特种加工工艺在复杂整体构件加工中的应用

摘 要：经济的发展离不开工业的支持，实体制造业是经济的基础与脊梁。整体构件是一种在航空、航天、武器装备发动机中应用较为广泛的部件，极大地促进了我国航天、航空事业的发展。在整体构件的机械加工过程中传统的铣削等加工方式已经能够取得较好的加工精度，但是成本相对较高，本文在分析整体构件现今主要所采用的加工技术的基础上对整体构件加工的趋势进行分析阐述。

关键词：整体构件；加工技术；特种工艺；发展趋势

中图分类号：TG66 文献标识码：A

整体构件现今多应用于航空、航天及军事装备的发动机制造中，由于其体积小、重量轻及可靠性高的特点对于航空、航天及军事装备的发展有着巨大的推动作用。整体构件在加工制造过程中面临着几何结构形状复杂、材料硬度高等的难题，使得整体构件的加工成本居高不下，现今所采用的传统的车削、铣削等的加工技术尽管能够取得较高的加工精度，但是加工成本较高。为更好地使整体构件能够应用于航空、航天等领域，应当积极探索整体构件加工制造的新方法、新工艺从而为我国的航空、航天及军事装备领域的发展添砖加瓦。

1.整体构件的结构特点及加工技术现状分析

整体构件几何结构复杂且材料硬度较高从而为整体构件的加工制造带来了不小的难度。以航空发动机叶轮为例，航空发动机叶轮由于需要承受极高的温度和极高的转速，为满足这一需求多使用钛合金作为其主要的材料，同时航空发动机叶轮对于几何尺寸的精度要求较高，因此在现今的机械加工过程中多采用的是五轴机床来进行加工。对于航空发动机中的敞开式可达性较高的叶轮传统的机械加工方式能够满足加工精度的要求，而对于一些半闭式和闭式的整体构件其加工难度极大，需要采用特種加工手段来进行加工。以整体机匣、带冠整体叶轮以及三元整流体叶轮等结构特点如下：（1）上述整体构件中的气流通道多为结构复杂的异形型腔，其在空间分布中形成二维或是三维的弯曲从而为整体构件的加工制造带来了极大的困难，且气流通道极为狭窄不利于传统的机械加工方式的加工。（2）上述整体构件中每种都分布着大量的气流通道，加工精度要求极高且对于整体构件的几何尺寸及型面精度要求很高，传统的机械加工方式较难达到其加工要求。（3）此外，整体构件在设计的过程中为保证工件的强度及重量，要求多采用比重较高、硬度较大的材质，同时整体构件多为薄壁件结构，加工难度极大。

整体构件的上述特点为整体构件的加工带来了不小的难度：（1）对于一些封闭或是半封闭的整体构件来说，其内部所含有的复杂、狭窄的气流通道使得刀具无法进入到其相应的位置甚至于通过一些复杂的空间运动也无法利用直柄刀具进入到所需要加工的整体构件中的位置。（2）材料硬度大从而对整体构件机械加工中所使用的刀具提出了较高的要求。（3）在整体构件的机械加工中需要稳定性、可靠性都较高的加工工艺。（4）为完成对于复杂性极高的整体构件的加工在加工设备上多使用的是精度要求很高的四轴或是五轴机床。（5）在复杂整体构件的机械加工过程中由于结构复杂因此在整体构件的装夹、工艺设计上都需要投入较大的精力，在整体构件的加工过程中如采用特种加工为确保加工质量需要确保整体构件特种加工中的工具和工件之间保持一定的间隙，此外在整体构件的工艺设计中由于工艺复杂、加工难度大，在整体构件的加工中需要对各工序之间的接刀和多工序之间的统一基准问题引起足够的重视，为提高整体构件的加工精度与加工效率，各国都投入了大量的人力物力研究对于整体构件的特种加工工艺。

