新一代商用航空发动机叶片的先进加工技术_王辉
航空发动机叶片关键技术发展现状分析
航空发动机叶片关键技术发展现状分析航空发动机叶片是航空发动机的重要组成部分，直接影响着发动机的性能和效率。
随着航空工业的不断发展，对于航空发动机叶片的要求也越来越高，因此其关键技术的发展成为了航空发动机领域的热点之一。
本文将对航空发动机叶片关键技术的发展现状进行分析，并展望未来的发展方向。
一、材料技术航空发动机叶片的材料是决定其性能的关键。
在过去，镍基高温合金一直是航空发动机叶片的主要材料，因为其具有良好的高温强度和抗氧化性能。
随着航空发动机工作温度的不断提高，传统的镍基高温合金已经不能满足发动机叶片的性能要求。
人们开始研发新型的高温合金材料，如含铱的单晶高温合金、含有强化相的高温合金等。
这些新材料具有更高的工作温度和良好的高温强度，能够更好地适应发动机叶片的工作环境。
除了材料的改进，还有一些新型材料的应用也在不断推进，比如碳纤维复合材料。
碳纤维复合材料具有优异的高温强度、轻质化和抗腐蚀等性能，逐渐成为航空发动机叶片的新材料选择。
碳纤维复合材料的成型工艺、连接方式、性能预测等方面的技术问题还有待解决，需要进一步的研究和发展。
二、制造技术航空发动机叶片的制造技术一直是航空工业发展的重要方向之一。
传统的叶片制造采用的是铸造和数控加工工艺，虽然能够满足一定的叶片质量和形状要求，但在材料利用率、制造周期、成本和精度等方面还存在着一定的不足。
近年来，随着增材制造技术的逐渐成熟，人们开始尝试使用增材制造技术来制造航空发动机叶片。
增材制造技术可以实现对叶片内部结构的优化设计，提高材料的利用率；同时可以实现叶片的快速制造，减少制造周期和成本。
目前，增材制造技术在航空发动机叶片制造领域的应用还处于起步阶段，但其潜力巨大，未来有望成为叶片制造的重要技术。
在叶片表面处理方面，热障涂层技术一直是航空发动机叶片的重要技术之一。
热障涂层不仅可以提高叶片的抗氧化性能，增加寿命，还可以降低叶片的工作温度，提高发动机的热效率。
目前，随着热障涂层技术的不断发展，新型的多层复合热障涂层、纳米涂层等新技术不断出现，为航空发动机叶片的表面处理提供了更多的选择。
航空发动机叶片四轴加工_产品创新数字化(PLM)_CAM_3609
航空发动机叶片四轴加工_产品创新数字化(PLM)_CAM_3609 航空发动机叶片四轴加工_产品创新数字化(PLM)_CAM一、概述飞机发动机的叶片大小不同，形状各异:从尺寸上看，大的叶片有250×60×10，小的只有30×10×5;从形状上看，带阻风台结构的稍复杂一些，需五轴联动铣削;不带阻风台的，用四轴加工即可。
所有叶片都有一个特点:薄，加工时易变形。
叶片的毛坯均为合金铸件，加工工序比较复杂，从图纸到成品，一般都要经过40,60个工序。
目前，发动机叶片(叶背、叶盆)的加工，大多采用三轴铣削，即在立式铣削中心(带旋转工作台)先铣叶背，然后转180?，再铣叶盆。
进汽边、出汽边以及叶根，在后续的工序中再处理。
这种铣削方法装卡次数多，加工效率低，并且加工后叶片变形大，叶片截面形状与原设计有较大误差。
如果采用四轴联动铣削，一次装卡就可把叶背、叶盆、进出汽边以及叶根同时加工出来，并且加工后的叶片变形也很小。
如果走刀路径设计的合理，加工后叶片表面的光洁度高，后续的辅助工序可以取消或减化，进汽边和出汽边也无需再处理。
从整体来看，叶片的加工质量和效率都会大为提高。
四轴铣削叶片，理想的刀具路径如下:(1)四轴铣削叶背、叶盆时，刀具沿轴线螺旋走刀，从一端走到另一端;(2)再单独铣一次进、出汽边，刀具沿叶片轴线从一端铣到另一端，以保证进、出汽边的形状精度和表面光洁度;(3)铣削叶根的过渡面时，确保叶片两端的凸台不受损伤。
