航空叶片加工新技术、新工艺及对机床工具的新需求
1. 叶片加工现状
我公司叶片的种类很多，不同的叶片有着不同的加工工艺， 但从结构上讲，各类叶片均主要由两个关键部分组成， 即装配面（ 榫头） 部分和叶形部分。因此， 叶片的加工也分为装配面（榫头）的加工和叶形部分的加工。
鉴于叶片的形式、结构、种类、大小等的差异比较大，因此加工方式、机床、工艺流程也有所不同，但从总体上来说，装配面（榫头）的加工大多要经过粗、精两道工序，粗加工用铣，加工出榫头外形；精加工可用专用机床进行铣、拉削或磨削；而带余量的叶片叶形加工大多也要经过粗、精加工，加工方式可以用3轴或多轴加工中心铣来加工，高温合金材料也可以用电解加工；最后数控磨、砂带磨或手工磨来抛光型面。
（1）机床方面 随着科学技术的发展，已从先进制造开始发展到高端制造，数控机床逐渐取代普通机床，数控机床是代表一个国家制造技术能力和水平重要的高端制造装备，已在各大制造行业得到广泛应用，并呈现出“高速化、复合化、高效化、智能化”的发展趋势。因此，叶片的高性能切削技术及其高性能多轴数控机床油然而生，并可以实现优质、高效、低成本和绿色的数控加工。
（2）刀具使用方面 给定的叶片材料，往往可选的刀具材料和种类很多，有时达十几种甚至几十种，国内又没有统一的切削数据库可以借鉴，因此大家往往选择高性能刀具。虽然高性能刀具的应用是实现高性能切削加工这一目标的最关键环节之一，但高性能刀具不仅仅是高速刀具，脱离加工精度、稳定性和成本而去片面追求高加工速度不能算是高性能加工；离开了合适的零件、合理的工艺参数，高性能刀具也不能实现高性能加工，因此，不可忽视其内在环节。
（3）工艺方面 叶片多轴加工编程因为需要处理复杂曲面上繁多的数据点，所以其必须依赖计算机才能进行，与3轴加工编程相比，就要求工艺员有着更高的能力和素质，除对高性能多轴数控机床有着非常的了解之外，还要了解其他设备和刀具的使用情况，同时也要考虑到叶片的材料特性、热处理、时效等多方面的因素。
例如，以某型号压缩机叶片，材料1Cr11Ni2-W2MoVA，由于受多种负荷的作用，时间长了会产生疲劳微小裂纹，由于裂纹的存在极易导致叶片断裂的隐患，从而引起飞行事故的发生，因此除检修、更换叶片外，还要考虑如何改善热处理工艺，提高物体本身抗腐蚀性能。据资料介绍，1Cr11Ni2-W2MoVA材料采用高温回火，得到为索氏体组织抗腐蚀性能可大大提高；消除残余拉应力，对叶片表面进行喷丸强化，使零件表面产生压应力；降低表面粗糙度值，减少应力集中；叶片表面采取保护措施，如涂漆或在低于材料回火温度条件下渗铝、铬等金属，增加表面抗腐蚀能力，从而解决叶片的耐用技术问题。
3. 航空叶片（叶轮）加工发展方向
近年来，北京航空航天大学（以下简称北航）在叶片、叶轮加工新工艺、新技术方面也取得了很大的进展，他们研究利用复杂刀具、磨具、电极等加工复杂曲面的非传统共轭运动理论，逐步建立可包容传统、包络理论和适应曲面数控高效可适合不同工具和曲面特征的宽行加工算法及应用软件，以其行宽最大优化刀位，实现叶盆、叶背、叶根曲面的宽行高效加工。并在多种叶片、模具曲面加工中获得广泛应用，使加工效率显着提高，同时重点开发五轴联动叶轮、叶片数控磨床，建设高速磨削工艺试验台，研究高精度自由曲面磨削机床设计和制造技术。
例如，针对目前高温合金（GH93）叶片零件难加工和加工中所存在的加工质量不易控制等问题，我公司于2010年开始采用北航研发的“复杂曲面高效数控加工编程系统”对典型的涡轮发动机叶片零件进行了加工应用，相比我公司原加工方法，得出如下结论：
（1）实现我公司高温合金叶片从手工打磨到数控加工的转变，加工精度精确可控。我公司叶片原加工策略采取电解粗加工+手工打磨，加工精度较差，且不易控制，对人员经验要求较强。北航研发的宽行加工算法对此叶片进行工艺分析：整个叶身由一张曲面组成，叶片尺寸较小。叶片两端曲率较大，中间区域曲率较小且变化小，宜采用圆环面刀具或鼓形刀侧铣加工。
采用4轴数控单驱铣削加工，加工精度可控，精加工后表面波纹度≤0.04mm，叶片线轮廓度可控制在0.1mm之内。该技术指标达到了我公司目前叶片的线轮廓度设计要求（叶片型面公差要求±0.1mm），叶片表面粗糙度经光饰加工后可满足叶片设计要求。
（2）实现了高温合金叶片加工工艺方法的突破， 整体效率提升3 倍以上。如附图所示，采用圆环面刀具并利用该系统对选定的高温合金（GH93）叶片进行4轴加工编程，控制误差0.1mm，加工行宽3.5mm，UG编程在采用相同刀具时无法算出可行刀轨， 因此结合其他软件在UGCAM模块中做二次开发，使单件叶片加工总时间从原12.5h缩短到现在4h。应用情况表明，宽行加工编程技术与我公司原来所用的技术相比具有重大突破，为叶片型面的自动化、精密、高效铣削提供了非常有效的技术手段。
4. 结语
叶片高性能切削技术是国内外倍受关注的前沿技术，它将极大地促进加工效率的提高和产品质量的改善。叶片高性能加工是一个系统工程，不仅仅是高速加工，它要求从原材料、毛坯形态、加工工艺、机床、刀具、夹具、量具及软件全方位的进行改革，由于其具有传统加工无可比拟的优势，将是今后加工技术必然的发展方向。
目前我国的高性能切削技术也在蒸蒸日上，但与国外的先进制造技术相比还有很大的差距。因此，我们要加大力度开展自主研制原材料、高性能设备，探索新工艺、新技术以及培养技能型人才队伍等方面的工作，同时开展“产、学、研”合作，加快航空事业的发展。
声明：本网站所收集的部分公开资料来源于互联网，转载的目的在于传递更多信息及用于网络分享，并不代表本站赞同其观点和对其真实性负责，也不构成任何其他建议。本站部分作品是由网友自主投稿和发布、编辑整理上传，对此类作品本站仅提供交流平台，不为其版权负责。如果您发现网站上所用视频、图片、文字如涉及作品版权问题，请第一时间告知，我们将根据您提供的证明材料确认版权并按国家标准支付稿酬或立即删除内容，以保证您的权益！联系电话：010-58612588 或 Email:editor@mmsonline.com.cn。
- 暂无反馈
