先进航空发动机生产的专业知识 与制造方法 山特维克可乐满（美国）航空航天应用经理Ｓｅａｎ Ｈｏｌｔ 航空航天的机加工工序很有挑战性，主要是由 于行业规范、材料性能以及各种零件装配的要求都 很苛刻。发动机零件工作区域温度较高，所以要求 板在车削深槽特征时，往往能够在更高的进给率下 降低振动并获得更长的刀具寿命。此外，甚至在使 用大悬伸或承受高切削力时，山特维克可乐满Ｃａｐｔｏ 接口也可提供极强的刚性。 ’工件材料具有更高的硬度、强度、韧性，还要有更 好的抗腐蚀或抗氧化性能，材料通常为镍基合金、 高强度钛合金、高合金钢和复合材料。这些材料的 机加工性能较差，需要掌握更好的加工工艺知识， 选择正确的刀具、刀具组合，采用更好的工况，从 而优化机加工效率。 发动机零件几何形状比较复杂，它们尺寸也往 （２）应用——摆线车削在加工深狭槽和凹槽 中，从金属去除率方面来说，摆线车是一种高效加 工方式。通过工件分段式，摆线车采用滚入切入的 方式，可以减小刀片接触面。车削凹槽时，排屑始 终是关键因素。加工这种材料剪切力大，因此需要 形成更窄的切屑，这就需要平衡刀片槽型和进给 量。此举也最大化了直线运动，这样就能够通过最 往较大，并且对工件强度和重量都有严格的限制。 典型零件特征包括薄壁、复杂的几何形状和轮廓， 这就给机加工性带来新的挑战。 大化进给率而获得最佳的生产效率。同时，这种加 工方法能够保证在每次退刀时，切削力方向不同。 下面讲述航空发动机零件所面临的加工挑战， 其成功的关键在于将最新的应用和工艺知识与最佳 的刀具解决方案相结合。 另外，由于刀片始终没有离开工件，所以交替变换 切削方向能够充分利用切削刃口，使刀片更持久耐 用。摆线车削能够避免切屑堵塞，降低振动趋势和 残余应力，非常适合于安全高效地去除大量材料。 Ｉ．涡轮盘 涡轮盘车削工序复杂，其材料通常是难加工 的合金材料，例￣Ｎｌｎｃｏｎｅｌ ７１８、Ｗａｓｐａｌ１ｏｙ和Ｕｄｉｍｅｔ ７２０。此类零件通常是清除型腔轮廓比较困难。 ２．涡轮机匣 涡轮机匣的材料通常极具挑战性，例￣Ｉｎｃｏｎｅｌ或 Ｗａｓｐａｌｌｏｙ。由于金属去除量较大，因此在铣削时， 容易对零件结构产生重大影响（例如变形）。此类 零件需要使用许多车铣和五轴方式去除大量材料， 由此导致生产周期非常长。 （１）刀具解决方案——陶瓷材质ＣＣ６０６０陶瓷 材质ＣＣ６０６０是一种优化材质，针对大直径零件切削 长度较大，ＣＣ６０６０适合更高的进给率和长时间的连 续切削，这使其成为铣削涡轮机匣类零件的理想选 （１）刀具解决方案——模块化ＳＬ７０刀具系 统 圆刀片是粗加工和精加工要求苛刻材料的最佳 选择，其加工效率很高，同时还具有很好的可达 性。模块化的ＳＬ７０刀具系统的刀板可以根据凹型 腔的特征设计，无需使用非标刀具或对刀具进行改 进。用户可以灵活地选择各种接柄和刀板，这样基 于有限的刀具库存即可构建出多种模块组合。这些 刀板考虑了轴向和径向干涉，所以能够深入到斜槽 择。由于其出色的抗沟槽磨损性能，所以和其他陶 瓷材质相比，ＣＣ６０６０材质可以适用于更大的切削深 中，并且带有高压冷却，切削液可以通过刀板内部 直接作用于切削刃口上。由于带有防振特性，在可 达性要求较高的场合亦可确保高性能，因此这些刀 度，在半精加工至粗加工的初始和中间切削阶段中 可确保最佳的生产效率。该材质也是型腔加工和仿 磊 棚工 ２５ 形加工工序的首选。 （２）应用——凸台间的陶瓷车铣在整个涡轮 机匣加工期间，平均有７５％的时间耗费在车铣凸台间 的材料上。车铣牵涉到利用旋转铣削刀具进行切削 时还要使工件旋转。这种工序非常适合于加工那些 要求高金属去除率和有遮断物（如点火凸台）的车 削零件。涡轮机匣的凸台位于其圆柱周界的边缘。 