二、叶背、叶盆铣削对于图1所示的叶片，可采用近似于螺旋的走刀路径。
刀具相对于叶片绕轴线做旋转运动，同时间断地沿轴线作直线运动，如图1所示。
采用这种走刀路径，叶片的变形小，质量可靠;叶背叶盆刀痕匀布，余量均匀，减少了后续打磨、抛光等工序的工作量，可明显地提高叶片的生产效率。
并且，编制这种走刀路径，较编制螺旋走刀路径容易得多。
图1 叶片走刀路径以下详细说明有关计算方法及参数的选择。
航空发动机精锻叶片数字化数控加工技术
航空发动机精锻叶片数字化数控加工技术随着航空业的不断发展和飞机性能的不断提升，航空发动机作为飞机的“心脏”，其性能对于整个飞机的安全和性能有着至关重要的影响。
而发动机叶片作为发动机中最关键的零部件之一，其制造工艺和加工精度直接影响了发动机的性能和效率。
目前，航空发动机精锻叶片数字化数控加工技术已经成为发展的趋势，为提升叶片制造的精度和效率，推动航空发动机的发展起到了积极的推动作用。
一、数字化叶片设计技术数字化叶片设计技术是航空发动机精锻叶片数字化数控加工技术的重要基础。
传统的叶片设计采用手工绘图和模型制作，这种方法效率低、精度不高且易受人为因素的影响。
而数字化叶片设计技术则采用计算机辅助设计软件，通过三维建模技术能够高效准确地完成叶片的设计工作，可以实现对叶片各种参数的实时监测和调整，保证叶片的设计精度和一致性。
数字化叶片设计技术还能够方便和CAD/CAM等软件进行数据交换和集成，使得叶片设计数据得以共享和传输，为后续的数控加工提供了良好的基础。
二、数字化数控加工技术数字化数控加工技术是航空发动机精锻叶片数字化数控加工技术的核心环节。
传统的叶片加工工艺中，需要通过数控机床进行铣削、钻孔等工序，但是这种方式难以满足叶片的复杂曲面和高精度加工需求。
而数字化数控加工技术则是将数字化叶片设计数据直接输入到数控机床上，通过程序控制实现叶片的加工，能够高效、精确地完成叶片的加工工序。
在数字化数控加工技术中，主要采用了一些先进的加工方法和设备，比如激光切割、激光熔化沉积、电火花加工等技术，这些新型的加工方法和设备能够更好地满足叶片复杂曲面和高精度加工的需求，同时提高了叶片的制造效率和一致性。
三、数字化质量检测技术数字化质量检测技术是航空发动机精锻叶片数字化数控加工技术的重要保障。
叶片作为航空发动机中的重要部件，其加工质量对于发动机的性能和安全有着至关重要的影响。
传统的叶片质量检测方式主要是依靠人工目测和简单的测量工具，难以满足叶片高精度加工的需求。
航空发动机叶片关键技术发展现状分析
航空发动机叶片关键技术发展现状分析航空发动机叶片是航空发动机的核心部件之一，它对于发动机的性能和效率起着至关重要的作用。
随着航空工业的发展，航空发动机叶片的关键技术不断演进和创新，以满足航空业对于更高性能和更低排放的需求。
1. 材料技术的进步：航空发动机叶片的材料选择十分关键，需要具备高温、高压和高强度的特性。
传统的材料如镍基合金和钛合金已经相当成熟，但随着发动机运行环境的要求不断提高，需要开发新的高性能材料。
高温合金、陶瓷基复合材料和先进的纳米材料等，都成为当前研究的热点。
这些新材料的应用可以提升发动机叶片的工作温度、耐腐蚀性和机械强度，从而提高发动机的整体性能。
2. 制造和加工技术的创新：制造和加工技术的创新可以提高发动机叶片的精度和质量，并减少制造成本。
数控车削、激光制造和电化学加工等先进制造技术的应用，可以提高叶片的表面质量、减少机械加工残留应力，并提高加工效率。
利用3D打印技术可以实现叶片的快速成型，以及实现复杂结构和内部流道的设计和制造。
3. 气动设计和优化技术：气动设计和优化技术可以改善叶片的气动性能，提高发动机的燃烧效率和推力。
