整體導電陶瓷飛機發動機制造新工藝，中國獨創、世界無敵
2015-5-12 來源：數控機床市場網 作者：張祖田
專利號：201120492028.3 【重大發明】
201020146189.2 【重大發明】
按傳統設計制造習慣，目前全球加工陶瓷汽車發動機、陶瓷飛機發動機等一般都采用氮化硅和碳化硅之類的不導電材料。而我們這項發明比較特殊別出心裁，則是采用導電陶瓷材料，因我們是運用【U頭、母機】工藝新技術，去制造整體導電陶瓷飛機發動機的，是真正的中國特色、讓世界都來學習。
只有采用【U頭、母機】新工藝，去制造整體導電陶瓷飛機發動機，才能趕超世界一流水平。用不導電陶瓷制造整體飛機發動機此路不通，為什么？因不導電陶瓷材料太硬，采用傳統工藝不行，現在還沒發現其它新工藝，且永遠也不會有這種新工藝。
美國和日本從2001年合作開發不導電陶瓷，傳統落后榫臺榫槽組合式發動機，十幾年沒有出任何成果，因仍有很多加工難題無法解決。想干出整體不導電陶瓷發動機更沒門，用不導電陶瓷制造整體發動機一百年一千年也不會成功，除非以后若干年發明家制造一種氣體模型一吹即成。
因【U頭、母機】新工藝，去加工導電陶瓷不受硬度限制，硬度越髙反而加工品質越好。所以說當前全世界制造導電陶瓷汽車發動機、整體導電陶瓷飛機發動機等最棒。今后沒別的路可走、而此路最近、且生產成本特低、制造質量特高。但制造技術要求非常苛刻，因飛機發動機制造技朮要求本來就很苛刻呀! 不這么干飛機發動機制造技術就達不到世界一流，今后就必湏這么走工藝。
制造整體導電陶瓷飛機發動機最核心技術是工藝，沒好工藝制造不出好飛機。因目前制造導電陶瓷飛機發動機，只有唯一采用【U頭、母機】工藝新技術，它起碼在50至100年內必湏采用這種新工藝，別的沒路可尋。
關於導電陶瓷材料的硬、脆、韌性差一點根本不是主要矛盾，主要是沒有像【U頭、母機】這樣絕佳特新工藝，才永遠造不出好飛機。這完全是飛機發動機權威專家的一種誤導。因他們從來也沒有親身制造過陶瓷飛機發動機，也無從下手全是一種設想，就說成是陶瓷材料硬、脆、韌性差不適合做飛機發動機優質材料，這完全是一派胡言，我們不信這個邪。
導電陶瓷硬、脆、韌性差一點【它不是完全差不能用】是事實，但通過納米細化技朮和髙溫高壓真空爐燒結成型后，它的機械強度比淬火合金鋼、鈦合金還要好。高強度里面包函有好韌性，故韌性大增，這是導電陶瓷超強超硬固有特性和最優秀的一面。所以它完全具備了制造導電陶瓷飛機發動機的最基本條件，只不過是再進一步改良創新其品質更佳。但改良創新不能等，不能說100年后等到導電陶瓷韌性完全優質后再去制造飛機發動機。
只有在實踐工作艱苦斗爭中，不斷改良創新逐步提高，有很多技術難題都能完滿得到解決，如果你不去闖新路，導電陶瓷發動機永遠也制造不出來。以前制造不出陶瓷飛機發動機，是因沒有像【U頭、母機】新工藝。淬火合金鋼和鈦合金不也很硬嗎？陶瓷硬不能說韌性就不好，不可能作發動機材料，硬度高只能說不好加工。任何新顯事物都是在不斷創新中求發展壯大起來的，飛機發動機以克減重是什么意思？它一克一克往下減比現在制造導電陶瓷發動機難一萬倍。
