航空发动机叶片关键制造技术分析

辛诚

关键词：航空发动机；叶片；关键制造技术

引言：当前我国航空科技领域发展速度越来越快，在航空工业中实施了系列开发计划和专业技术研究工程，为了有效提高航空发动机的整体质量与水平，可以把握叶片这一关键制造环节，有针对性的提高制造技术水平并应用科学先进的技术手段进行制造，充分发挥出叶片制造技术的独特优势，确保航空发动机的整体性能，因此本文针对航空发动机叶片关键制造技术开展分析与研讨有重要的意义和价值。

1 航空发动机叶片的主要作用

航空发动机是整个飞机的核心要素，也是整个飞机的心脏。在航空发动机作用过程中会有气流通过，其中压气机、燃气室以及涡轮等关键部位所采用的零部件之中，叶片最多同样也是航空发动机制造的难点和重点。航空发动机中压气机和涡轮都需要通过叶片实现气流交换并改变气流的方向，确保发动机气流通道始终畅通，而压气机的叶片需要确保有一定的增压效果，就这样才能让空气在流入发动机之后能够进行压缩，并将压力和温度提高，以保证航空发动机燃烧室的基本需求；而在涡轮部位应用叶片则主要实现膨胀减压的作用和效果，将燃烧室的燃气能量转化为涡轮功，确保航空发动机能够正常发挥作用。

2 航空发动机叶片的制造材料分析

航空发动机叶片的制造材料能够直接影响叶片制造技术以及航空发动机的整体性能，因此要确保叶片材料的热强性效果更好，有较好的抗高温以及抗腐蚀效果，在持续运动过程中能够保持组织稳定性。航空发动机叶片所选择的制造材料主要为变形高温合金叶片、铸造高温合金叶片、超塑性成型钛合金叶片以及各类新型材料叶片等等。

首先在变形高温合金材料中，这一类材料制作航空发动机叶片的时间较久。如果在材料中增加钛钨含量，虽然能够提高材料性能，但是其热加工性会有所下降；另一方面如果在其中加入钴材料之后，能够兼顾提高材料性能以及热加工和高温组织稳定性。在航空发动机的制造过程中，涡轮叶片大多会选择GH4049合金热轧棒材，但是此类材料在应用过程中容易出现锻造裂纹的问题，并且在锻造时会出现掉晶问题和现象。其次，在铸造高温合金材料方面，这一类材料属于精密铸造，制造工艺中的实心叶片生产转化为空心叶片，叶片造型越发复杂，但是质量水平与叶片的整体性能较之以往显著提升，正因如此铸造高温合金叶片大多会应用于航空发动机的涡轮和导向叶片制造工艺中。第三，钛合金材料叶片属于新合金材料，在高温锻造状态下拉伸效果更好，疲劳强度高，因此钛合金材料适用于宽弦、压气机叶片制造中。最后，现如今我国航空发动机制造领域各类新型材料运用越发频繁，相关制造技术水平不断提高，例如陶瓷叶片、定向凝固高温合金等新型材料应用越发普遍，此类新型材料的应用也代表了航空发动机制造领域的资源节约良好前景。

3 航空发动机叶片关键制造技术分析

3.1 数控铣削加工技术

在此种技术类型中主要适用于发动机叶片加工相对复杂，成曲面且工序较多，对于精度的要求更高的部位。对于叶片的加工而言，应用数控铣削加工技术需要应用到多轴数控显销设备，并对叶片的榫头进行加工。在开展数控加工之前，需要以锻造的毛坯作为基础材料，通过粗加工、精加工等多种手段和方式之后，可以应用数控铣削加工技术进行更加高速、高精度的加工和处理。应用数控铣削加工技术能够有效满足航空发动机叶片对于尺寸、特性等多方面的要求，因此此类加工技术更加适用于气压机叶片制造中。

3.2 数控强力磨削加工技术

强力磨削加工技术大多应用于精加工中，相比于传统常规的磨削技术范围更加广泛，可以直接进行精细化处理。应用数控强力磨削技术可以从毛坯直接磨削出零件，并确保零部件的尺寸、形状等与与其计划相符合，整体工作效率和加工效率更高。因此在航空发动机叶片关键制造技术中，可以应用数控强力磨削技术，尤其是针对镍基耐热合金材料的加工方面，其应用优势更加明显，也正因如此数控强力磨削技术大多会应用于涡轮叶片和导向叶片的加工环节^[1]。

3.3 高速拉削加工技术

高速拉伸加工技术应用特制拉刀从工件上切下金属层，要保证金属层的纤薄，以使其表面达到预期的尺寸和精度，降低粗糙度。高速拉削加工技术效率更高，可以大规模生产零件，由此高速拉削加工技术适用于航空发动机叶片榫头的加工方面^[2]。

3.4 高速电火花小孔加工技术

应用高速电火花小孔加工技术需要工具电极进行高速运转，并将高压水质工作液从电极管中向外喷出将材料电池产物进行蚀除。应用高速电火花小孔加工技术主要会被应用于航空发动机，涡轮导向叶片冷却气膜孔的加工，此种加工方式优势明显，且不会对材料本身造成严重的影响，提高了加工的精准度

^[3]。

3.5 焊接加工技术

焊接加工技术大多会被应用于航空发动机叶片修复以及叶片组件连接方面，多数情况下应用焊接技术可以采用真空钎焊硬质合金块，这样的焊接方式能够有效减少叶片产生的尺寸磨损问题，也避免了尺寸出现超差而造成报废。另外也有一类焊接技术为线性摩擦焊接技术，这一类别的焊接技术在应用时能够减少叶片连接点的整体重量，确保叶片与轮盘始终合为一体，应用线性摩擦焊接方式性价比更高，也逐渐被很多航空公司所应用。

3.6 3D打印制造技术

3D打印制造技术发展时间较短，其主要理念在于增材制造，这也与传统叶片加工工艺中所进行的“减材”制造工艺差别最大。3D打印技术在应用过程中可以将制作过程转化为二维进行不断叠加，这种加工方式更加简单且效率更高，能够打破以往加工技术中模具和工具条件的限制，并且能够根据设计图纸和规划的要求制造出结构更加复杂的零部件。在应用3D打印技术时可以有效提高材料的利用效率，节约航空发动机叶片制造的成本，同时也避免了资源浪费的问题。

结论：总而言之，航空发动机叶片关键制造技术发展至今，越来越多的新型材料和新型制造手段层出不穷，也给航空发动机叶片制造领域带来了新的变革和创新。因此本文从叶片关键制造技术和所选用的制造材料进行深入的分析与讨论，希望对我国当前航空发动机制造领域的革新与进步有一定意义和价值。

参考文献：

[1] 郑娟. 航空发动机叶片关键制造技术研究[J]. 设备管理与维修,2019(24):89-90.

[2] 刘维伟. 航空发动机叶片关键制造技术研究进展[J]. 航空制造技术,2016(21):50-56.

[3] 卓义民,陈远航,杨春利. 航空发动机叶片焊接修复技术的研究现状及展望[J]. 航空制造技术,2021,64(8):22-28.