通过数值模拟和流场分析等手段，可以对叶片的气动特性进行优化和改进。
通过优化叶片的气动外形设计、增加气动表面的流动控制装置和进出口流道的优化设计等方式，可以减少湍流损失，降低气动噪声，并提高发动机的燃烧效率。
4. 热管理技术的创新：叶片的工作温度是制约叶片寿命和性能的重要因素之一。
热管理技术的创新可以有效地降低叶片的工作温度，提高叶片的寿命和可靠性。
通过热隔离层、冷却通道和热管等技术手段，可以实现对叶片的热控制和热传递，保证叶片的温度在可控范围内。
航空发动机叶片关键技术的发展趋势是朝着高温、高强度、高效率和低排放的方向发展。
材料技术的进步、制造和加工技术的创新、气动设计和优化技术的提升以及热管理技术的创新，都是当前研究和发展的重要方向。
随着航空工业的不断发展，航空发动机叶片关键技术将不断创新和突破，以满足航空业对于更高性能和更低排放的需求。
航空发动机叶片制造及再制造技术研究
航空发动机叶片制造及再制造技术研究
1 发动机叶片的重要性与制造技术
航空发动机的重要组成部分之一就是叶片。
发动机叶片分为高压
叶片和低压叶片两种。
高压叶片作为发动机压气机的重要部件，起到
加压和压缩气流的作用，低压叶片则主要是控制和增加气流的速度。
这些叶片所需的材料要求强度高、重量轻、抗腐蚀性好等。
目前，发
动机叶片的制造主要采用金属铸造、镀层技术、金属喷涂和单晶技术等。
2 叶片的再制造技术
发动机叶片的再制造可大大降低成本，延长使用寿命。
再制造技
术主要包括激光熔化修复、电弧增材制造和高能强流的等离子喷涂等。
这些技术不仅可以使叶片回到原来的使用状态，而且还能进行一定的
改进，使其具有更好的性能。
3 叶片的质量检测技术
由于叶片作为发动机的重要部件，其质量安全和稳定性对于飞行
的安全至关重要。
因此，对于发动机叶片的质量检测显得尤为重要。
目前，发动机叶片的质量检测主要包括视觉检测、超声波、磁暂态电流、涡流检测、X光检测等多种方法，以确保叶片的质量合格，并且适
合使用。
发动机叶片是一个复杂的工艺要求高的零部件，需要不断研究和探索，以提高其质量和稳定性，确保飞行的安全。
对于发动机叶片的制造和再制造技术的研究如今已经非常成熟，但其在未来的发展和研究仍会是一个不断探索和突破的领域。
航空发动机精锻叶片数字化数控加工技术
航空发动机精锻叶片数字化数控加工技术随着航空业的发展，航空发动机的性能要求也越来越高，发动机的叶片作为航空发动机的核心部件之一，其生产制造技术也在不断的升级完善。
数字化数控加工技术在航空发动机精锻叶片的制造中发挥着重要作用，为了满足高性能、高可靠性和高效率的要求，航空发动机精锻叶片制造技术必须不断创新，数字化数控加工技术的应用为航空发动机的性能提升和制造质量保障提供了有力支持。
航空发动机精锻叶片的特点航空发动机精锻叶片是一种高强度、高温、高压的零件，其制造过程要求十分严格。
航空发动机叶片的组成结构复杂，叶片的形状和曲线也十分复杂，加工难度大，制造工艺要求高，需要具备精密加工能力和高精度的加工设备。
为了满足叶片的高性能和高可靠性要求，叶片的材料通常采用高温合金钢、镍基合金等高强度材料，这些材料不仅具有较高的强度和硬度，而且还具有良好的耐热性和耐腐蚀性，满足航空发动机在高温、高压环境下的工作要求。
叶片的实际工作条件严苛，要求叶片具有较高的动态稳定性和动态强度，因此对叶片的精度和表面质量要求非常高，而数字化数控加工技术正是能够满足这些要求的一种先进技术。
数字化数控加工技术的应用数字化数控加工技术是一种高效、灵活的加工技术，它将数控技术与数字化技术相结合，通过CAD/CAM技术实现产品的数字化设计和加工。