陶瓷硬、脆、韌性差不適宜造飛機發動機，是因它易碎抗震抗沖擊能力差。陶瓷的比重只有金屬材料比重的三分之一，陶瓷越輕相對慣性越小，它的抗震抗沖擊能力就越好。這主要是當飛機降落時，它對地面的沖擊力反而會減小，且又大大彌補了陶瓷韌性不足的缺陷，再加上陶瓷的機械超強度，且韌性不是不好是非常好。所以說陶瓷是求之不得的制造飛機發動機的好材料，我們已作過很多力所能及的試驗，才得益于有今天的發言權，並非瞎吹牛。故用導電陶瓷制造飛機發動機，無任何疑義。
但更重要的還是【U頭、母機】工藝新技術，沒有這種新工藝，再好的導電陶瓷材料也制造不出好飛機。美囯等全球所有發動機主產國，永遠造不出整體導電陶瓷飛機發動機，連榫臺榫槽組合式導電陶瓷飛機發動機也造不出來，就是因為沒有【U頭、母機】工藝新技術。
因這項系統工程太大，作為個體想制造一臺樣機給大家看非常難，如果我們有造機的能力何以費這么多口舌。所以我們當前只有把論文寫得有骨頭有肉有說服力，通過我們工作中極寶貴的經驗，去贏得發動機行家的絕對認可就行。因為所有理論書本上的知識統統源于實踐，正因為我們有極豐富幾十年的工作經驗，才得益搞出這項世界頂級發明。我們真的沒有經濟能力搞樣機，因為花錢太多太多，否則我們誰也不求，早就干起這一本萬利的事情來，您說那個人不樂意為人類多作貢獻。我們所說上面的用意是理論來自實踐，只要理論上成立，照樣能加工出一流產品，沒必要非拿出個大樣機來。
增強陶瓷韌性當前有：
笫一是納米細化技術，這一項很重要，如果把它作精了，韌性大增，制造導電陶瓷飛機發動機一切問題都解決了，它大有學問。笫二是添加耐髙溫金屬纖維，當制作飛機陶瓷強力結構件梁、肋、框之類很有用處。第三是給發動機外圍増加一個支撐軟結構，因陶瓷吃軟不吃硬，陶瓷表面只要不跟硬物相撞，其機械強度很棒，這只是笫二手準備。如制造軍用戰機發動機橫向會被子彈擊穿，給它穿上特制防彈衣問題就解決了【絕密】。
如果您覺得制造整體導電陶瓷發動機風險太大【實際不大】，可以先試驗制造一臺半導電陶瓷發動機更實惠--------即包括燃燒室在內的髙溫高壓整體渦輪葉盤發動機，先易后難更保險。
制造導電陶瓷飛機發動機確實很難，但前途無限光明，如果誰都能搞就不叫高科技也不值錢了。但世界上總得有第一人做起，你先願意冒這個風險，成功的希望第一人就是你，那收益最大的也是你。它目前主要是這項工藝新技術太先進了，被一個中國無名之輩發明出來大家有點不大相信，如果出自一個飛機發動機專家之手那可不得了。怎么啦？中國的有識之士多得很，知識是學來而不是等來的，只是現在國家對髙科技的接受能力太差太差，就只知道跟在外國人屁股后面狂追不舎，缺乏創新精神，要么國家會這樣落后。實際上我們敢保證一點風險也沒有，並胸有成竹，它一定能成功的，世上無難事、只要肯努力！
如果我們的半整體導電陶瓷發動機一旦試制成功，同樣也是振奮人心的特大好消息，它名正言順也是世界一流。我們認為搞個半整體導電陶瓷發動機還是很容易的。因它體積較小，設計制造也大大減化，葉片冷卻系統等全部去掉，我想它一定會成功。不然這項發明公布于世就沒任何價值，也更談不上推廣全球。只能看您有無這個敢叫日月換新天的雄心壯志和識貨不識貨的能力。
而我們下一步就可繼續攻關整體導電陶瓷發動機，陶瓷的機械超強度和超輕比重是制造飛機發動機基礎，有這一條就夠了。再下一步就是整架飛機陶瓷化減重，使整體飛機重量減輕一半以上。所以今后外囯人想制造好飛機，就必湏采用【U頭、母機】新工藝，這條金水路今后他們非走不可。不管制造什么樣大飛機小飛機，連金屬飛機發動機也在內，【U頭、母機】新工藝一律通用。其它所有落后傳統新老工藝一概廢除，連所有數控機床全扔掉，誰效仿最早其收益最大。
