航空发动机叶片关键制造技术研究进展.pdf

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1、论坛FORUM航空发动机叶片关键制造技术研究进展刘维伟（西北工业大学机电学院，西安710072）[摘要]以金属和复合材料航空发动机叶片为研究对象，论述、分析了航空发动机叶片制造采用的加工工艺及关键制造技术，并对其优缺点及发展趋势进行了简要分析。关键词：航空发动机；叶片；机械制造；复合材料DOI:10.16080/j.issn1671-833x.2016.21.050空发动机工作时，不管是风扇叶片、叶片的加工方法及关键技术。压气机叶片，还是涡轮叶片都要承受1风扇/压气机叶片制造技术十分恶劣的工况，但是又存在一些差随着发动机性能的不断提高，叶异。因此，航空发动机不同

2、部位的叶片的结构也愈加复杂，加工难度也越片往往会采用不同的材料来制造。来越大。目前，风扇/压气机叶片主目前，金属材料与先进复合材料是航要以数控加工、精密锻造、超塑成形/空发动机叶片制造的两大类主要材扩散连接方法为主，辅以表面处理技料，对其加工方法及工艺技术的研究术来完成叶片的高品质制造。已经成为制造高性能航空发动机的1.1叶片数控加工技术关键。叶片的数控加工工艺，包含装夹本文以金属和复合材料叶片为方法、数控编程、切削工艺、颤振抑对象，论述、分析了现阶段航空发动制、在线检测、辅助工艺等，在此对切机叶片制造采用的加工方法及关键削工艺、数控编程、颤振抑制进行重刘维伟技

3、术，并对其优缺点进行了阐述。点阐述。博士，西北工业大学副教授，主要[2]高速高效切削技术。高速铣研究方向为难加工材料切削、航空发动航空发动机金属叶片削一般采用较高的切削速度、适当的机复杂零部件研制、计算机辅助技术，机械制造技术进给量、较小的径向和轴向切深，铣负责叶片类零件精密制造研究方向。主持或参与30余项航空航天预研及型高强度不锈钢、钛合金、高温合削时大部分的热量被切屑带走，因而号攻关工作，申报国家技术专利14项，金等高强金属材料的大量应用极大工件的表面温度较低。并且随着铣发表文章40余篇，参编教材3部，主持地提高了航空发动机的综合性能，但削速度的提高，切削力

4、略有下降，表300万元以上项目3项，获省级及以上科技进步奖3项。其难加工的“通病”却成为航空制造面质量有所提高，生产效率随之提高业遭遇的普遍瓶颈。航空发动机金（图1）。在高速铣削过程中，刀具轨航空发动机的制造是一项极其属叶片的制造方法众多，如数控加迹的平滑过渡是保证切削质量的关复杂的系统工程，其中最核心的部件工、精密锻造、精密铸造、电解加工键技术。插铣是实现高效切削最有当属“叶片”，它的制造占据了整个发等。以风扇/压气机叶片和涡轮叶效的方法之一，相较于其他的铣削方[1]动机制造30%以上的工作量。航片为例，分别论述了航空发动机金属式，可大幅降低刀具的径向切削力，

5、50航空制造技术·2016年第21期BladeManufacturingTechnology叶片制造技术锻工序的设计、锻造设备的精度和刚性、检测设备的精度都提出了极高的[9]要求。1.3叶片超塑成形/扩散连接制造技术超塑成形是利用某些材料在特定条件下呈现优越的塑性变形能力而发展出的一种成形工艺。采用此种工艺可以制造高精度的复杂结构，同时由于其拥有极好的变形能力，使得制造件加工重复性好，而且没有回图1叶片五轴数控铣削加工弹。扩散连接是利用被连接材料的Fig.1Five-axisCNCmiIIingmachiningofbIades表面在不足以引起塑性变形的压力[4

6、]有效抑制切削振动，在叶片的切削过颤振。目前，时域仿真法、半解析和低于被连接工件熔点的温度条件[5]程中，对于榫根、缘板、叶身等需要去法和解析法是获得切削参数稳定下，使接触面通过原子间相互固态扩除大余量的部位具有很高的加工效性极限图的主要方法。除以上两种散而形成连接的方法。[10]率。西北工业大学现代设计与集成方法之外，也有一些学者提出在加工超塑成形/扩散连接技术充制造技术教育部重点实验室近几年过程中采用主动振动阻尼法抑制颤分发挥了两种工艺的优势，在成形中[6-7]提出快速铣的概念，这种铣削方式采振。空结构的应用中已经越来越广泛，是用大进给、小切深的工艺方法，在

7、保综合应用以上数控加工技术可成形空心叶片的较好选择。利用钛证切削质量的同时，进一步提高了加以有效解决风扇/压气机叶片加工合金的扩散连接温度与它的超塑成工效率。的技术瓶颈，西北工业大学航空发动形温度相似的特性，在加工叶片时，[3]数控编程技术。随着数控加机先进制造技术国防创新团队进行可以在一个工序中完成成形和连接工和自动编程技术的不断发展，智能了深入的研究和应用。两种工艺，节省了加热以及冷却的时化、集成化和并行化已成为其发展趋1.2叶片精密锻造技术间，提高了叶片的生产效率。并且使势。可以利用CAPP/CAM等集成的叶片精锻是采用高精度的锻压用该技术制造的叶片无需额

8、外的机自动编程系统对叶片