在航空发动机精锻叶片的制造过程中，数字化数控加工技术可以实现叶片的高精度加工和复杂曲线加工，大大提高了叶片的加工效率和加工精度。
数字化数控加工技术的应用，首先需要进行叶片的数字化设计，通过CAD软件对叶片进行三维建模和曲面设计，将叶片的设计数据导入CAM软件，生成数控加工程序。
然后通过数控机床进行零件的加工，在加工过程中，可以实现对叶片的多轴联动加工，能够满足叶片复杂曲线的加工需求，保证了叶片的加工精度和表面质量。
数字化数控加工技术的应用不仅提高了叶片的加工精度和表面质量，还可以实现叶片的批量生产和定制加工，提高了叶片的加工效率，降低了加工成本。
新一代航空发动机叶片疲劳合格率及疲劳寿命提升技术方案
新一代航空发动机叶片疲劳合格率及疲劳寿命提升技术方案近年来，随着航空业的飞速发展，新一代航空发动机的研制成为备受关注的焦点。
叶片作为发动机的核心部件之一，其疲劳寿命和合格率的提升直接关系到发动机的可靠性和安全性。
本文将着重讨论新一代航空发动机叶片疲劳合格率及疲劳寿命提升技术方案。
一、叶片疲劳合格率提升技术方案1. 材料选择优化优化材料的物理力学特性，如比强度、比韧性、高温强度和抗腐蚀性等，可以有效提高叶片的疲劳寿命和合格率。
此外，采用新型材料，如模孔石墨复合材料、高温合金等，能够改善叶片的抗拉伸变性和抗高温蠕变性能，使其更加适合高温高压环境下的工作。
2. 设计改进优化叶片的结构设计，如增强内部支撑结构、调整叶片转角、优化叶片翼型等，可以有效降低叶片疲劳损伤和断裂率。
另外，在叶片的制造和维修过程中，应加强对叶片表面的表面质量控制，提高其表面光洁度和耐磨性等。
3. 检验方法改进采用更加先进的检验方法和设备，如超声波检测、X射线检测等，可以大大提高叶片疲劳寿命的监测和控制能力。
同时，应加强对疲劳损伤的分析和评估，制定更加科学合理的检验标准和方法。
二、叶片疲劳寿命提升技术方案1. 表面处理通过表面化学处理、高温环境下的涂覆、离子注入等方法，可大大提高叶片的表面硬度和抗磨性能，从而延长其使用寿命。
2. 热障涂层技术采用热障涂层可有效降低叶片在高温高压环境下的氧化和腐蚀速率，减缓其疲劳损伤的速度，从而提高叶片的疲劳寿命。
3. 智能监控系统通过安装智能监控传感器和系统，可以实时监测叶片的工作状态和性能指标，及时发现和预测叶片疲劳损伤的风险，从而采取及时有效的维修和更换措施，进一步延长叶片的使用寿命。
综上所述，叶片疲劳合格率与疲劳寿命的提升需要从多个方面入手，包括材料选择优化、设计改进、检验方法改进、表面处理、热障涂层技术和智能监控系统等。
只有在这些方面进行全面的技术改进和提升，才能够最终实现新一代航空发动机叶片的高可靠性、高安全性和长寿命。
航空发动机叶片关键技术发展现状分析
航空发动机叶片关键技术发展现状分析航空发动机叶片是飞机发动机中的重要部件，直接影响着发动机的性能和效率。
随着航空业的不断发展和飞机的不断更新换代，航空发动机叶片的关键技术也在不断发展和完善。
本文将对航空发动机叶片关键技术的发展现状进行分析。
一、材料技术的发展航空发动机叶片的材料一直是制约其性能和寿命的关键因素。
随着材料技术的不断发展，新型材料的应用为航空发动机叶片的性能提升提供了更大空间。
目前，高强度、高温耐久性和抗疲劳性能极强的镍基、钛基、铝基高温合金已经成为航空发动机叶片的主流材料。
复合材料在航空发动机叶片中的应用也逐渐增加，其轻质、高强度和耐腐蚀性能使得航空发动机叶片在提高性能的同时减轻了重量。
二、设计优化技术的应用现代航空发动机叶片的设计优化技术已经实现了从传统的基于经验的造型设计向基于计算机辅助设计、计算流体力学模拟和多目标优化的智能化设计方法的转变。
