空发动机重要承力旋转构件上，如图1中所示的航空发动机的风扇、高低压转子等，焊接零件材料主要为钛台金和高温合金。火花加工技术适合于材料硬度高、难切削蹦及易变形的薄壁件上的各种复杂形状的型孔、型腔、小孔、盲孔、凹槽的加工，其典型应用是发动机热端零件气膜冷却小

9、孔、喷油嘴的小孔、燃油阀精密型孔的加工，如图2中所示。美国CFM56发动机短环形燃烧室7000多个气膜冷却孔的加工就采用了组台式多头数控电火花加工技术。而对于我国某型发动机导向叶片及其组件中的异型孔及某型发动机的第一级机匣处理环挠流孔等都采用了精密电火花加工技术。常见问题：虽然特种加工已解决了航空发动机传统切削加工难以加工的许多问题，在提高发动机产品质量、生产效率和经济效益上显示出很大的优越性， 但目前它还存在不少亟待解决的问题。不少特种加工的机理（如真空电子束焊接、激光等加工）还不十分清楚其工艺参数选择，加工过程的稳定性均需进一步提高。有些特种加工（如电化学加工）加工过程中的废渣、废气若排房

10、不当，会产生环境污染，影响工人健康。有些特种加工（如快速成形、等离子弧加工等）的加工精度及生产率有待提高。有些特种加工（如电火花、真空电子束焊接、激光加工）所需设备投资大、使用维修费高，亦有待进一步解决。七、常见问题及展望展望：广泛采用自动化技术、利用计算机实现对特种加工设备的控制系统、电源系统的自动控制，建立特种加工的系统，这是当前特种加工的主要发展趋势，开发由不同特种加工技术复合而成的加工方法，如电解电火花加工、电解电弧加工等复合加工，以扬长避短提高经济效益和生产率。另外，还应着重于新的工艺方法的研究，不断提高加工工艺水平。考虑到一些特种加工技术对环境的污染问题，必须要着重解决废渣、废气、废液的 “三废”转化问题，向“绿色”工业及可持续发展工业转化。目前，发达国家为90年代战斗机配套的推重比1