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航空发动机刀具切削加工现状与发展

2009-11-18  来源:沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司  作者: 庞继有

  10多年来,国内航空发动机制造企业通过型号技改、转包生产等方式引进了大批先进技术和工艺设备。随着航空材料科学的不断进步,新型航空难加工材料不断涌现及材料性能的不断提高,机械加工变得越来越困难。过去由于没有很好地应用高效和高性能的切削刀具,使这些先进的制造技术得不到充分应用。

  为了提高航空动力机械切削加工的生产效率,促进航空发动机整体制造技术提升,增强市场竞争力,近年来,国内航空发动机制造企业非常重视先进切削刀具的推广与应用工作,并逐渐认识到可转位刀具及高效、高性能切削刀具与传统刀具相比,有明显的优越性。推广可转位刀具及高效、高性能切削刀具,是形势发展的需要,势在必行,是解决航空发动机生产效率由半停滞状态取得突破性和长足发展的有效途径。

  航空发动机切削加工技术的需求及发展趋势

  1 技术需求

  (1)先进航空发动机的叶片、盘轴、机匣等主要结构件,大量采用新型超高强耐高温合金、单晶合金、金属间化合物及轻质高强复合材料,这给机械切削加工增加了更大的难度,对切削技术提出了更高的要求。

  (2)航空发动机低成本制造目标,对发动机研制成本高、周期长提出了严峻的挑战,而切削效率与切削刀具使用成本之间的矛盾,一直影响着航空发动机的研制成本和进度。这对经济性切削技术提出了新的研究课题。

  (3)先进航空发动机增长可靠性设计技术,对关键零件的表面完整性提出了新的技术要求。

  2 发展趋势

  (1)金属切削刀具作为数控机床必不可少的配套工艺装备,在数控加工技术的带动下,进入了“数控刀具”的发展阶段,显示出“三高一专”(即高效率、高精度、高可靠性和专用化)的特点。高度数控化、高效切削加工技术的关键是一系列高效刀具材料的合理应用及其对应的实用切削参数优化的技术问题。

  (2)以高速切削为代表的干切削、硬切削等新的切削工艺已经显示出很多优点和强大的生命力,成为航空发动机制造技术提高加工效率和质量、降低成本的主要途径。航空难加工材料切削加工的主要矛盾已从是否能够切削加工转向如何高效率、低成本地进行加工。

  (3)航空发动机每一种新产品的开发都意味着零件功能、结构、材料的重大变更,也会对切削加工提出各种新的开发任务。

  国内航空发动机刀具切削加工现状与差距

  1 现状

  (1)冷加工设备满足了三代机批产的需求,特别是某些生产线的设备配备已与国外先进企业发动机生产线所选用设备基本一致,在技术及生产能力上完全能够满足三代机批产及四代机研制所需。基本掌握了航空零件难加工材料的切削加工特性、特殊结构零件的机械加工工艺及特种加工工艺技术。

  (2)在推广高性能可转位刀具、新型刀具研制、振动切削、新型航空难加工材料切削技术研究方面取得了一定成果,积极适应了先进航空发动机的研制要求。

  (3)先进刀具采购量呈逐年上升趋势,平均每年以18%的复合增长速度在提升。如某航空发动机厂2003年外购刀具总量只有3.8千万元,而到了2008年外购刀具总量超过1亿元。其主要原因是型号任务不断增加,导致机械加工量增长,同时随着数控设备数量的增加,外购刀具采购的数量也在逐年加大。但相对中国金属加工在线版权所有来讲,外购刀具占总产值的比例并没有明显增加,在2%~3%之间波动。按各种刀具采购费用占采购总费用额度比例计算,刀具消耗额度依次是:铣刀43%、车刀27%、钻头(包括铰刀、扩孔钻)13%、镗刀7%、螺纹刀具4%、齿轮刀具3%、其他刀具3%.

  近年来,外购刀具主要以进口刀具为主,国产刀具采购量始终处于较低水平,刀具国产化率总体呈逐年下降趋势。其原因主要是国产刀具和进口刀具质量水平差距较大,国产刀具高端产品质量不够稳定;很多关键件、重要件等难加工材料零件只中国金属加工在线版权所有有进口刀具才能满足加工质量要求;某些情况下,国产刀具性价比还要低于进口刀具。另外,因试验条件有限,无法进行系统试验验证刀具性能。

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