我們認為像這么好重大發明，第一受益者應該是中華人，中國人落后完全是創新精神不強滯后造成的，否則就再落后100年，沒有成功把握我們不敢說這話。搞這項發明不圖名和利，是為航空報國，那就叫外國人先學走了看中國人的大笑話。
[1] 【U頭的起源和工作原理】
我們大膽創造性優選運用進口慢走絲線切割機床加工原理為突破口，發明了【U頭、母機】新工藝，是因為線切割的加工精度【微米級】和工作效率【500平方毫米/分鐘至幾千平方毫米/分鐘】，跟飛機發動機的苛刻加工技朮要求極其吻合，使其它任何加工工藝都不能所替代。這是世界上首次推動航空航天事業大發展大繁榮的根基磐石，只有通過這種特殊創新才能大發展大繁榮航空航天事業，我們一搞就30多年，您知道我們在這條不平凡道路上，扔掉多少錢、灑盡了多少汗水和心血。
【U頭】新工藝工作原理十分簡單，但工藝方法又相當深奧莫不可測非常復雜【這是真的】。它是把普通進口精密【微米級】慢走絲線切割機床上的垂直滑動走絲改制成U形滑動走絲：即電極絲垂直向下走一段距離，然后順時針把電極絲搭在【U形超硬耐磨精密標準導板組件】中間，緊貼小R少半園槽內旋轉180度向上垂直滑動走絲。把【U形超硬耐磨精密標準導板組件】和五軸聯動精密直線電機機械手【以下簡稱機械手】極巧妙組合。再把慢走絲線切割機床上用特大功率直流脈沖高頻電源【輸出電流1200安培】正極接工件，負極接電極絲。并通過電極絲自動拉緊裝置即可進行輕松獨特而神圣的切割工作，中國獨創、世界無敵。
[2]【U頭的設計結構和加工制造】
[a] U頭的設計結構是加工制造發動機的關鍵極精密標準件，幾何形狀五花八門，都是二維形狀的特形面並不是很復雜，但要求加工精度特別高【微米級或亞微米級】且耐磨，耐磨性越高制造出來的發動機零部件就越標準，互換性越好。
U頭即【U形超硬耐磨精密標準導板組件】的二維幾何形狀有U形、V形、T形、L形、一字形、多種齒形、梯形、多曲線形、橢園形、變截面形[假設] 等總稱【U頭】。只要是機械加工三面投影和車、銑、刨、磨、鉗等所用刀具形狀，采用U頭新工藝都能全部替代之。機械加工中刀具有多少種，【U形超硬耐磨精密標準導板組件】就有多少塊。所以U頭新工藝絕對是【萬能】的，否則它就勝任不了加工制造發動機千變萬化的三維精密特型面。一臺巨型【U頭、母機】工藝新技朮，能加工制造規格完全不同的幾十種整體導電陶瓷飛機發動機[螺紋除外但不是絕對]，它是一項很了不起的特大創新系統工程，其自動化程度不亞于大規模集成電路固體塊。
一只U頭還不夠，它還必湏跟一臺大型精密普通改裝后車床【只取車床變速箱、主軸和大花盤，大花盤上裝一臺大型精密自動分度裝置】和數百只【可多可少】機械手[訂做或自制]，它們相互緊密配合】。然后把整體導電陶瓷發動機大毛坯料裝卡在分度盤上，再制作一只大型車床尾座，用來支撐陶瓷發動機毛料另一端。如果能特制一臺巨型【U頭、母機】工藝新技術、機械手立式裝置更好，因立式比水平的更優越。
