特種加工-課程論文

1、淺談應(yīng)用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)的特種加工技術(shù) 2015級(jí)機(jī)械提綱一、特種加工介紹二、特種加工技術(shù)在航空發(fā)動(dòng)機(jī)中的重要作用三、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀四、航空發(fā)動(dòng)機(jī)中孔類零件的加工應(yīng)用五、航空發(fā)動(dòng)機(jī)中復(fù)雜曲面類零件的加工應(yīng)用六、新型發(fā)動(dòng)機(jī)七、特種加工技術(shù)在航空發(fā)動(dòng)機(jī)中常見(jiàn)問(wèn)題及展望一、特種加工介紹 特種加工（又稱非傳統(tǒng)加工）是二次世界大戰(zhàn)后發(fā)展起來(lái)的一類有別于傳統(tǒng)切削與磨削加工方法的總稱。特種加工方法將電、磁、聲、光等物理量及化學(xué)能量或其組合直接施加在工件被加工的部位上，從而使材料被去除、累加、變形或改變性能等；特種加工方法可以完成傳統(tǒng)加工方法難以實(shí)現(xiàn)的加工，如高強(qiáng)度、高韌性、高硬度、高脆性、耐高溫材料和工程陶瓷、

2、磁性材料等難加工材料的加工以及精密、微細(xì)、復(fù)雜形狀零件的加工等。主要包括電火花加工、電火花線切割加工、電化學(xué)加工、激光加工、電子束和離子束加工、超聲加工等。圖片1 電火花加工原理及加工設(shè)備圖片3 電化學(xué)加工原理及設(shè)備圖片2 電火花線切割加工原理及設(shè)備圖片4 激光加工二、特種加工技術(shù)在航空發(fā)動(dòng)機(jī)中的重要作用特種加工技術(shù)在航空制造業(yè)中發(fā)揮了極其重要和不可替代的作用，在航空制造業(yè)中已突破了傳統(tǒng)機(jī)械切削加工的瓶頸，在提高加工能力、產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益的提升方面顯露出巨大的優(yōu)越性，是航空制造技術(shù)不可缺少的關(guān)鍵技術(shù)。特種加工技術(shù)在國(guó)內(nèi)外各行各業(yè)的應(yīng)用中取得了巨大成效，它們有著各自的特點(diǎn)，特殊材料或

3、特殊結(jié)構(gòu)工件的加工工藝性發(fā)生了根本變化，解決了傳統(tǒng)加工方法所遇到的各種問(wèn)題，已經(jīng)成為現(xiàn)代工業(yè)領(lǐng)域中不可缺少的重要加工手段和關(guān)鍵制造技術(shù)。與傳統(tǒng)切削加工工藝相比特種加工具有以下特點(diǎn)：(1)主要不是靠機(jī)械力和機(jī)械能切除金屬,而是直接利用電能、光能、聲能或幾種能量的復(fù)合形式去除金屬材料。(2)適應(yīng)性強(qiáng),加工范圍廣,一般不受工件材料機(jī)械物理性能的限制,可以加工任何硬、脆、熱敏、耐腐蝕、高熔點(diǎn)、高硬度、高強(qiáng)度、特殊性能的金屬和非金屬材料。(3)加工機(jī)理不同于一般金屬切削加工,不產(chǎn)生金屬宏觀切削,不產(chǎn)生強(qiáng)烈的彈性和塑性變形,故可獲得很低的表面粗糙度及尺寸精度。(4)以柔克剛,加工過(guò)程中無(wú)明顯的機(jī)械力。多數(shù)

4、特種加工不需要工具,有的即使采用工具,也不直接與工件接觸,且?guī)缀醪怀惺芗庸ぷ饔昧?故可加工硬脆材料,甚至工具材料的硬度可低于工件材料的硬度。(5)可在加工過(guò)程中實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換或組合,便于實(shí)現(xiàn)控制和操作自動(dòng)化,適合于二維或三維復(fù)雜面、微細(xì)表面、微小孔、窄縫和低剛度零件的加工。傳統(tǒng)切削加工電火花線切割和激光切削三、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀目前，發(fā)達(dá)國(guó)家為90年代戰(zhàn)斗機(jī)配套的推重比10發(fā)動(dòng)機(jī)，如美國(guó)的Fll9、西歐四國(guó)的EJ2O0、法國(guó)的M88和俄國(guó)的A41中正處于全面工程研制階段；同時(shí)又開(kāi)始實(shí)施推重比20發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)發(fā)展計(jì)劃。國(guó)內(nèi)，特種加工技術(shù)廣泛應(yīng)用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)重要承力旋轉(zhuǎn)構(gòu)件上，如圖2中所示的國(guó)產(chǎn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)

