據國內媒體報道,某機床創新研究院在航空發動機葉片生產上實現突破,他們與當地一家機床公司合作成功研制出了4軸聯動和5軸聯動的4陣列葉片磨削拋光機床各1臺(tai),1次能夠同時加工出4枚(mei)葉(xie)片(pian),加工效率和精度(du)遠高(gao)于進口機床,性能居(ju)國際(ji)先(xian)進水平,解決了復(fu)雜型面葉(xie)片(pian)加工困難(nan)這(zhe)一世(shi)界(jie)難(nan)題。
隨著我國(guo)航空工業(ye)的(de)(de)(de)迅速發展,高性能(neng)航空發動機(ji)、燃汽輪機(ji)等設備(bei)的(de)(de)(de)生產數量急劇增(zeng)加(jia)。作為這些設備(bei)的(de)(de)(de)關(guan)鍵部件,航空發動機(ji)葉片(pian)(pian)、燃汽輪機(ji)葉片(pian)(pian)的(de)(de)(de)國(guo)內需求量也(ye)隨之(zhi)成倍增(zeng)加(jia)。可以說葉片(pian)(pian)的(de)(de)(de)加(jia)工質量對整機(ji)性能(neng)與壽命有著舉足輕重(zhong)的(de)(de)(de)影響。
由于葉片長期處于高溫、高壓等惡劣的工作環境下,且承受離心力、水或汽的交變應力作用,為保證葉片的使用可靠性和工作壽命,均采用高硬度、高強度材料制成。特別是新一代航空發動機葉片為滿足性能要求,不但對復雜曲面外形加工精度要求極其苛刻,而且對表面粗糙度也有很高要求。
一(yi)般的(de)(de)航(hang)空發動機(ji)葉(xie)片的(de)(de)加工程序(xu)為:葉(xie)片在(zai)高溫鑄造(zao)成型后,經高精度(du)數控銑(xian)削機(ji)床獲得所(suo)需的(de)(de)表面形狀和尺寸,再經過砂帶打磨、布輪拋光相結合(he)的(de)(de)精整加工工序(xu)去(qu)除表面殘留的(de)(de)刀痕,修(xiu)正表面的(de)(de)形狀精度(du),降低表面粗糙度(du)。由于專用機(ji)床的(de)(de)欠缺,某些大(da)型、關鍵、復(fu)雜葉(xie)片的(de)(de)精整加工等后續工作(zuo)目前仍主要依靠技術工人的(de)(de)手工操作(zuo)來(lai)完(wan)成。
手工(gong)(gong)拋(pao)磨不(bu)僅加工(gong)(gong)效(xiao)率低、加工(gong)(gong)精度難以保證,危害工(gong)(gong)人身(shen)體健康(kang),更關(guan)鍵的是(shi),手工(gong)(gong)拋(pao)光質(zhi)量(liang)對工(gong)(gong)人素(su)質(zhi)要求極高(gao),在目前高(gao)技能(neng)工(gong)(gong)人數量(liang)嚴(yan)重不(bu)足(zu)的情(qing)況下,葉片生產(chan)生產(chan)時間較長(chang),成本(ben)居高(gao)不(bu)下,不(bu)能(neng)滿足(zu)低成本(ben),大批量(liang)生產(chan)航空發動機葉片的迫切(qie)需(xu)求。
中國是當今世界超硬材料生產的超級大國,世界上最硬的人造金剛石產(chan)量(liang)(liang)2016年產(chan)量(liang)(liang)達136億克(ke)拉,占世(shi)界(jie)總產(chan)量(liang)(liang)的(de)(de)(de)90%,世(shi)界(jie)第二硬(ying)的(de)(de)(de)立(li)方(fang)氮化(hua)硼(但耐高溫性(xing)和化(hua)學穩(wen)定性(xing)遠高于人(ren)造(zao)金(jin)剛石(shi))2017年產(chan)量(liang)(liang)約(yue)5.5億克(ke)拉,約(yue)占世(shi)界(jie)總產(chan)量(liang)(liang)的(de)(de)(de)70%。利用人(ren)造(zao)金(jin)剛石(shi)超硬(ying)的(de)(de)(de)力(li)學性(xing)能,磨削拋光難加工材料,如:硬(ying)質合金(jin)、寶石(shi)、陶瓷、鈦(tai)合金(jin)等(deng),已經證明具有(you)獨(du)特的(de)(de)(de)優勢。
由于國產超硬材料行業目前已廣泛應用我國獨創的六面頂壓機技術來大量生產人造金剛石,其售價低廉的讓人不敢相信。有資料稱國內1克拉人造金剛石售價僅為0.3元。同時隨著我國多軸數控精密機床技術的迅速突破,使得超硬磨料磨具數控加工復雜型面葉片成為可能。由于國產高性能超硬材料具有高性能、高壽命、高性價比等特點,而國產五軸數控機床的價格又僅為進口設備的1/3 以下,將兩者有機結合的葉片超硬磨料數控磨削成型及拋光加工技術不失為一條先進、合理的生產技術路線。
某地區在低成本數控機床生產方面具有國內領先優勢,某航則依靠其在機床結構設計、分析方面的優勢對數控磨削加工機床結構和傳動系統進行了大量的改進設計,結合北航自主研制的矩形陣列轉臺和擺頭,成功研制出了4軸聯動和5軸聯動的4陣列葉片磨削拋光機床各1臺,可1次能夠同時加工出4枚葉片,其精加工效率和速度已經明顯高于數控銑削加工的效率,同時加工精度遠高于目前采用價值6、7百萬元進口數控銑床所加工出的葉片的精度,測量結果表明4片陣列加工的葉片形位精度一致性極好,僅為設計公差的10%。
在下一步研發計劃中,正在開發同時加工100枚葉片的百軸數控磨削加工機床,將進一步拉開與數控銑削加工相比的成本優勢,與有望將葉片等零件的機床、用地、人員等費用降低到目前的10%以下。同時,為代替葉片拋光工人的繁重勞動,棗莊北航機床創新研究院還開發出了多種8-10軸葉片、葉輪數控拋光機床,復雜曲面的葉片經該拋光機床拋光后,已完全看不出加工痕跡,基本接近鏡面,完全可以用新型磨削拋光技術代替人工拋光生產線。