采用陶瓷刀具进行车铣不仅可降低沟槽磨损，而且 能够提高进给率以及获得更高的金属去除率——它 是去除凸台间材料的最高效方式。 ３．风扇机匣 、加工此类零件时，保持低切削温度至关重要。 （１）刀具解决方案——立式车床（ＶＴＬ） 为了 确保温度可控和极佳的零件精度，此类加工应在立 式车床上进行。立式车床设计需要具备手动快换或 自动换刀功能。尤其是采用自动换刀时，长切屑意 味着零件损坏的风险很高。但是，在立式车床上， 可以冷却液通过滑枕直接输送到主轴，对冷却液压 力没有限制，因此改善了切削条件和加工安全性。 （２）应用——高压冷却（ＨＰＣ） 确保风扇机匣 加工获得成功的一个关键是使用高压冷却。高效地 冷却切削区将有助于尽可能降低刀具磨损，延长高 达５０％的刀具寿命，并且能够使切削速度提高２０％。 ４．盘轴与风扇盘 发动机盘轴和风扇盘代表两种同样极具挑战性 的特征：深内腔和燕尾尾形叶根槽。 （１）刀具解决方案——防振刀板加工这些零件 时采用防振刀板将有助于解决常见的振动和排屑问 题。防振刀板设计有已获专利的防振装置，能确保 工艺更安全高效。与未加装防振装置时相比，其切 削深度可高出４倍。这些较窄的条形刀板能够深入到 深内腔底部高效地去除切屑，由此可确保极为安全 的加工工艺。 （２）应用——深槽内的无振动车削深槽代表此 类零件最具挑战性的特征之一。在应用方面，盘轴 深槽加工时由于容易在凹型腔中形成切屑堆积，从 而引起刀片安全隐患。为了确保加工安全性，应采 用无振动车削。椭圆截面的齿纹接口提供了杰出的 稳定性和可达性，而７６～２５４ｍｍ（３～１０ｉｎ）高的刀 板能实现最佳的切削液供应以帮助排屑。 ２６ ＺＯ 参磊 Ｉ，‘‘彤 ’．一 删上 冷加工 ５．轴 发电机轴采用高合金钢或Ｉｎｃｏｎｅｌ￣造，其面临 的主要加工挑战是零件的长度和复杂的内部特征。 （１）刀具解决方案——ｓｉ１ｅｎｔ Ｔｏｏｌｓ减振镗 杆具有嵌入式防振结构，这使其能够实现无振动 加工，同时还能保持良好的生产效率和较严的公差 要求。 （２）应用——镗削深孔和孔中的深凹型腔镗 削深孔会导致表面光洁度差，并且由于不稳定而引 起振动。零件唯一不需要抵消的切削力是轴向力。 但是，径向力会令刀具弯曲进而离开切削区，由此 对公差和孔径产生负面影响。通过施加逐渐提高的 轴向和径向载荷，当前频率或Ｓｉｌｅｎｔ Ｔｏｏｌｓ减振镗杆 会吸收切削时所产生的任何振动，不仅改善了切屑 控制，而且能够提高切削参数。 ６．整体叶盘，口十轮 此类零件具有狭窄的凹腔、狭长槽和很深的复 杂几何形状，确保加工获得成功的关键因素包括具 有良好动态特性的五轴机床、经过优化的软件以及 正确的刀具选择。 （１）刀具解决方案 ｏｒｏＭｉｌｌ Ｐｌｕｒａ ５０。螺 旋角带避空整体硬质合金圆角立铣刀粗加工材料 为Ｉｎｃｏｎｅｌ的狭槽时，ＣｏｒｏＭｉｌｌ Ｐｌｕｒａ ５０。螺旋角带避 空整体硬质合金圆角立铣刀特别适合于铣削深度约 为刀具直径两倍而铣削宽度较小时的应用场合。 （２）应用——摆线铣削摆线铣削是用于去除 花边和凹腔中材料的一种高速加工技术。通过平稳 地圆弧切入和圆弧切出工件来控制铣刀与工件的接 触弧长，即可获得更高的生产效率和更长的刀具寿 命。摆线铣削能够将高工作台进给与低切削力有机 结合，从而使切削刃和工件保持较低的温度。该方 法采用了薄屑技术，其结果是切屑中热积聚少，刀 具能够以全切深运行。此外，还削减了走刀次数。 在当今的全球制造环境下，如果没有正确的工 艺知识和最实用的加工策略，确实很难满足在昂贵 机床上加工关键零件的需求。在所有层面均获得正 确的资源支持，通过不断改进工艺、提高生产效率 和质量一致性以及削减成本和确保加工安全性，帮 助您在全球竞争中立于不败之地。ＭＷ （收稿日期：２０１２０７２０）