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1、数控电火花加工技术在航空航天领域的应用与展望专稿?综述《电加工与模具}2011年增刊数控电火花加工技术在航空航天领域的应用与展望陈济轮(首都航天机械公司工艺研究所,北京100076)摘要:介绍了数控电火花加工技术在国内外航空发动机,航天运载火箭,空间飞行器等领域的应用情况.重点介绍了多轴联动数控电火花成形加工技术在航空航天发动机的核心部件——整体涡轮盘研制中所发挥的关键作用,分析了数控电火花微细加工技术在航天领域的应用前景.关键词:发动机涡轮盘;电火花加工;微小孔加工中图分类号:TG661文献标识码:A文章编号:1009
2、—279X(2011)SO一0027—04数控电火花加工技术属工件与电极非接触式加工,由于具有加工难切削材料,复杂形状及低刚度零件,可实现多轴联动等特点,因此在国内外航空航天领域,尤其是在发动机关键部件难加工材料的带叶冠整体式涡轮盘的加工研制中,发挥了至关重要的作用,是一种不可替代的加工技术.为了提高运载火箭和航空型号的运载能力和整体性能,必须使用高性能,高可靠性的发动机.整体式涡轮盘是航空航天发动机的核心部件,它在高温,高转速工况下运行,强烈的热冲击与交变载荷的承载,其工作状况非常恶劣,涡轮盘设计结构的先进性与否直接影
3、响到发动机性能的优劣,可靠性的高低.因此,整体式涡轮盘加工技术历来都是国内外航空,航天发动机的关键制造技术之一.数控电火花加工技术由于能实现多轴联动的运动控制,完成复杂的空间轨迹进给运动,灵活地解决小通道叶片加工过程中电极与叶片的干涉问题,所以,是目前带叶冠整体式涡轮盘研制中非常可靠而又理想的加工方法.空间防御体系的动力系统需大量采用具有轻质,快速响应等性能先进的姿轨控发动机.这类姿轨控发动机燃料推进剂的小喷管,微小喷嘴,喷注器均大量采用了微小的拉瓦尔式型面结构以及直径0.1～0.3mlTl的高精度微小孔结构,数控电火花
4、微收稿日期:2010—0920作者简介:陈济轮,男,1964年生.研究员.细加工被认为是这类高精度微小型面和微小孔的可靠加工方法,应用前景广阔.随着我国国防科技工业的迅速发展,对高性能数控电火花加工设备的需求也越来越大,大量高性能数控电火花加工设备在国防科技工业中的工程应用,也为数控电火花加工技术的发展起到一定的推动作用.1数控电火花成形加工技术在国内外航空航天领域的应用航空航天发动机整体涡轮盘的制造是发动机研制中的关键环节.由于整体涡轮盘结构复杂,加工精度要求高,尤其是叶片工作表面为空间曲面,形状复杂,特别是为适应高温
5、,高压,高转速的工作条件,因此,广泛采用钛合金,高温合金等高性能金属材料和钛基,钛铝化合物基复合材料.新材料的应用影响了整体涡轮盘的可加工性,整体涡轮盘的机械制造加工面临越来越强的挑战,传统的机械加工方法已很难胜任,必须应用现代特种制造加工技术.航空航天发动机采用带叶冠整体式涡轮盘先进结构设计给新型号带来优越性能的同时,对零件的加工制造也带来了严重的困难.整体带叶冠式涡轮盘从设计角度来看,具有以下典型特征:①一般都采用高温合金(如高温镍基合金GH4169),钛合金等难加工材料;②结构形状复杂,为半封闭带叶冠结构,甚至采用
6、带叶冠两级轮盘连体结构;③尺寸精度高,形位公差要求严格.要实现带叶冠整体式涡轮～27～《电加工与模具))2011年增刊专稿?综述盘的加工,要解决如下工艺难点:①解决叶片加工时的干涉问题;②解决叶片加工时叶型的完整性问题,无论叶盆,叶背,叶尖都不能出现接痕现象;③保证叶型加工精度和叶片重心与涡轮盘中心的一致性好;④保证涡轮盘叶底径圆和叶顶径圆的圆度,不能出现"锯齿状"的正多边形.现代航空发动机的结构设计是发动机研制,发展,使用中的一个重要环节.为满足第四代战斗机用发动机以及未来高推比新概念发动机的性能要求,除采用先进技术减
7、少飞机机体结构,机载设备的重量外,关键是要求发动机的推重比达到10这一级,重点突破发动机部件的气动,结构设计,材料,工艺等方面的关键技术.其中在发动机风扇,压气机,涡轮上采用整体涡轮盘结构(包括整体叶轮,整体叶环)是重要措施.美国联合攻击机JSF的升力风扇,艾利逊公司XTC16/1A核心机均采用了涡轮整体涡轮盘.英国,德国,意大利和西班牙合作研制的EJ200发动机采用了整体涡轮盘结构.美国,俄罗斯以及欧空局的航天及先进导弹武器发动机系统中的整体式涡轮盘均大量采用了带叶冠设计结构,也大量应用了多轴联动精密数控电火花成形加工
8、技术.如美国普惠(Pratt&Whitney)发动机制造公司喷气式发动机结构复杂,难加工材料的整体涡轮盘隼槽,采用了多轴联动数控电火花成形加工技术(图1).美国空军的先进战术战斗机计划(AFT)将整体式涡轮盘加工技术列为一项重要的核心应用技术,并在综合高性能涡轮发动机技术计划(IHPTET)中进一步提出美国战
