飞机发动机零部件的ECM制造

【编者按】波音公司的最新调查显示，部署在全球范围内的飞机数量未来20 年将翻一番。当然，这一点会导致对飞机发动机的大量需求。然而，对发动机的不断增长的需求不是发动机制造商面临的唯一挑战，还要考虑越来越严重的环境标准。

未来飞机的发动机设计将基于三个主要标准：降低燃料消耗水平——由于成本压力和市场竞争的增加； 减少排放——因为更严格的环境法规； 降低采购和维修的成本。

燃料消耗和排放水平的两个标准是密切联系的，并且在很大程度上是通过设计各种发动机的压缩级来确定的。增加效率都会降低燃料消耗和二氧化碳的排放。

圆盘速度的增加会导致各种压缩级和所需的热效率之间压缩比的增加。这种策略可以减少所需的叶片数量，从而允许单一叶片的最佳气动设计。

更高的速度和更高的温度给压缩机转子施加持续的压力——这一事实在选择整体设计时必须考虑进去。换句话说， 叶根和圆盘之间的界面消失了，而转子是作为一个整体部件来生产的 ( 整体叶盘 = 叶片集成的圆盘)。这就确保叶根上的高负载被吸收了，一个复杂的接口消除了， 整体设计大规模减少了加工建造，同时带来了更大的经济可行性。

过去，在这种情况下使用的材料往往是镍基合金，特别是必须考虑高压压缩机的高操作温度环境。为了满足更高的温度要求和减少组件的重量，最近的努力都集中在使用钛合金来代替镍基合金上。这种材料的开发已在旋转零部件行业被批准为一类安全等级。

与镍合金相比，新材料更难加工，因此找到替代的生产工艺很重要，以能够满足两种材料的经济性和技术要求。引进新的、仍处于发展阶段的飞机发动机制造工艺是必要的， 特别是考虑到未来几年内整体叶盘部件的总体要求。

ECM/PECM 的优势

电解质管理系统确保了工作介质的质量(pH 值和电导、温度和纯度) 一直保持不变。这可以通过不同的过滤技术来实现——如重力过滤、箱式过滤器和微量过滤——取决于加工的要求。

◆加工高强度合金；

◆最少的刀具磨损；

◆高度的重复性和完美的表面光洁度；

◆没有毛边；

◆对材料或重铸层没有负面影响的热平衡过程。

ECM 工艺

ECM( 电化学加工) 是通过电解去除金属，工件被极化为正极( 阳极) 而工具为负极( 阴极)。在这个过程中，工件间隙用导电的含水电解质进行冲洗。电压的应用会导致工件材料分子的溶解，被移除的材料( 金属氢氧化物) 会被冲出，并通过过滤系统与电解液分离开，使电解液可以重复使用。

ECM 工艺因其多被用作去毛刺工具而为人们所知，特别是在注射技术里，使用特殊设计的工具来去除精确的局部的点——去除毛边或创建半径、环形凹槽、插线孔和其他结构。

通过使用2.5 D 成像技术和直流发电机，ECM 也能够实现穿孔处理。然而， 图像的质量一般，要开发能达到所需的几何图形的工具的成本也太高了。然而，结果却满足要求，工艺的再现性好，刀具的磨损也很小，而且材料的硬度没有对进给速率带来负面影响。如果增加阴极的表面处理，该工艺过程也不会延长循环周期。

PECM 工艺

ECM 工艺随后发展成了PECM( 精确的电化学加工)，从而提高了图像的精确性，并减少了达到所需的最终几何图形的开发成本。

为了实现精确的阴极几何形状，与ECM 相比，PECM 的工件间隙要小得多。电解质的交换是通过叠加了进给速率的机械振荡运动来提供支持的。脉冲电流/ 电压电源确保了最佳的表面光洁度和高的精度。

当把叶片或整体叶盘几何结构作为一个工件进行加工时，工件的两侧同时进行加工，采用了一个同步的穿孔操作。

发电机技术在监测和调节电压、电流和电解液流，以提供最佳工艺完整性中起着特别重要的作用。在工业规模应用这种生产策略的先决条件包括：工作间隙控制、电流供应急剧变化、快速的短路关闭、工艺参数化的简便操作集成。

粗加工和精加工

对单一叶片和整体叶盘的加工来说， 建议分成粗加工和精加工来进行操作。

粗加工过程是一个开放公差的预仿形操作，进给速率为2mm/min ～ 4mm/min。它应该以这样的方式进行协调，即为后续加工过程保留最小的容差约0.2 mm。粗加工操作可以使用各种工具战略进行，但必须是经济上最优化的、适合的相关工件。而单一叶片的加工更好的处理方式是采用双面加工、同步操作，并且沿着叶片的轴预加工整体叶盘。二维ECM 的优点是刀具的几何形状和合理的电流供应使大型叶片可以在同样的进给速率和循环周期下进行加工，因为整个几何构件是作为一个整体加工的。

加工概念

凭借其可扩展的电力电子和发电机技术，整体安装可以轻松进行调整，以满足客户的需求，并且在经济上也是可行的。

EMAG ECM/PECM 技术涵盖的功率范围达20,000 A直流电源和30,000 A直流脉冲。这台机器可以容纳直径达900 mm 的工件组和单一叶片高度达250 mm 的工件。

尤其是对于发动机零部件，依赖于久经考验的机器平台的最新发展——可以在PO 900 BF 上对大型单一叶片和整体叶盘进行预处理和精加工操作。这些机器也可以配备液压零点夹紧系统、可变频率振荡器和自动换刀装置。

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