通过结构和流体力学的综合优化设计，可以使得叶片的气动性能、强度和动力性能得到进一步提高，大大提高了航空发动机叶片的效率和使用寿命。
三、制造技术的进步航空发动机叶片的制造技术一直是航空业的重点研究领域之一。
随着3D 打印、精密铸造、精密锻造等新型制造技术的应用，航空发动机叶片的制造工艺得到了全面提升。
这些新型制造技术使得叶片的内部结构更加复杂，表面更加光滑，同时也提高了叶片的精密度和一致性。
由于新型制造技术可以在更短的时间内完成生产，使得航空发动机叶片的制造周期大大缩短，有利于提高产能和降低成本。
四、动态性能的研究航空发动机叶片在使用过程中会受到复杂的动载荷，如高速旋转、受热冷、气动载荷等，因此对叶片的动态性能研究非常重要。
目前，国内外对航空发动机叶片的动态性能研究已经取得了重要进展，包括模态分析、疲劳寿命预测、冲击响应等方面。
这些研究成果为提高航空发动机叶片的可靠性和寿命提供了重要的技术支持。
五、智能化监测技术的应用航空发动机叶片的状态监测一直是航空业的研究热点之一。
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合材料的加工机理，解决好切削过程 压气叶片的一个重要关注点在于如
中的刀具摩擦磨损及热积累问题，实 何高效率地实现高精度、高表面完整
现高表面完整性和精度的加工，一直 性的叶片加工（图 5）。近年来西方
都是当前复合材料加工技术的一个 航空发动机企业为钛合金叶片的高
核心问题。近年来，国内外对树脂基 速高效加工研究提供了大力支持，产
材料、加工工艺提出了极高的要求。 成熟的是树脂基碳纤维增强复合材
因此，从基础制造科学的原理及其关 料（CFRP），已 经 在 通 用 电 气（GE）
键技术工艺方法抓起，掌握叶片特别 公 司 的 GEnx、GE9X，CFM 公 司 的
是承受较大动载的转子叶片的先进 LEAP，罗·罗（Rolls-Royce）公司的
能会导致发动机的效率降低 2%~4% 材 风 扇 叶 片 制 造 和 应 用 技 术 的 成
左右。此外，叶片高速旋转（高压级 熟，其技术及性能优势近年来也愈
在 10000r/min 以上）过程中的叶身 加突出。其中以用于波音 777 飞机
所受载荷非常大，为了降低损伤概 的 GE90 系 列（如 115B 等）发 动 机
率，对叶片的材料性能、结构强度、表 的 掠 形 大 流 量 宽 弦 复 材 风 扇 叶 片
面质量等要求非常苛刻。热端部分 最 具 代 表 性，并 经 过 了 十 多 年、高
的叶片，高速旋转时除了极高的载荷 达 3600 万 飞 行 小 时 的 实 际 应 用 考
外，还要承受高温的影响，对叶片的 验 [3]。复合材料风扇叶片目前较为
26 航空制造技术·2014 年第 20 期
进入 21 世纪后，新一代大型商 用飞机（如空客 A380 和波音 787 等） 从控制油耗、改进效率、降低噪声、提 高安全可靠性、削减研制生产成本等 多个方面对大推力大涵道比商用航 空发动机的综合性能提出了更高要 求，而这些要求最终都需要航空发动 机的先进制造技术来实现。航空发 动 机 被 誉 为“现 代 工 业 皇 冠 上 的 明 珠”，集当代先进制造技术的诸多前 沿于一身。从国际上商用发动机先 进制造技术的发展历程来看，深入探 索、大力研究、重点发展先进材料零 部件的加工制造技术，改善航空发动 机核心结构的机械物理性能、结构工 艺性、可加工性和可生产性，是掌握 现代航空发动机核心制造技术的必
金为主，在钛合金谱系中，Ti-6Al-4V 劳、微动磨损及应力腐蚀的能力。例
由于在耐热、强韧、耐腐蚀、抗疲劳及 如罗·罗公司就通过钕玻璃激光器产
可加工性方面具有较好的综合性能， 生 1000MW 峰值功率及百万磅 /sq.ft
