【大涵道比风扇叶片制造工艺研究的文献综述2200字】

大涵道比风扇叶片制造工艺研究的文献综述国外大涵道比风扇叶片制造工艺现状钛合金窄弦实心风扇叶片在涡轮风扇发动机中应用非常广泛。以著名的CFM56发动机为例，CFM56发动机风扇叶片采用自由锻制坯，然后通过精密铣削加工的方式完成钛合金窄弦实心风扇叶片的加工，最后进行激光表面强化处理等工艺提高叶片的力学性能。叶片在叶高2/3处有阻尼凸肩，能够增加叶片刚性和共振频率，但是会降低气动效率。同时，由于实心叶片的尺寸大、重量大，叶片结构复杂，加工难度大，容易出现加工变形和切削振动问题，降低叶片的加工质量，制造成本过高。随着大涵道比航空发动机技术的发展，风扇直径增大，性能要求提升。由于锻造实心风扇叶片重量过大，国外航空发动机制造领域的先进企业新发展了钛合金宽弦空心风扇叶片制造技术。在二十世纪八十年代到九十年代，通用电气（GEAviation）、普拉特·惠特尼（Pratt&Whitney）、罗尔斯·罗伊斯（RollsRoyce）和赛峰（Safran）等世界知名航空发动机制造公司在这一方面都有相应一些代表性的成果。如罗尔斯·罗伊斯公司在V2500发动机上使用的钛合金蜂窝夹层宽弦空心风扇叶片与实心叶片相比，重量减轻10~30%，降低制造成本30~50%。为保证叶片的力学性能满足使用要求，面板与蜂窝、面板与面板之间需要达到不亚于母材性能的结合，其主要的制造工艺如下：（1）使用TC4钛合金热轧板通过精锻或等温锻造工艺完成叶背和叶盆翼形面板的成形，通过化铣工艺腐蚀面板，使其外形和内腔满足设计要求，同时除去表面的污染层。（2）使用TC4钛合金箔板制成蜂窝板，然后加工成所需形状的夹芯。（3）采用活性扩散焊接工艺将叶背和叶盆翼形面板和蜂窝板夹芯组合成风扇叶片的整体结构。（4）采用等温成形工艺降低叶片的变形抗力，使叶片的几何尺寸稳定下来。后来，罗罗公司又在此基础上进一步发展了超塑成形\扩散连接（SFP\DB）空心风扇叶片制造技术用于Trent系列发动机。与蜂窝夹层叶片相比，叶片夹层中的桁架结构可以参与承力，重量减少15%。这种叶片的主要制造方法为：制作两片壁板后，整体放入真空炉内扩散连接；随后将扩散连接后的空心平板叶身放入成形模具内进行超塑成形（可以达到规定叶片扭角的90%），制成风扇叶片的气动型面；最后，放入最终成形模型内，在氢气保护下进行完成成形。图STYLEREF1\s1.SEQpic\s12钛合金风扇叶片的加工过程（普惠公司）图STYLEREF1\s1.SEQpic\s13叶片激光表面强化技术图STYLEREF1\s1.SEQpic\s14罗罗公司Trent1000发动机的风扇叶片（采用超塑/扩散成形）国内大涵道比风扇叶片制造工艺现状目前，我国的下一代大涵道比涡轮风扇发动机采用了钛合金窄弦实心风扇叶片，其主要工艺路线为先通过模锻制坯，再进行榫头、叶尖和叶身的精密机械加工，最后进行表面磨抛。由于我国叶片精密锻造工艺水平有限，锻造完后的叶身还有较多余量需进行机械加工。这带来了两个方面的问题：一方面，后续机械加工会损伤叶身锻造产生的流线，降低了叶片力学性能和使用寿命；而后续的表面处理和强化等工艺，也会延长工序链条，增加批量生产的周期和成本；另一方面，为了去除锻造毛坯过多的余量并保证合适的批量生产效率，在叶片加工过程会采用较高的材料去除率，但是过高的材料去除率会带来很大的叶片切削载荷，显著增大叶片加工变形和切削振动，降低叶片的加工质量（如出现尺寸形状误差、表面缺陷等），在生产实践中还发现了不少由于局部过切导致工件异常报废的情况。同时，过高的材料去除率也造成了大量的材料和成本浪费。实心窄弦风扇叶片也可以通过叶身无余量精密锻造来实现，但是由于大涵道比涡轮风扇发动机的风扇叶片尺寸较大，对国内精密锻造水平提出了很大的挑战。目前，国内一些研究单位和高校[40,41]也在跟踪超塑成形\扩散连接（SPF/DB）的有关技术——采用“扩散连接+热扭转+超塑成形”的叶身三次热循环和榫头焊接的工艺方法，研制钛合金三层结构SPF/DB宽弦空心风扇叶片。不过目前国内有关单位在风扇叶片的SFP\DB工艺上还处于探索阶段，工艺本身还很不稳定，无法实现大批量制造。图STYLEREF1\s1.SEQpic\s15空心宽弦叶片（样件）参考文献刘大响，程荣辉.世界航空动力技术的现状及发展动向[J].北京航空航天大学学报,2002(05):490-496.刘大响，金捷，彭友梅，等.