谭先见
湖南通用航空发动机有限公司，湖南省株洲市，412000
摘要：航空制造业是高精尖技术的集大成者，伴随着加工技术的不断发展，其相关的制造业也随之越发的繁荣，已经成为世界上的各个国家相互竞争的重要方面。航空发动机的相关加工技术已经成长为了航空发展的一项重要助力，而不仅仅只是一个部件。本文就对航空发动机的相关零部件的加工技术以及其刀具的使用情况进行探究，以期可以为航空制造业相关工作人员借鉴之用。
关键词：航空发动机；加工技术；刀具
引言
航空制造业作为当今世界上各个国家的综合国力象征，已经开始受到世界上各个国家的重视，同时作为一项国家战略性的产业，其实力不仅关乎着国家的国防安全，也是一个国家工业整体发展水平的展现。作为飞行器上的一个“心脏”部件，航空发动机对于航空制造业的重要性是不言而喻的。我国航空发动机的自主研发及制造较西方发达国家的发展来说，起步非常的晚，因此，我国航空制造技术的发展空间以及前景都是非常广阔的。
一、航空发动机零件典型结构加工难点分析
（一）整体叶轮叶盘的叶片及流道加工分析
整体叶轮叶盘结构为轮盘与叶片一体化设计，跟传统盘片分离的结构相比，减轻了转子重量、消除了盘与叶片榫头的接触应力、避免榫头和榫槽上微动磨损、微观裂纹等造成的发动机意外事故，大大提高了发动机的工作寿命和安全性能。但同时，新的设计也存在结构复杂，零件轴径比大、刚性弱，叶片厚度薄、悬臂长，气流流道呈非线性且狭窄等问题，使得加工难度骤增，其中叶片的振颤、变形，叶片前后缘啃切，流道加工干涉等均为技术难题。因此，叶片及流道加工除了要求技术人员具备很高的编程水平，技能人员具备很强的加工过程控制能力，对机床也提出了“三高”要求：高刚性、高精度、高稳定性，且必须五轴以上数控加工中心才能实现宽弦、大扭角的叶片加工。
（二）轮盘榫槽、圆弧端齿加工分析
榫槽是涡轮盘、压气机盘与叶片连接的关键结构，型式多样，有燕尾型、枞树型、环型等，榫槽在发动机工作时承受巨大的气动和离心载荷，其加工质量如工作面齿距公差、轮廓度公差、槽内表面光洁度和完整性等直接影响发动机工作效率和安全性。圆弧端齿结构实现了涡轮转子、压气机转子部件间的快速啮合分离，啮合精度高、自动定心好、传递扭矩大。加工要求啮合件之间跳动小、齿面光洁度高、接触面着色率高、齿周向均匀分布等。榫槽和圆弧端齿均采用成型法加工，一次装夹完成粗、精加工，效率高的同时机床加工受力负载大，现阶段依靠高精度分度、高承载的专用机床加工完成。机床、刀具、检测等专业化程度高，由专业技术技能人员进行工艺管控。
（三）盘类件腹板加工分析
涡轮盘、压气机盘、整体叶轮叶盘上的腹板设计多以坐标点位构建腹板，造成尺寸控制和调整难度大，且型腔结构复杂，造成零件结构刚性较弱，加工易变形、易振刀。以上结构特点要求加工用的机床刚性高、定位和重复定位精度高，另外，加工用的夹具设计、刀具选择、参数选用均需技术技能人员具有丰富的实践经验，才能保证腹板加工达到设计要求。
二、航空发动机零件先进加工工艺探究
（一）难加工材料高速高效加工技术
航空发动机的涡轮盘、整体叶轮叶盘零件，材料以高硬度、高强度的高温合金、钛合金为主，存在切削性能差、加工效率低、成本高等问题。通过研究车铣复合加工技术、加工过程在线监控与工艺参数自动优化技术、高效去毛刺技术、自适应加工技术、刀具超精细化技术等，提升难加工材料的加工效率、降低加工成本。
（二）整体叶轮叶盘制造技术
针对高强高硬变形高温合金离心叶轮材料难加工、通道狭窄（3mm以下）、精度要求高导致的加工难题，通过开展小直径长悬伸铣刀设计与制造技术、高强高硬材料高效加工工艺技术、变截面小通道离心叶轮数控编程技术、叶轮叶型快速测量技术、叶轮叶盘磨粒流抛光技术等。重点突破加工工艺、刀具设计、型面检测以及表面抛光等关键技术，提高变截面小通道离心叶轮制造技术水平。
针对四代机整体叶盘尺寸小、流道狭窄、叶片扭曲大导致的制造难题，通过开展整体叶盘高性能焊接技术，窄流道、大扭曲叶片整体叶盘数控电解加工技术，窄流道、大扭曲叶片整体叶盘多轴数控加工技术研究，重点突破整体叶盘加工关键技术，形成相关工艺规范及典型工艺。