应用的最为广泛，约占到了全部钛 （1sq.ft ≈ 929.03cm2）的 压 力 波，能
专稿
FEATURE
能的方法。
无余量成形叶片的 精密加工技术
近净成形（无余量精密锻、铸造
以 及 超 塑 成 形 等）工 艺 能 直 接 形 成
叶片的复杂曲面，取消了叶身表面的
材料去除环节，从而能改善叶身在高
温、高压及高速旋转条件下的耐疲劳
等机械 / 物理 / 材料性能，提高叶片
的抗疲劳强度和工作寿命，已成为当
相 比 于 20 世 纪 80~90 年 代 发 压罐固化预浸料法的工艺成本相对
较高，近年来通过对碳纤维三维编织 后再以专门开发的树脂传递模塑成 形（RTM）工艺制叶片 [4] 的方法获得 了较高的重视。比较典型的如 CFM 公 司 LEAP 发 动 机 的 风 扇 叶 片（仅 重 4.2kg），斯奈克玛公司（SNECMA） 在叶片制造中与 Albany Engineered Composites 公司合作发展了一种碳 纤维三维编织技术，比起传统的二维 复 合 材 料 编 织，它 可 以 在 多 个 方 向 ( 以及局部区域 ) 上显著增强零件的 强度；总长达数英里的碳纤维经过 三维编织机编织后，再用水刀切削为 精确的纤维预成形体，然后在 RTM 模具中注射树脂并进行热压固化，从 而实现叶形毛坯件的成形（图 2、3）。 这个叶片成型过程需要 24h 完成，此 后再进行钛合金包边等并完成 LEAP 风扇叶片的最终加工和安装 [5]。除 了树脂基复合材料外，轻金属基 / 陶 瓷 基 复 合 材 料（M M C）风 扇 叶 片 的 研发也一直在深入开展，与 CFRP 叶 片相比，MMC 制作的叶片具有更好 的比强度与比刚度，耐冲击（冰雹、鸟 撞 等 外 物 打 伤）和 抗 冲 蚀（沙 子、雨 水等）能力也要更强 [6]。例如，通用 电气公司在 F136 发动机上的技术 验证表明 [7]，SiC 颗粒增强复合材料 制作的低压涡轮叶片比以前的镍基 合 金 叶 片 大 幅 减 重，同 时 耐 高 温 性 好，减少了对冷却气体的使用，从而 显著改善发动机的推力和使用效率。 普惠公司（Pratt &Whitney）也曾为 PW4084 发动机进行了基于碳化硅 连续纤维增强钛基复合材料（TMC） 的风扇叶片研究和试验工作 [8]，采用 超塑成形 / 扩散连接工艺来制造空 心叶片，其重量轻、刚性好、耐撞击破 坏强度高，可使发动机的风扇级进一 步减重。纤维增强钛基复合材料的 综合性能，如强度、高温性能等都比 较好，因此在发动机上多种类型的零 件 都 有 较 好 的 应 用 前 景。 不 过，在 为单通道飞机（如 A320neo）开发最 新的 PW1217 发动机上，普惠公司与
大推力大涵道比商用航空发动 TTL 等公司专门为航空发动机的钛
机上常用的转子叶片以钛合金（压气 合金叶片开发了复杂三维型面高精
叶片）和高温合金（涡轮叶片）用量 度自适应切削技术及装备。如果再
较大。较为普遍的压气叶片多以 Ti- 辅以新发展的激光冲击喷丸（LSP）
6Al-4V 中等强度高损伤容限型钛合 强化技术，则能极大地增强零件抗疲
以新材料、新工艺为特色的高性能航空发动机叶片精 密高效加工技术，能够极大推进新型大涵道比商用航空发 动机的效率提升、寿命延长和可靠性增强。从新型叶片材 料的属性、加工方法及加工误差的形成原理等几个方面突 破高性能航空发动机叶片精密高效加工的技术难点，是当 前航空发动机叶片先进制造技术的重要发展趋势。
专稿 FEATURE
新一代商用航空发动机叶片的
先进加工技术