5、的風(fēng)扇、高低壓轉(zhuǎn)子等，焊接零件材料主要為鈦臺(tái)金和高溫合金。但是很多技術(shù)不是很成熟，硬件和軟件對(duì)國(guó)外的依賴很大。圖2 國(guó)產(chǎn)新型昆侖渦噴航空發(fā)動(dòng)機(jī)圖1 推重比10發(fā)動(dòng)機(jī)四、航空發(fā)動(dòng)機(jī)中孔類零件的加工應(yīng)用 圖1 激光加工技術(shù)在發(fā)動(dòng)機(jī)制造中的應(yīng)用目前應(yīng)用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)小孔的特種加工技術(shù)種類很多，按照各種工藝技術(shù)的特點(diǎn)，可以劃分為高能束流加工，電化學(xué)加工、電火花加工，液體噴射加工、超聲加工、微波加工等類別。這些特種加工技術(shù)特點(diǎn)各異，應(yīng)用不同，因此選用合適的小孔加工技術(shù)進(jìn)行不同需求小孔的加工，對(duì)于航空發(fā)動(dòng)機(jī)的性能、制造成本、可靠性等均有著重要的意義。激光加工技術(shù)將開(kāi)發(fā)和研制的激光焊接、激光強(qiáng)化、激光熱處理及

6、3D打印等新型技術(shù)與設(shè)備正逐步應(yīng)用到發(fā)動(dòng)機(jī)零部件的制造維修中，如圖1中所示，發(fā)動(dòng)機(jī)的風(fēng)扇葉片采用激光沖擊強(qiáng)化技術(shù)圖2 航空發(fā)動(dòng)機(jī)導(dǎo)軌梁孔的加工 航空發(fā)動(dòng)機(jī)中導(dǎo)軌梁的加工， 零件主要為ZLl04A材料，該零件外形尺寸為： 365mm585mm418mm，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，由于該產(chǎn)品正處于預(yù)研階段，設(shè)計(jì)更改頻率較高， 因此給毛坯的鑄造、加工都帶來(lái)很高的難度。見(jiàn)圖2中孔的加工，由于該處結(jié)構(gòu)孔的位置受限制，無(wú)法采用機(jī)械加工，在加工時(shí)只能采用電火花加工，同時(shí)該處位置度和相關(guān)聯(lián)的尺寸過(guò)大，現(xiàn)有電火花設(shè)備無(wú)法進(jìn)行加工，針對(duì)該零件只有想辦法加大電火花油箱的容器，通過(guò)制定工裝來(lái)滿足加工要求。五、航空發(fā)動(dòng)機(jī)中復(fù)雜曲面類零

7、件的加工應(yīng)用圖3 多軸聯(lián)動(dòng)電火花成形電極及軌跡仿真圖2 帶冠整體葉輪的應(yīng)用圖1 渦輪轉(zhuǎn)子如圖1所示，用電解方法加工的渦輪轉(zhuǎn)子及整體葉輪，工件材質(zhì)為高溫合金，采用套料加工方式，葉盆、葉背一次加工成形，葉片精度0.1mm，表面粗糙度值為0.8m，每個(gè)葉片加工僅需幾分鐘時(shí)間。電解套料加工已成為航空航天領(lǐng)域優(yōu)先使用的工藝方法之一。我國(guó)在采用電解設(shè)備制造發(fā)動(dòng)機(jī)整體葉盤的加工技術(shù)上面還比較落后。圖2為多軸復(fù)雜型面電火花成形加工的實(shí)例，即帶冠整體葉輪。 由于其閉式的特殊結(jié)構(gòu)造成了零件機(jī)加工過(guò)程中產(chǎn)生了刀具懸臂梁的障礙，數(shù)控銑加工難以完成，且選材多為不銹鋼、高溫耐熱合金和鈦合金等難切削材料，使其成為航空發(fā)動(dòng)機(jī)

