航空發動機葉片製造是什麼加工工藝,葉片製造到底有多難?

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葉的加工


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,並且材質通常為不鏽鋼、蒙乃爾合金、INCONEL、鈦和鎳為基礎的難加工合金材料,更增添了加工的困難度,同時對加工工藝與加工用的刀具提出了更高的要求。

在葉片的加工中,葉片加工難點有以下3個方面:銑工藝圍帶處,葉根的加工,銑拉筋孔


還有一種加工方式是葉片和整體葉盤的整體式加工,這個視頻直觀學機械微信公眾號三個月前分享過,在此就不再展示了,有興趣的小夥伴可以點擊下面這張圖片收看。


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葉片檢測

對於飛機來說,發動機的正常運轉是最為重要的一條,而要保證發動機安全運轉,葉片的質量就必須通過嚴格的檢測!葉片檢測主要是尺寸和形狀檢測,以及裂紋檢測。


1)尺寸和形狀檢測

一個發動機上有很多葉片,每一個圓盤上大概有30多個葉片,如果葉片的形狀和尺寸不能夠保證,那麼該發動機高速運轉時是非常危險的。所以對於葉片的型面和幾何尺寸檢測也是非常重要的,但是就葉片的形狀來說常規測量方法很難進行測量,所以科學家研究出了一種三座標測量系統,通過建立測量數據來建立模型從而判斷葉片的型面和尺寸的差異。


2)裂紋檢測

裂紋是發動機機葉片最致命的缺陷。而航空發動機葉片的工作條件非常惡劣,致使葉片經常受到衝擊、摩擦,同時還忍受著高溫的灼燒和冷熱疲勞,葉片容易產生各種各樣的裂紋,如果不能及時發現並處理,會對飛機飛行安全帶來極大的威脅,所以採用有效的方法來發現葉片中的裂紋一直是科學家們追求的。


目前,常用檢測方法有CTI技術、TOFD技術、紅外技術、UT技術等。


鑄造工藝


“烏法發動機工業協會(JSC)”,這裡正在製造航空發動機的渦輪葉片。我們一起看看,這種工藝過程基本展示了全部的過程。


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這裡正在加工瓷土,將瓷土打碎,製作渦輪葉片的內芯。

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這是加工前的瓷土。

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工人正在將塑形後的瓷土模型逐個檢查修形,這些做好的瓷土模型將首先燒結成熔融石英陶瓷芯。

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渦輪噴氣式發動機需要中空的渦輪葉片,只有高質量的陶瓷芯是失蠟法鑄造的最好內芯材料,它能夠在澆鑄金屬時依然能夠保持穩定,在鑄件冷卻後有能通過化學工藝輕易溶解,在葉片中留下所需要的空氣通道。

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這是等待進行加工的瓷土模型,在外部包裹蜂蠟進行失蠟法鑄造,才能得到渦輪葉片。瓷土模型可以製作成橫截面非常小,而且在加工過程中變形小。

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在這裡工作的都是女性,細心而有耐心的女性才能勝任這裡單調乏味,又特別需要認真負責態度的工作。

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這些瓷土模型其實就是葉片中的空氣通道,在發動機運轉時,有空氣在其中通過,從而冷卻渦輪葉片保持工作穩定。

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工人正在準備澆鑄接口。

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這些接口將安裝二到四個葉片,這樣澆鑄熔融金屬時可以提高效率。

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工人正在給陶瓷芯包裹蜂蠟,蜂蠟的作用是在鑄造範摸中形成空腔。

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工人正在將蜂蠟葉片安裝到澆鑄接口上。

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已經包裹了陶瓷芯的蜂蠟葉片。

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粗壯的結構都是澆鑄時的金屬流道,葉片其實非常細小。

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將葉片進行最後加工,這樣熔融金屬就可以將空腔充滿,不會造成鑄造砂眼。

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加工好的鑄造模型。

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這裡有很多類似的模型,生產不同規格的渦輪葉片。

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下一步是將這些鑄造模型包裹瓷土,製作陶範。

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工人將鑄造模型安裝的一個旋轉機械上。

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用機械手在陶土液中旋轉,使其均勻包裹住模型的任何部位。

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這樣才能算合格。

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之後加入特殊風箱中,在外表噴淋瓷土,形成厚實的外殼。

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操作機械的工人。


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等待進行加工的鑄造模型。

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這是包裹陶土後的鑄造模型。

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這裡進行風乾。

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精密鑄造車間。


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鑄造模型在這裡進行澆鑄。

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首先要進行加溫,將鑄造模型外部包裹的瓷土燒成陶瓷範模。

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同時,將內部的蜂蠟排出,形成鑄造空腔。

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工人取出鑄造範模。

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然後這些範模將澆鑄特殊合金溶液。

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每種範模都要一種特別的熔爐進行加工。

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這是一種大型部件的範模生產。

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溫度非常高。

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最後,生產出的葉片還需要進行X光探傷。

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每個葉片都要進行多角度探傷,防止出現任何瑕疵。

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X光照片,可以看出葉片內部的空腔。

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工人正在對X光照片進行檢查。


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整個渦輪機片生產工藝非常繁複,完全超越了珠寶製造工藝,而這僅僅是“工業皇冠上的鑽石”――航空發動機製造的一小部分。


完整的葉片設計製造包括葉片結構設計,葉片強度設計,葉片材料設計,葉片製造工藝設計。葉片使用過程中的故障模式分析等。咱們今天展示的內容只是很少的一部分。


從航空發動機渦輪葉片的發展歷程來看,材料、工藝與設計一體化的趨勢越加明顯。發動機設計是由低水平向高水平發展,葉片材料設計也是如此,設計階段不同,設計要求不同,設計方法不同,採用的材料和製造工藝也不相同。

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