大型飞机发动机的发展现状和关键技术分析[J].航空动力学报,2008(06):976-980.陈懋章，刘宝杰.风扇/压气机气动设计技术发展趋势——用于大型客机的大涵道比涡扇发动机[J].航空动力学报,2008(06):961-975.陈光.高涵道比涡轮风扇发动机发展综述[J].航空制造技术,2008(13):40-45.余自武，韩铖熹.LEAP发动机——助力C919早日成功[J].大飞机,2014(06):46-48.梁春华.高性能航空发动机先进风扇和压气机叶片综述[J].航空发动机,2006(03):48-52.刘维伟.航空发动机叶片关键制造技术研究进展[J].航空制造技术,2016(21):50-56.黄维，黄春峰，王永明，等.先进航空发动机关键制造技术研究[J].国防制造技术,2009(3):42-48,52.冯之敬.机械制造工程原理[M].清华大学出版社,2008.MerchantME.MechanicsoftheMetalCuttingProcess.I.OrthogonalCuttingandaType2Chip[J].JournalofAppliedPhysics,1945,16(5):267-275.MerchantME.MechanicsoftheMetalCuttingProcess.II.PlasticityConditionsinOrthogonalCutting[J].JournalofAppliedPhysics,1945,16(6):318-324.A.AEJ,C.WR.ComputerBasedModellingofPopularMachiningOperationsforForceandPowerPrediction[J].Elsevier,1985,34(1).MinyangY,HeeduckP.Thepredictionofcuttingforceinball-endmilling[J].Pergamon,1991,31(1).刘井玉，刘华明，王延福.螺旋刀刃曲线的统一模型——普通螺旋线[J].工具技术,1998(06):24-26.Y.A,P.L.MechanicsandDynamicsofBallEndMilling[J].JournalofManufacturingScienceandEngineering,1998,120(4).LiuXW,ChengK,WebbD,etal.ImprovedDynamicCuttingForceModelinPeripheralMilling.PartI:TheoreticalModelandSimulation[J].Internationaljournalofadvancedmanufacturingtechnology,2002,20(9):631-638.LiuXW,ChengK,WebbD,etal.Improveddynamiccuttingforcemodelinperipheralmilling.PartII:experimentalverificationandprediction[J].TheInternationalJournalofAdvancedManufacturingTechnology,2004,24(11-12):794-805.佀昊.薄壁件五轴侧铣加工变形误差补偿与进给速度优化研究[D].清华大学,2019.洪贤涛.球头铣刀铣削力建模与仿真研究[D].西安理工大学,2020.吴刚.球头刀精铣自由曲面切削力建模及刀具姿态影响分析[D].西北工业大学,2019.卞化梅.球头铣刀加工曲面的切削力解析建模[J].煤矿机械,2007(12):61-63.SasaharaH,ObikawaT,ShirakashiT.FEManalysisofcuttingsequenceeffectonmechanicalcharacteristicsinmachinedlayer[J].JournalofMaterialsProcessingTech.,1996,62(4).黄志刚.航空整体结构件铣削加工变形的有限元模拟理论及方法研究[D].浙江大学,2003.黄志刚，柯映林.飞机整体框类结构件铣削加工的模拟研究[J].中国机械工程,2004(11):51-55.黄志刚，柯映林，董辉跃.框类整体结构件铣削加工顺序的有限元模型[J].浙江大学学报(工学版),2005(03):