Advanced Machining Technology of New Generation Commercial Aeroengine Blade
清华大学机械工程系 西北工业大学机电工程学院 北京航空航天大学机械工程及自动化学院
王辉 吴宝海 李小强
合金应用的 75% 以上 [12]，自 20 世纪 在钛合金叶片表面形成 1.0mm 深的
五六十年代以来，国内外在其加工机 压应力层。应用高度集成的自动化
理研究、零件制造应用上的工作也比 生产系统也是提升叶片加工效率、降
较广泛。当前对 Ti-6Al-4V 中低压 低生产成本的一个关键途径。诸如
28 航空制造技术·2014 年第 20 期
复合材料及颗粒增强型金属基复合 生了大量的成果。其中一些研究也
材料的切削、磨削及非传统加工工艺 表明无粘结剂的微晶粒 CBN 刀具在
的实验研究和仿真分析等开展的比 钛合金高速切削时通过采用合适的
较多 [10-11]，解决了不少的工艺问题。 切削参数（如切削速度约 400m/min，
但纤维增强特别是长纤维增强型金 进给速度约 0.01mm/r）可实现较高
理的残余应力等影响表面完整性的
情况对切削条件（如加工参数、切削
液等参数）非常敏感，切削速度的不
同会显著影响零件表面的疲劳强度。
当前对钛合金精密高效加工中的另
一个关注点是复杂曲面在多轴加工
中的精度问题。在过去几十年欧美
国家就自由曲面加工过程中刀具的
展成运动形成的拟合曲面与理想加
工曲面之间的误差产生机理及其补
偿方法做了大量的技术研究，这些成
10μm
果与多轴机床的数控加工系统相集 成，成 就 了 他 们 在 先 进 的 自 由 曲 面
图4 SiC颗粒增强复合材料中的颗粒相
多轴加工机床甚至叶片加工专用机
钛合金叶片的加工技术
床（如意大利 C.B. Ferrari 公司等）上 的领先地位。在欧洲，例如 Starrag/
属基复合材料的加工技术难度非常 的刀具寿命 [13]，这可能预示着钛合
大，近年来的一些探索性研究都集中 金高速高效加工的一个方向。不过
在非传统切削方式的尝试上，还有待更广泛的研究。
工中存在一些难点，例如，钛合金零
件的表面加工质量在高速加工过程
中很难保障，表面氧化、烧伤及不合
专稿
FEATURE
风扇
低压压气机
燃烧室
高压压气机
转子
高压涡轮 低压涡轮
图1 商用大涵道航空发动机及其典型的精密制造叶片
大要么会导致零件的摩擦乃至损坏， 展起来的基于超塑成形 / 扩散连接
要么不得不加大径向间隙，严重影响 （SPF/DB）技术制造的钛合金宽弦
性能，例如 1.3~1.5mm 的径向间隙可 空心风扇叶片，随着大尺度宽弦复
王辉 清华大学机械工程系制造工程研
究所副教授，工学博士。主要从事精 密机械加工及装配技术、计算机辅助 制造技术等领域的研究与教学工作。 在国内外学术期刊发表学术研究论 文约 30 篇，申报技术发明专利 6 项。 2013 年获得英国 E m e r a l d 出版集团 颁发的杰出贡献奖（2013 Awards for Excellence/ Outstanding Reviewer）。 2014 年主持研发的航空发动机叶片 自 适 应 保 形 加 工 技 术 及 装 备 在“第 十二届中国国际机床工具展览会 （CIMES2014）”上展出。
尽管复合材料叶片通常采用了 近净成形方法，但是在制造过程中及 一些关键部位，精密加工还是不可少 的。而复合材料的切削特性和普通 的金属材料有着巨大的差别。例如， 复合材料的内部微结构存在着比较 复杂的组分及相，相对于基体材料， 纤维或者颗粒增强体一般硬脆性高、 加工性很差（图 4），通常加工复合材 料时刀具磨损较快，有时候也会导致 纤维和基体结合面上发生纤维拉出、 脱开等损坏。因此，研究轻质高强复