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行業資訊

熊貓體育:航空航天行業最頂級的機械制造,發動機渦輪葉片的加工


熊貓體育:航空航天行業最頂級的機械制造,發動機渦輪葉片的加工(圖1)

在抗擊肺炎疫情的戰略運輸中,我國國產運-20大型運輸機---"胖妞",發揮了至關總要的作用!運-20是我國自主研制的大型噴氣式運輸機,y運-20的最大起飛重量220噸,載重超過66噸,最大時速大于每小時800公里,最大航程超過7800公里??稍趶碗s氣象條件下執行物資和戰斗人員長距離運輸任務。而-“胖妞"的成功更是體現的祖國的發展和強大,側面反映了我過機械制造業的巨大進步!

熊貓體育:航空航天行業最頂級的機械制造,發動機渦輪葉片的加工(圖2)

運-20剛剛起飛

航空發動機是飛機的“心臟”,是飛機最最核心的部件,航空發動機的制造成本占整架飛機機制造成本的35%左右,所以其重要性就不言而喻。而發動機中關鍵的部件當屬渦輪葉片了,單晶渦輪葉片是目前航空航天發動機所有零件中制造工序最多、周期最長、合格率最低、國外封鎖和壟斷最為嚴格的發動機零件。

熊貓體育:航空航天行業最頂級的機械制造,發動機渦輪葉片的加工(圖3)

航天渦輪發動機工作原理圖

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熊貓體育:航空航天行業最頂級的機械制造,發動機渦輪葉片的加工(圖4)

渦輪葉片

上面提到的這個小東西,就是我們今天要了解的渦輪葉片,他是發動機的關鍵部件,他的質量決定了整架飛機質量,那這個零件的加工生產到底難在哪里呢?

第一:葉片材料相當稀缺和昂貴,它是一種現代科技的產物。

世界各國在航空發動機上不斷追求高推重比,越來越高的溫度受力,使得之前普遍使用的變形高溫合金和鑄造高溫合金難以滿足其性能要求,因此,現代的渦輪葉片的材料要選擇的是耐高溫,強度高,材質無雜質裂隙的材料做成。通常材質為鈦合金,新型葉片材質還包括碳纖維復合材料,碳纖維復合材料葉片的前緣由鈦合金包邊,在吸入異物時最大程度地減少對葉片的損傷。


熊貓體育:航空航天行業最頂級的機械制造,發動機渦輪葉片的加工(圖5)

鈦合金葉片成品


第二:葉片材料難加工。

葉片是一類典型的自由曲面零件,加工這類零件時都有一個特點:薄,加工時易變形,并且材質為鈦,碳纖維等難加工合金材料或者符合材料,而且還要在內部開辟風冷通道,也就是說葉片要是空心的,這更增添了加工的困難度,對加工用刀具是巨大的挑戰。


熊貓體育:航空航天行業最頂級的機械制造,發動機渦輪葉片的加工(圖6)

葉片的特殊空心結構


第三:葉片的尺寸及加工精度高,需要專業的機床。

葉片形狀是一個多維度的自由曲面,加工不是二維銑個平面,打個孔這樣簡單的技術。葉片加工工藝的難點有以下3個方面:銑工藝圍帶,葉根加工,銑拉筋孔。而為滿足航空航天的標準要求,葉片加工機床必須能生產高質量的精加工葉片。例如Starrag/TTL等公司專門為航空發動機的鈦合金葉片開發了復雜三維型面高精度自適應切削技術及裝備。而這種加工葉片的專業機床長期被個別國家和企業壟斷,視為機密。

熊貓體育:航空航天行業最頂級的機械制造,發動機渦輪葉片的加工(圖7)

加工葉片的專業機床

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正在精加工葉片的機床


第四:合格率低的可憐。

每個航發都有很多葉片,一個圓盤上大概有30片,如果每個葉片的形狀和尺寸差那么一點點,在發動機高速運轉時是非常危險的,其過高的精度要求,甚至一個表面劃傷都是致命的!因為它運轉時的高受力,要求材質本身不能存在氣孔,氣泡,裂隙等缺陷,哪怕是微米級的缺陷!

所以說,整個渦輪葉片生產工藝非常繁復,也非常的艱難,成本異常的高,被稱為“工業皇冠上的鉆石”也不算太過分。運-20和殲-20的成功,證明了我國科學技術的進步,正在打破壟斷,積極創新,而工業科技技術的提高,讓國家在領跑世界的道路上越走越遠,越走越快!


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