航空發動機零部件精密制造技術

2024年3月28日發(作者：愛讓我成長)

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航空發動機零部件精密制造技術

作者：劉巖

來源：《E動時尚·科學工程技術》2019年第02期

摘 要：航空發動機是飛機的動力之源，同時也是一個國家制造水平、軍事實力的綜合體

現。隨著科學技術的不斷進步，航空發動機向著超高速、大推力、長航時的方向發展，世界各

國都先后投入了大量的資金用于研制新一代高性能航空發動機。新一代的航空發動機為了獲得

較強的工作性能采用了大量新材料和復雜的結構設計從，而對航空發動機的加工制造帶來了大

的困難。

關鍵詞：航空發動機；制造技術

引言

航空制造集聚了大量的高新制造技術，其制造過程對制造設備、工藝、執業人員素質等要

求極高；航空發動機被譽為飛機的“心臟”，是研發制造難度最大最頂級的現代工業造物，其制

造技術的進步對航空制造乃至整個制造業的發展起著決定性的作用。航空發動機的設計研發難

度極大，在保證人力及資本投入的情況下，一個型號的發動機從開始研發到技術成熟大概需要

三十年的時間，為此，美國將航空發動機技術定義為“一個高技術要求、高準入門檻的領域，

它需要以國家的力量充分扶持，需要長時間的技術積累以及巨大的資本投入”。目前，幾大航

空強國都將航空發動機產業歸為核心技術產業，對內在新一代航空發動機研制方面投入了大量

的資金和人力，規劃并實施了一系列技術研發計劃，如“綜合高性能渦輪發動機技術計劃

（IHPTET）”、“先進戰術戰斗機發動機設計計劃（ATFE）”、英法合作軍用發動機技術計劃

（AMET）及ADVENT計劃等，以此來推進航空發動機的升級換代；并對外實行技術封鎖。

我國目前的航空發動機技術與世界先進水平差距較大，為解決目前國內航空產業“外國心”的問

題，國家新成立了“兩機專項”，對航空發動機的研制投入大筆資金用于技術攻關、人才培養以

及產業鏈的形成。

1 航空發動機加工制造工藝特點分析

先進航空發動機通過對材料和發動機的結構進行合理化的布局使得航空發動機能夠獲得良

好的性能，但是其所采用的高性能材料和復雜的結構也為航空發動機的制造帶來困難。現今航

空發動機的加工制造呈現出以下特點：（1）材料硬度高、去除率多，航空發動機的核心轉子

部件為了滿足高溫、高轉速的惡劣工況多采用的是鈦合金、高溫合金等高硬度和高耐熱性的材

料，上述材料在切削加工的過程中具有不易加工且對加工的刀具磨損較大的特點，加之現今為

了提高零部件的結構強度多采用的是整體性的加工方式，一些核心部件（如轉子、葉輪）等其

去除率最高達到近9成左右，加工難度極大。因此，如何在確保航空發動機加工質量的前提下

提高航空發動機的加工制造效率是航空制造企業現今乃至今后一段時間研究的重點。（2）在

航空發動機的設計中為提高航空發動機的性能在航空發動機零部件的設計過程中多采用的是復

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雜曲面和高結構效率的整體性結構，此類結構件在加工制造中普通的三軸設備無法對其進行加

工多需要使用4軸、5軸設備來對其進行加工。（3）航空發動機的制造精度要求較高，在對

航空發動機的加工制造過程中，對于工件的幾何精度、形位精度等都有著嚴格的要求，從而為

航空發動機的加工制造提出了新的挑戰。

2 航空發動機零部件精密制造技術

2.1 精密制坯技術

航空發動機設計時應用了大量復雜結構件、各種新材料，其零件的制坯方法也在不斷的更

新進步?！敖鼉舫尚巍笔窍冗M精密毛坯制造技術的發展方向。“近凈成形”指零件毛坯制成之后，

不再冷加工或者少量冷加工之后，就可用作最終使用零件的毛坯成形技術。它建立在材料、制

造等多學科融合基礎之上，使原有的粗糙毛坯成形發展為高精度、高效率、輕量化、低成本的

成形技術?！敖鼉舫尚巍钡拿骶哂休^為準確的輪廓尺寸和較好的表面質量，可以很大程度上減

少后期冷加工造成的材料浪費，節省制造成本。“近凈成形”毛坯將取代傳統的大余量毛坯。航

空發動機制造中應用的精密制坯技術主要有精密鑄造、鍛壓和粉末冶金等技術。

2.2 綠色切削技術

綠色切削技術主要指在加工過程中回收或者降解切削產生的廢氣、廢液和廢渣，達到無公

害的環保要求，對生態大環境和加工小環境沒有危害的切削技術。目前綠色切削主要針對的是

加工過程大量使用的冷卻液問題，油基或水基冷卻液在企業數控加工中大量使用以降低切削溫

度，控制刀具磨損，減小刀具使用量。但是切削液的大量耗費增加了制造成本，會損害工人的

身體健康，同時更為嚴重的是廢液的大量排放會造成環境污染。綠色切削技術的發展可有效解

決這個問題。目前，綠色制造得到了各個國家的重視，綠色切削作為綠色制造的關鍵技術之

一，近些年發展較快。準干式切削技術是最近發展起來的近無冷卻液切削技術，可有效降低冷

卻液使用量。準干式切削又稱極微量潤滑（MQL）技術，它是將極微量的切削油與壓縮空氣

混合并霧化后，噴射到刀具-工件嚙合區，對切削部位進行有效的冷卻。MQL技術在縮減冷卻

液使用量的基礎上可以有效降低切觸區域的摩擦、減小切削熱的生成，進而降低刀具磨損和保

證加工質量。

2.3 復合材料結構件制造技術

新一代高性能航空發動機設計指標不斷提高，大推重比、低油耗、高可靠性是其普遍要

求。由于復合材料具有高的比強度、比剛度、服役溫度以及好的抗疲勞性能等優點，其廣泛應

用成為下一代航空發動機的主要特征。復合材料是由多種不同組織結構、不同物理化學性能的

材料組成多相材料（主要為基體相和增強相）。近年來，復合材料被廣泛應用于航空發動機制

造中，應用較多的主要是金屬基、陶瓷基以及碳基復合材料等。例如碳化硅連續纖維增強鈦基

復合材料TiMMC葉環的應用，可使壓氣機的結構質量減輕70%；SiC基CMC構件也在F119

機型上進行了驗證；國內西北工業大學研制成功的TiB2/Al復合材料葉片，其重量相當于空心

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率為33%的鈦合金空心葉片，若進一步采用空心設計，其重量有望達到空心率為45%以上的

鈦合金空心葉片，可有效減輕發動機重量，且任何損傷易于發現，并使成本下降30%以上。

3 結語

航空發動機是精密加工的集大成之作，尤其是現今先進發動機中大量高新性能材料的應用

和復雜的型面、型腔結構更為航空發動機的加工制造帶來了不小的困難。本文對航空發動機關

鍵制造技術進行了分析闡述。

參考文獻

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