較難安裝精確定位的是眾多機械手，這項復雜的調試工作量大。毎只機械手要很精準對應安裝在整體發動機三維葉片外園周上，向外輻射均勻分布。發動機品類眾多，設計制造尺寸大小不一，想做到一機多用機械手之間的精準位置必湏能自由輕松調整，被支撐機械手的聯動導向結構也較復雜難搞。除分度盤能幫助機械手自動分等分外，其它如機械手橫向距離精確調整、加工垂直葉片髙度、三維葉片特型面加工等，都要有機械手全自動加工切割完成。還有加工發動機內外型腔特型面難度也不小。
如果一個好的設計師和一個好的編程員協調緊密配合，甚至一把簡單【U形成型刀】，從切割三維葉片特型面粗加工毛坯到精加工完成全過程，一臺工作母機上面可安裝百臺以上機械手，這又是它極優秀的一面。且大大小小葉片可制作得很薄，葉片越薄飛機慣性越小，如果把飛機上所有結構件，都搞成陶瓷材料又會是什么結果，這都是中國夢。總之這里面大有學問、內容實在太多，寫一本巨著也不為過。制造難度越大，發動機整體品質越高，人們就越向往髙処攀登，科技創新發展從無止境。如果你想單機制造，可以單臺【U頭、母機】新工藝專機專用，它工作效率會更髙，且制造難度就低多了。
[b] 無切割力加工：【U頭】新工藝它對被加工件的切割力為零，而且再硬的零部件它都不受加工限制，加工精度微米級、光潔度達7---8級、工效500平方毫米/分鐘，這是用0.3mm以下的園銅絲，堪稱世界之最。更理想的是加工后產品不帶毛刺，發動機全部大小產品一律不必拋光，除產品質量大提高外，可節省很多拋光時間，不拋光可提高產品加工精度和一致性。
無切割力加工產品再薄再長不會產生彈性變形，如飛機發動機各類精密機匣、各種整體寬弦風扇葉片、整體壓氣機上多種長而薄的大葉片、高溫區燃燒室和整體渦輪葉盤等。它們共同特點就是產品壁薄、加工硬度高、強度韌性大、三維型面很復雜等。因刀具【電極絲】鋒利永遠無磨損，不會產生加工誤差、工效特高等，才能干出一流產品。
加工設備和編制工藝相依為命，設備科技含量髙加工出來的產品就精細先進，設備粗制而產品亂造。但我們原創的【U頭、母機】新工藝可是專門為加工整體導電陶瓷發動機而設計制造的。加工效率從500平方毫米/分鐘到幾千平方毫米/分鐘，這又是加工制造一流發動機的基礎磐石。有了【U頭、母機】新工藝，再難干的飛機發動機它均能輕松完成加工任務，且發動機再大再小加工難度一個樣，現在您可能不太理解？那您就慢點去理解，這是真的。
所以今后制造大飛機發動機的條件非常優越，【U頭、母機】新工藝制造大飛機更給力，它以后一定會通過實踐去驗證，我們說了不算數。
[c]【U頭】新工藝像一位世界著名的雕刻師、繡花針、挖耳勺、又像一臺巨型鏟土機、拐彎摸角、各里縫道、不管大活小活干起來難度一個樣。且加工制造技術非常全面過硬，它要比傳統工藝制造發動機強100倍，就是采用傳統工藝干不了的活它照樣干。
[d] 還有飛機上大強力結構件梁、肋、框等之類，加工余量特大、硬度韌性又高。如采用大功率機械手，選用10多毫米粗的電極絲和高頻電源的大輸出直流脈沖電流上千安培，切割大余量導電陶瓷如泥。它就像車床、銑床打高速車銑削一樣，那可比數控龍門車銑床風光多了，還是因為無切削力加工和加工硬度不限制能幫大忙。我們的第二個專利號：201020146189.2是專門用于加工發動機內外型腔特型面和梁、肋、框特大余量工件的，且工效特高質量又好，全球無比，中國網上有詳細介紹。
10多毫米粗電極絲安裝在一只大型機械手上太硬太沉，它的搭載能力行嗎？但你還可以搞空芯電極絲或改用外園面鍍銅的塑膠線。它塑性好、重量輕、生產成本低，粗加工用往復走絲，精加工用單向走絲，這樣可節約一大批原材料。
