新一代航空發動機總共有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 航空發動機主要零件有葉片、帶榫槽輪盤、整體葉盤、軸、環形與鼓筒件、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。 (2)難加工材料多 航空發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。
目前航空發動機制造工藝過程中應用較為廣泛的復合加工技術有以下2種: (1)基于工序集中原則,以多種機械加工工藝為主的復合加工技術。例如:車削、銑削、磨削、鉆削、鏜削和絞削等工藝,其中的部分工藝可以一次性裝夾完成。 (2)特種加工方法與切削、磨削組合,去除材料工藝方式的復合。例如:激光、電火花和超聲波等特種加工方法與切削、磨削的組合。
航空發動機的渦輪盤、整體葉盤、渦輪葉片等零件的材料大多為鈦合金和鎳基高溫合金,如圖所示,由于大多是薄壁件,因此對其制造精度要求極高,對其加工刀具要求亦很高。高溫合金加工時由于其切削力大、加工硬化傾向大、切削溫度高、刀具磨損嚴重使其成為典型的難加工材料。 高溫合金家族共有的特點:導熱性差、彈性模量小、化學活性高和摩擦系數大,還具有其他高溫合金不具備的高強度、高韌性和高硬度的特點使得其歸屬于難加工材料行列。在車削過程中主要表現在切屑與前刀面接觸面積小,刀尖應力集中,切削溫度高,切屑不易折斷并且鋸齒化嚴重,刀具磨損嚴重,導致加工效率很低,工件加工表面質量較差。