新一代航空發(fā)動(dòng)機(jī)總共有3 萬多個(gè)零件,涉及230 多種不同標(biāo)準(zhǔn)的材料,與加工制造相關(guān)的特點(diǎn)具體如下: (1)零件加工精度高 發(fā)動(dòng)機(jī)零件要保證在高溫、高速、惡劣環(huán)境下可靠工作,需要零件具有良好的配合質(zhì)量和互換性,一方面對(duì)零件的加工精度要求極高,很多零件的精度要求都在微米/ 次微米級(jí),非配合表面粗糙度要在Ra1.6 以下,配合表面粗糙度在Ra0.8 以下;另一方面,對(duì)設(shè)備的加工精度及精度保持性要求很高,還要配套相應(yīng)的精密檢測(cè)設(shè)備,甚至需要多軸多功能復(fù)合加工與檢測(cè)一體的設(shè)備來完成。 (2)多種冷卻小孔 航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片、燃燒室、火焰筒等零組件的冷卻小孔每臺(tái)份多達(dá)數(shù)十萬個(gè),而且是異形精密群孔,尺寸在?0.1-0.3mm ,孔的位置呈空間多向分布,其外壁還有涂層??椎男挝痪群涂妆诒砻尜|(zhì)量要求高,常規(guī)的鉆孔、沖孔方法難以滿足要求,需要激光、電子束、電火花等特種加工技術(shù)和裝備。 (3)零件表面特種工藝要求多 為了提高發(fā)動(dòng)機(jī)零件的耐磨、防腐蝕、抗疲勞性能,需要采用表面強(qiáng)化、噴涂、噴丸、滲鍍等表面處理技術(shù)與裝備。渦輪導(dǎo)向葉片、燃燒室采用的陶瓷熱障涂層,尤其是渦輪葉片表面高溫防腐蝕涂層,其
在實(shí)際加工中刀具的選擇應(yīng)考慮以下幾個(gè)因素:工件材料、工件形狀、加工要求、加工機(jī)床、系統(tǒng)剛性以及表面質(zhì)量技術(shù)要求等。 以渦輪機(jī)匣零件為例: 1. 從工件材料上分析,變形高溫合金、鑄造高溫合金等難加工材料大量采用,這些難加工材料導(dǎo)熱系數(shù)小、強(qiáng)度大、切削溫度高,易產(chǎn)生加工硬化,切削時(shí)刀具磨損快,刀具壽命短,刀具消耗量大,因此必須合理選擇刀具幾何角度。 2. 從工件結(jié)構(gòu)上來看,壁薄、剛性差、難加工。加工零件凸起部分時(shí),刀具系統(tǒng)容易與零件、夾具干涉,因此,必須對(duì)刀具路徑進(jìn)行優(yōu)化,如插銑加工代替?zhèn)茹?,空行程快速走刀,?yōu)化抬刀位置,采用螺旋插補(bǔ)等方式進(jìn)行銑削。 3. 從加工工序上分析,機(jī)匣需要經(jīng)過粗加工、半精加工、精加工,為了節(jié)省刀具費(fèi)用,在制造這類零件時(shí),粗加工時(shí)可采用高性能陶瓷銑刀,半精加工和精加工時(shí)采用標(biāo)準(zhǔn)硬質(zhì)合金刀具和非標(biāo)高性能專用刀具,這樣可顯著提高生產(chǎn)效率。 4. 從加工經(jīng)濟(jì)性方面上來說,刀具配置方案需要不斷改進(jìn),盡量采用刀具商最新研發(fā)的產(chǎn)品。
航空發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪盤、整體葉盤、渦輪葉片等零件的材料大多為鈦合金和鎳基高溫合金,如圖所示,由于大多是薄壁件,因此對(duì)其制造精度要求極高,對(duì)其加工刀具要求亦很高。高溫合金加工時(shí)由于其切削力大、加工硬化傾向大、切削溫度高、刀具磨損嚴(yán)重使其成為典型的難加工材料。 高溫合金家族共有的特點(diǎn):導(dǎo)熱性差、彈性模量小、化學(xué)活性高和摩擦系數(shù)大,還具有其他高溫合金不具備的高強(qiáng)度、高韌性和高硬度的特點(diǎn)使得其歸屬于難加工材料行列。在車削過程中主要表現(xiàn)在切屑與前刀面接觸面積小,刀尖應(yīng)力集中,切削溫度高,切屑不易折斷并且鋸齒化嚴(yán)重,刀具磨損嚴(yán)重,導(dǎo)致加工效率很低,工件加工表面質(zhì)量較差。