2.特种加工工艺在整体构件加工中的应用

随着整体构件应用的提高使得特种加工工艺在整体构件机械加工中的应用逐渐增多，在整体构件的加工过程中使用电解加工发动机中的整体叶轮是应用较为成功的典范，飞机发动叶轮叶型弯扭幅度较大，且叶片较薄属于机械加工中的薄壁件加工，且飞机发动机叶片之间的气体流通通道狭窄，需要承受较高的温度，因此在材质的选择上多使用的是高温合金和特合金等特种材质，在叶轮的加工过程中对于叶轮的型面尺寸也提出了较高的要求，从而使得发动机叶轮整体构件的加工难度极大。现今在整体构件的加工过程中主要采用的是电解加工、数控铣削加工和线性摩擦焊等几种加工方式，电解加工和数控铣削加工是应用较多也是应用较为广泛的两种加工方式，电解加工在发动机叶轮的加工过程中相较于其他两种加工方式具有以下特点：（1）加工速度快、加工成本较低的特点，使用电解加工主要利用的是金属材料阳极电化学溶解的原理，加工效率高且无工具损耗，相较于数控铣削加工能够极大地降低加工中对于高级合金刀具的需求与损耗。在电解加工中德国MTU公司是使用此种技术较多的公司，在国内中对于复杂整体构件的电化学加工仍处于探索应用阶段，电化学加工技术也陆续成功应用于对于航空、航天及武器装备中的复杂的整体构件的加工中，此外，国内各主要高校也积极开展了对于电化学加工这一加工效率高、加工成本低的加工技术的研究与应用。通过研究表明，使用电化学加工技术在复杂整体构件的加工过程中能够降低约50%～80%的时间消耗，尤其是对于长叶片的电化学加工其省时优势更为明显。对于复杂结构的整体构件其在对于气道弯扭度较大的超薄型整体叶轮的加工中有着较为明显的加工优势。随着技术的发展及需求的增加，越来越多的复杂整体构件将会逐步涌现，因此，加大对于数控电解技术的研究与应用是解决复杂整体构件加工难题的重要的加工技术，通过国外某公司在对航空发动机中的复杂整体叶轮、机匣等在加工过程中应用电化学加工技术的分析表明，通过在加工中应用了电解加工技术能够有效地降低发动机整体叶轮的尺寸偏差与叶间通道宽度，极大地提高了复杂整体构件的加工效率和加工精度。

3.特种加工技术在整体构件加工中的发展趋势分析

随着新技术、新材料在航空、航天及武器装备研制中的应用将来会出现越来越多的结构复杂的整体构件，为提高复杂整体构件的加工效率和加工精度需要更多地做好以电解加工技术为代表的新型的特种加工技术在复杂整体构件加工中的应用。未来，复杂整体构件的特种加工技术将会具有以下的发展趋势：（1）复杂整体构件的加工技术将会向着更为健康、优质、高效的方向发展，由于现今的复杂整体构件其表面多分布着数十乃至数百的结构复杂的型腔且对于整体构件的型面加工质量要求极高，因此，为做好对于复杂整体构件的加工，新的特种加工技术应当将提高加工效率和加工精度方面作为主要的研究方向。（2）基于加工原理拓展新的加工技术，通过积极改进特种加工性能和发展新的加工技术或是寻求复合加工技术等的途径以应对日益发展的新型材料、特殊结构以及特殊要求等的难题，这一方向是复杂整体构件加工的重要的发展趋势。（3）做好现有加工技术的集成创新通过将两种或是多种加工工艺进行有机组合，将技术集成创新作为技术发展的主要方向，尤其是对于闭式整体构件的整体制造有着极为重要的意义。（4）积极做好新的复杂整体构件加工技术的研究并将其应用于复杂整体构件的加工中是复杂整体构件加工技术的重要发展方向之一。

结语

在复杂整体构件的加工中除传统的机械铣削等加工技术外应当积极做好对于复杂整体构件加工的各种特种加工技术研究与应用，以促进我国航空、航天及军事装备的发展。本文在分析复杂整体构件加工技术特点的基础上对新型复杂整体构件加工技术的发展方向及趋势进行了分析。

参考文献

[1]赵建社.整体构件特种加工技术的发展趋势[J].国防制造技术，2011（5）：6-10.

[2]葛媛媛.复杂异形曲面整体构件的加工工艺分析[J].机械制造，2006，44（10）：59-61.

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