整体叶盘制造工艺技术综述.doc

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1、整体叶盘制造工艺技术综述西北工业大学史耀耀段继豪张军锋董婷随着整体叶盘在航空发动机上的广泛应用，未来高推重比、涵道比发动机使整体叶盘结构更加复杂，优异的SiC或C/C复合材料等在整体叶盘上的应用，对整体叶盘制造技术提出了更高的挑战，各国都投入大量的人力、物力对整体叶盘制造技术进行研究，寻求低成本、低污染、高效率、高质量的复合制造技术，以满足航空发动机对整体叶盘的需求。整体叶盘是为了满足高性能航空发动机而设计的新型结构件，结构模型如图1所示，其将发动机转子叶片和轮盘形成一体，省去了传统连接中的樺头、橈槽及锁紧装置等，减少结构重量及零件数量，避免桦头气流损失，提高气动效

2、率，使发动机结构大为简化，现己在各国军用和民用航空发动机上得到广泛应用，如EJ200、F119>F414等军用发动机，法国SNECMA公司生产的P.A.T验证核心机以及美国P&W公司生产的基准发动机等民用大流量比发动机。与整体叶盘诸多优点相对应，其制造工艺技术面临着非常严峻的挑战。由于其结构复杂，通道开敞性差，史耀耀西北工业大学机电学院教授、博士生导师。主要从事机电控制及自动化、专用数控工艺装备、高速高效数控加工、加工表面光整技术等方面的研究工作。主持和参加各类科研项冃20余项，发表学术论文30余篇，获国家发明专利3项，获国家、省部级奖励5项，入选“2006

3、年度中国高等学校十大科技进展”。图1整体叶盘结构件26航空制造技术•2012年第3期加工精度要求高，叶片型面为空间自由曲面，导致对其制造技术要求极近年来，国内对航空发动机整体叶盘制造技术的研究达到一定高度，的近成形制坯技术主要包括：精密锻造技术、精密铸造技术、电子束焊高,而且其工作条件多为高温、高压、已实现整体叶盘的完整制造，通过高转速、气流交变等恶劣环境中，故对整体叶盘结构及制造工艺需求分整体叶盘广泛采用钛合金、高温合金析，国内采用复合制造工艺，主耍划等高性能金属材料和钛基、钛铝化合分为：近成形毛坯制造、精确成形加物等先进复合材料，材料的可加工性工、表面抛光、表面

4、处理等过程，每个差，也使整体叶盘的综合制造工艺技工艺阶段又划出多种工艺技术,诸多术成为世界性难题。工艺技术经过复合形成各种不同的整体叶盘制造技术整体叶盘制造工艺流程⑵，同时，其中一些技术国内尚处于研究发展阶目前国外整体叶盘制造技术主段，其工艺流程及关键技术如图2所要有：焊接工艺技术、铳削加工技示。术、精锻制造技术、电解加工技术等，釆用的工艺流程为：精密锻造+数近成形制坯技术控加工；精密焊接+数控加工；高温整体叶盘精密制坯技术正在向合金精铸毛坯+热等静压处理。其近成形方向发展，近成形技术己成为制造工艺技术的主要应用如表1所材料加工领域的一项重要技术，具冇示⑴。美、英、

5、俄等发达国家在整体成本低、操作灵活及进入市场周期短叶盘制造领域处于领先地位，且其具等特点，解决整体叶盘制造中的关键有先进的铳削装备、焊接工艺装备制造技术，从而提高生产效率,实现等。节材、节能目标。在整体叶盘制造中表1国外幣体叶盘制造技术图2整体叶盘制造工艺流程及关键技术接技术、线性摩擦焊接技术等。1精密锻造技术目前，整体叶盘多采用精密锻造工艺作为制坯手段，该技术不仅可以节省贵重金属材料，减少难加工材料的机械加工量，而且提高整体叶盘的疲劳强度和使用寿命。现代精密锻造技术在整体叶盘近成形过程屮，对整体叶盘锻件进行精密设计，叶片和轮盘部分留冇较小的余量，既要保证足够的变形

6、量，又耍保证叶片的成形。等温锻造技术与超塑等温模锻技术的应用为高温合金和钛合金压气机盘的制坯过程提供了保证，获得优异的组织和力学性能。美国GE公司应用等温锻造技术制造出带叶片的压气机幣体叶盘转子⑴，材料利用率提高4倍。精密锻造零件的尺寸精度可以达到0.1-0.25mm,表面粗糙度达到0.4J.6Um0国内宝山钢铁股份有限公司对钛合金整体叶盘等温锻造技术进行了深入研究，并对锻件图的简化、精化、模具、成形等进行设计，对钛合金整体叶盘进行成形试验，锻压结果显示，锻件各部位未发生折叠及其他缺陷，成形良好［3］。2精密铸造技术由于精密铸造工艺及铸造数值模拟软件技术的新发展，特

7、别是金属材料定向凝固和热等静压理论的深入研究，在改善铸造合金组织和性能、预测铸造尺寸变形、铸造缺陷、优化铸造工艺方面发挥越來越大的作用，不仅使得铸造合金组织和性能得到大大改善，也解决了叶片表面疲劳裂纹沿垂直于叶片主应力方向的晶粒边界发生的问题，提高了叶片抗疲劳特性、减少表面裂纹。20世纪70年代，美国广泛开展具有定向叶片和等轴细晶轮毂的整体叶盘铸造工艺研究，成功实现基于Mar2M247>CM681定向合金材料的双2012年第3期•航空制造技术27性能整体叶盘铸造技术，即整体叶盘的叶片为定向柱晶，轮盘为等轴晶⑷。我国航空材料研究院对整体叶盘的精密铸造技术进行了深入