機械手佔空間小方便安裝、無有噪聲、節約動力、被加工件沒熱應力變形，生產成本大幅下降、一臺數控龍門車銑床的造價可購買上百只機械手，你說那個更經濟。
[e] 西班牙近期設計制造出一種精密特大型大功率慢走絲線切割機床，它的高頻電源最大輸出直流電流達1200安培。具體型號記不清了，【電加工與模具】雜志上有介紹。如果能跟【U頭、母機】新工藝、機械手相組合在一起再合適不過啦，我們買不到此種電源還有其它辦法，咱們可購買幾臺一試，我想它一定會成功。
其實我們這項小小發明也沒什么了不起，把它概括幾句話：
它是采用【U頭、母機】新工藝【萬能】型、無切削力加工、加工硬度無限制、加工刀具【電極絲】永遠無磨損、零壓力。被加工產品不會產生彈性變形、加工微米級精度始終不變、被加工發動機零部件都一樣輕松自然、沒難易之分。機械手數量驚人小巧靈活、所佔空間小、定位精準、加工精度微米級、沒積累誤差、機械損毫小、無維修壽命長、工效特高。最后結局絕對能加工制造出世界一流的飛機發動機，讓全球各國都來效仿，沒第二條路可走！
我們的這項重大發明從表面上看非常不容易設計制造，但實際上把它一一分解開去加工制造很簡單。
它就是：
【1】把【U頭】和機械手及連接導向機構和百臺計算機群組有機結合。
【2】一臺大型精密普通改裝車床及一臺大型精密自動分度盤等。就這么一點點零部件即可制造出很多大中小型各式各樣的世界一流的飛機發動機，這可是史無前例呀！它可是一臺大型工作母機頂一萬多臺小工作母機使用。人力、物力等等，它起碼能節省上萬倍之多。更重要是飛機發動機制造品質才能真正達到世界一流。
相對來講它的設計制造投資非常小，要單從制造一臺大型全自動工作母機【包括上面講所有制造機電設備】，加上設計制造、人力、物力、基本建設等。如計劃搭當工作進展順利投資約15億元人民幣【制造設備專用】，一至二年內出一臺合格一流的飛機發動機【小型軍機】沒問題，五年內出一臺世界一流大型【500人】發動機，十年內世界空中霸權從美國人手中奪過來，沒野心、沒真本事、膽小鬼的人就干不成這一行。
我們說話是絕對算數的，沒這本事不敢向全世界公眾作承諾。并熱誠歡迎國際友人、社會各界有識之士、熱衷于搞飛機發動機專家朋友們，跟我們直接面對面交流溝通，讓您提出所有工藝上疑難問題。以轉讓或合作形式為主，不出一流合格樣機分文不收，。如一旦成交我們首要任務就是快速為公司培養一批合格接班人，大概一個月即成，如速成教學一個星期。專家以上職稱先傳授一些基本專業技術，一線操作技工和編程員干一件活就學會啦，但加工制造發動機準備工作一刻不能停【時間是金錢】，生產發動機和培訓并舉，加工技朮老太婆也能學會，自動化程度越高越容易學嗎。
因我們專業知識確實有限，加之【U頭、母機】新工藝它是一項新顯事物和巨大系統工程，有很多難點湏通過工作實踐去驗證，并最大限度提高發動機批生產效率和加工品質，才能在世界上有競爭力。文內難免有很多不妥之処，百花齊放、百家爭鳴，願意誠懇接受廣大業內人士的批評建議，為世界航空航天事業貢獻一點力量。
供稿人： 新鄉市模具生產廠 張祖田
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