電加工技術(shù)在航空發(fā)動機(jī)上的應(yīng)用
2017-11-27 來源： 沈陽黎明航空發(fā)動機(jī)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司 作者：于 冰
電加工技術(shù)作為特種加工技術(shù)的一個重要分支，發(fā)揮著不可替代的作用。本文重點(diǎn)介紹電火花、電解等典型電加工技術(shù)在新型航空發(fā)動機(jī)渦輪葉片、整體葉盤等關(guān)鍵零部件中的應(yīng)用，以及先進(jìn)電加工技術(shù)的發(fā)展方向。
1. 電火花加工技術(shù)應(yīng)用
電火花加工是一種利用電能和熱能去除金屬材料的特種加工技術(shù)。在難加工材料、復(fù)雜型面、精細(xì)表面、低剛度零件和模具等制造領(lǐng)域中占有極其重要的地位。
圖1 圖2
圖1 為多軸復(fù)雜型面電火花成形加工的實例。圖中所示為帶冠整體葉輪，由于其閉式的特殊結(jié)構(gòu)造成了零件機(jī)加工過程中產(chǎn)生了刀具懸臂梁的障礙，數(shù)控銑加工難以完成，且選材多為不銹鋼、高溫耐熱合金和鈦合金等難切削材料，使其成為航空制造中的關(guān)鍵技術(shù)，而多軸聯(lián)動電火花成形加工技術(shù)則顯得尤為有效。
圖3
圖4
圖2 為多軸聯(lián)動電火花成形電極以及運(yùn)動軌跡仿真示圖。圖3 為慢走絲線切割技術(shù)的應(yīng)用實例。該零件為航空發(fā)動機(jī)壓氣機(jī)圓盤縱樹形和鍥形葉片安裝槽，其關(guān)鍵技術(shù)在于多次切割技術(shù)可實現(xiàn)無重熔層加工，同時又保證了工件的加工精度及表面質(zhì)量。
圖4 為高速電火花小孔加工技術(shù)實例。海量群孔加工為火焰筒加工中的一項關(guān)鍵技術(shù)，火焰筒壁薄、尺寸大，氣膜孔數(shù)量多，孔呈空間角度分布，加工方法受到空間限制。因此，氣膜孔加工對加工設(shè)備和工藝提出了高的要求。
圖5
圖5 所示為電火花熔涂硬質(zhì)合金強(qiáng)化葉片耐磨性的實例。電火花熔涂堆焊技術(shù)是在電火花強(qiáng)化的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，進(jìn)一步開發(fā)設(shè)備功能，開拓全新的工藝方法，進(jìn)行機(jī)械零件表面損傷修復(fù)、微小尺寸超差修復(fù)等，填補(bǔ)了航空發(fā)動機(jī)制造領(lǐng)域缺陷修復(fù)工藝的空白，并被成功應(yīng)用于工程。
圖6
圖6 為電火花蜂窩磨加工內(nèi)外層疊相對的蜂窩環(huán)實例。加工內(nèi)外層疊相對蜂窩環(huán)時，先通過成形電極對外蜂窩表面進(jìn)行磨加工，然后更換成形電極加工內(nèi)蜂窩表面。這種內(nèi)外層疊相對的蜂窩環(huán)加工在行業(yè)內(nèi)是首次實現(xiàn)。
圖7
圖7 為應(yīng)用電火花成形機(jī)床加工多層蜂窩環(huán)的實例。該實例加工方式不同于蜂窩磨床，主要采用成形加工設(shè)備，并設(shè)計成形電極。加工過程中工件固定，通過旋轉(zhuǎn)成形電極，并進(jìn)行差補(bǔ)運(yùn)動來完成蜂窩環(huán)的加工。
2. 電解加工技術(shù)
電解加工是利用陽極溶解的原理來去除材料，將零件加工成形的一種現(xiàn)代特種加工技術(shù)。可加工難加工材料，復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件等，其加工效率高、成本低。
圖8
圖8 為葉片精密電解加工實例。航空發(fā)動機(jī)中葉片數(shù)量多且難加工， 隨著葉片材料向高強(qiáng)、高硬、高韌性方向發(fā)展和鈦合金、鈷鎳超級耐熱合金的采用， 以及超
精密、超薄、大扭角等特殊結(jié)構(gòu)葉片的出現(xiàn)，對電解加工又提出了更高的技術(shù)要求，使電解加工成為航空發(fā)動機(jī)葉片制造中主要的、不可缺少的優(yōu)選工藝技術(shù)之一。
圖9
圖9 為整體葉盤精密電解加工實例。高頻窄脈沖振動電解加工設(shè)備實現(xiàn)了納秒級快速短路保護(hù)技術(shù)、微米級精密過濾技術(shù)以及先進(jìn)的環(huán)保處理系統(tǒng)，居于世界領(lǐng)先水平。從圖中可見，圖9a 為DC-ECM 工藝（直流電解）初成形工藝，一般采用套料電解完成葉型的粗加工，圖9b 為PECM 工藝（高頻窄脈沖振動電解）終成形工藝，通過成形陰極仿型加工完成無余量精密加工。
圖10
圖10 為機(jī)匣電解加工實例。根據(jù)機(jī)匣的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，主要加工部位為外壁凸臺型腔的半精加工。這些機(jī)匣采用常規(guī)的機(jī)械加工方法，制造成本高，加工周期長，生產(chǎn)效率低，而電解加工可有效地提高效率，降低成本。
3. 電加工技術(shù)的發(fā)展
隨著電源技術(shù)、控制技術(shù)和工藝技術(shù)的發(fā)展，電加工技術(shù)也不斷改進(jìn)優(yōu)化，高精度脈沖電源、高頻窄脈沖電源、微過濾系統(tǒng)等都給電加工技術(shù)的發(fā)展提供了可靠保證，未來電加工技術(shù)將向高精度、超精細(xì)、高穩(wěn)定性、數(shù)字化、自動化的方向發(fā)展，并在航空發(fā)動機(jī)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。
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