8、制造中的關(guān)鍵技術(shù)，而多軸聯(lián)動(dòng)電火花成形加工技術(shù)顯得尤為有效。圖3為多軸聯(lián)動(dòng)電火花成形電極以及運(yùn)動(dòng)軌跡仿真圖。六、新型發(fā)動(dòng)機(jī)圖1 電火花加工技術(shù)應(yīng)用于新型航空發(fā)動(dòng)機(jī)圖2國(guó)產(chǎn)新型昆侖渦噴航空發(fā)動(dòng)機(jī)為保證新型發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)重量減輕和結(jié)構(gòu)完整性的提高。采用真空電子束焊接是保證重要承力構(gòu)件可靠性的重要工藝手段。電子束焊接技術(shù)發(fā)展已有30多年歷史。廣泛應(yīng)用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)重要承力旋轉(zhuǎn)構(gòu)件上，如圖1中所示的航空發(fā)動(dòng)機(jī)的風(fēng)扇、高低壓轉(zhuǎn)子等，焊接零件材料主要為鈦臺(tái)金和高溫合金?；鸹庸ぜ夹g(shù)適合于材料硬度高、難切削蹦及易變形的薄壁件上的各種復(fù)雜形狀的型孔、型腔、小孔、盲孔、凹槽的加工，其典型應(yīng)用是發(fā)動(dòng)機(jī)熱端零件氣膜冷卻小

9、孔、噴油嘴的小孔、燃油閥精密型孔的加工，如圖2中所示。美國(guó)CFM56發(fā)動(dòng)機(jī)短環(huán)形燃燒室7000多個(gè)氣膜冷卻孔的加工就采用了組臺(tái)式多頭數(shù)控電火花加工技術(shù)。而對(duì)于我國(guó)某型發(fā)動(dòng)機(jī)導(dǎo)向葉片及其組件中的異型孔及某型發(fā)動(dòng)機(jī)的第一級(jí)機(jī)匣處理環(huán)撓流孔等都采用了精密電火花加工技術(shù)。常見(jiàn)問(wèn)題：雖然特種加工已解決了航空發(fā)動(dòng)機(jī)傳統(tǒng)切削加工難以加工的許多問(wèn)題，在提高發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益上顯示出很大的優(yōu)越性， 但目前它還存在不少亟待解決的問(wèn)題。不少特種加工的機(jī)理（如真空電子束焊接、激光等加工）還不十分清楚其工藝參數(shù)選擇，加工過(guò)程的穩(wěn)定性均需進(jìn)一步提高。有些特種加工（如電化學(xué)加工）加工過(guò)程中的廢渣、廢氣若排房

10、不當(dāng)，會(huì)產(chǎn)生環(huán)境污染，影響工人健康。有些特種加工（如快速成形、等離子弧加工等）的加工精度及生產(chǎn)率有待提高。有些特種加工（如電火花、真空電子束焊接、激光加工）所需設(shè)備投資大、使用維修費(fèi)高，亦有待進(jìn)一步解決。七、常見(jiàn)問(wèn)題及展望展望：廣泛采用自動(dòng)化技術(shù)、利用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)特種加工設(shè)備的控制系統(tǒng)、電源系統(tǒng)的自動(dòng)控制，建立特種加工的系統(tǒng)，這是當(dāng)前特種加工的主要發(fā)展趨勢(shì)，開(kāi)發(fā)由不同特種加工技術(shù)復(fù)合而成的加工方法，如電解電火花加工、電解電弧加工等復(fù)合加工，以揚(yáng)長(zhǎng)避短提高經(jīng)濟(jì)效益和生產(chǎn)率。另外，還應(yīng)著重于新的工藝方法的研究，不斷提高加工工藝水平?？紤]到一些特種加工技術(shù)對(duì)環(huán)境的污染問(wèn)題，必須要著重解決廢渣、廢氣、廢液的 “三廢”轉(zhuǎn)化問(wèn)題，向“綠色”工業(yè)及可持續(xù)發(fā)展工業(yè)轉(zhuǎn)化。目前，發(fā)達(dá)國(guó)家為90年代戰(zhàn)斗機(jī)配套的推重比1