（三）加工仿真技术应用研究
目前使用的加工仿真软件主要是针对防干涉和程序路径设计的几何仿真，在对切削力敏感、易产生加工变形的弱刚性叶片零件、薄壁件、环形件等加工中，无法获得受力状况分析，通过物理仿真软件的应用研究，模拟难加工结构零件的受力工况，提高加工合格率，缩短研制周期。
（四）表面强化技术
航空发动机涡轮盘、叶片盘零件，处于高温、高速旋转的工作环境中，对零件加工的表面完整性和强化要求高，研究和应用喷丸表面强化、磨粒流抛光、叶片表面激光强化、孔内表面挤压、珩磨等工艺，能有效提高零件表面质量，满足新机型中愈加严苛的设计要求。
三、航空发动机典型零件加工刀具应用
（一）陶瓷刀具
航空发动机中涡轮盘、燃烧室机匣等热端零件多采用高温合金、粉末高温合金等高强、高硬材料制造，其加工性能差，刀具消耗量大、成本高，而陶瓷刀具具有硬度高、耐磨性、耐热性好、化学性能稳定等优点，被广泛的应用在高硬材料的高速切削中，其切削速度可达到硬质合金刀具的2~10倍，极大地提高了航空发动机难加工件的加工效率。且陶瓷刀具成本低，综合性价比高，世界各发达国家都很注重其发展应用。
（二）复杂异型非标槽刀
为了满足气动力学、综合强度刚性、减重等方面的要求，发动机轮盘零件的内腔、端槽等常被设计成异型结构，型腔复杂，基本由轮廓度来控制型面要求。这极大地增加了刀具设计的难度，非标槽刀的需求量大，也促成其设计、制造技术的成熟。目前可换刀片的多角度、多尺寸槽刀得到普遍应用，完全可替代之前整体合金刀、成型刀的使用，也同时促进了编程技术、数控化加工的进步。
（三）圆锥波刃铣刀
进行整体叶片盘大切深、插削等高效加工时，原加工采用圆柱玉米铣刀，改进后使用圆锥波刃铣刀，其存在以下优势：
（1）圆锥波刃铣刀最大可能的增大了刀具的强度。在叶片间空间允许情况下，应尽可能大的刀具直径和锥度。在相同球头半径与相同大小的容屑槽情况下，刀具的芯体更为粗壮，可以得到最大的刀具强度。
（2）圆锥波刃铣刀通过锥度的延伸，其柄部相对一般圆柱铣刀较粗，因此与机床刀柄的结合更为可靠，可以获得较好的夹持稳固性，对刀具寿命的提高大有益处。
（3）圆锥波刃铣刀理论上可以进行无数多次刃磨而保持切削部分尺寸不变。因为圆锥可以无限向刀柄部分逼近而保持椎体形状不变。这对提高刀具的利用率，降低成本是非常有利的。而原来使用的圆柱铣刀每次修磨都会减小刀具直径，刀具的修磨次数有限。
（四）内冷高速铣削刀具
冷却在高速铣削过程中尤为重要，冷却的好坏直接影响零件的加工质量和刀具寿命。由于传统的外冷冷却液受刀柄结构，零件型面通道大小，及加工过程中刀轨的变化等因素的影响，不能保证对刀具切削刃进行充分的冷却，有可能导致“烧刀”，刀具寿命急速下降，且易烧伤零件表面。因此在高速铣过程中需采用内冷，为实现内冷加工，需从刀具进行改进。内冷刀具设计有两种结构，一种是中心出水，这种刀具内冷管道需铸造形成，刀具价格较高，但冷却效果最好。另外一种是在刀具刀柄外圆处开冷却槽，内冷却液从冷却槽出水直喷切削刃，这种刀具价格与不带内冷刀具相同，且可以达到充分冷却的效果，目前加工的内冷刀具较多选用这种结构。
结论
在我国的航空制造业当中，航空发动机典型零件的加工技术较世界先进水平还具有一定的差距，同时在生产航空零件的机床、工具工装配备上，国内企业生产的品牌精密程度、精度保持性、结构刚性等还不够高，不能满足目前航空发动机零件的尺寸和技术要求，许多还依赖国外的产品。这种情况导致航空发动机零件的生产成本久居高价，在市场竞争中无法占据优势，最重要的是关重零件的生产受制于人，可能出现“被动挨打”的局面。为此国家大力振兴基础产业和高端制造业建设，全面启动关重设备国产化、刀具国产化，为打破壁垒、掌握自主核心科技而努力奋斗，这也是制造从业人员的使命与机遇。
作者简介：谭先见（1985-05），男，汉，湖南省湘潭市，技术室室主管，工程师，本科，航空发动机轮盘类零件机械加工