航空发动机制造业,是一个先进国家制造业的典型代表。它集飞机制造业的设计、工艺、材质、工艺、品质管理等领域的高、精、尖科技于一身,具备了承载负荷大、构造形式复杂、产品数量品种多、生产精度高、对品质要求严格、加工难度大等特征。复合加工技术重点解决的问题:特殊构件和复杂构件的加工、难以加工物料和脆硬物料的加工。复合工艺的主要特征,是综合运用机器、光学、化工、电能、磁性流体和声波等各种力量进行综合加工,在改善机械加工效果和制造效能的同时,又兼顾了机械加工精确度、工艺表面质量和工具损耗等,具备常规单一机械加工技术无可比拟的优势"。
一、航空发动机零件加工特点
发动机零件的复合加工,是一项综合性很强的加工工艺。目前,比较完善的加工方法主要有超声波切削、磁力研磨、超声磨料加工和电子火花放电铣等。复合加工方法可以大幅地缩短了零件加工周期和降低了在制造库存量,更有力地保证了在零库存的准时制造的实现,同时可以大大减少工件安装次数、降低了安装质量误差,还能够极大地提高加工精度和稳定性,进而达到了航天发动机的高度安全、可靠性和长寿命。
传统机器设备方式的多步骤重复加工在航空车辆引擎制造中,传统机器设备方式的多步骤重复加工是以传统工艺集成原理为基石的结合工艺方法手段。这种综合工艺技术指于综合加工制造机械设备上实现的车、铣、钻、镗等各种工艺技术要求。综合加工制造机械设备最明显的优点是将工件工序集成,能够一次装夹和完成几个作业工位的综合机械制造产品,而由于操作工位集中又能够满足不同工艺技术面间的相互控制精度要求,使工作位体积和作业数量都大大地缩小,同时工作方法和生产结构也得到了优化。但目前,通航行业的常规装置已逐渐被工位集中的柔性自动装置所取代。现代的先进综合生产机械还能够进一步实现切削工艺复合式的技术开发,如在磨削中心上加装有旋转刀片的铣削机能,在加工中心装设有车削用量机能等,以进一步提高综合生产机械的复合式技术。在对于各类先进综合机械生产技术方法的运用中,车铣组合工艺技术已经是目前发展的比较完善的一种方法。车铣综合加工中心,实际等同于由所提供的切削刃具系统、切削刃具夹紧系统所支持的工艺技术方法,以及备选刃具系统所构成的综合系统。车铣综合工艺技术中心既可以完成切削功能,也可以完成刨、钻、镗、攻丝、铰制器具等制作功能。机械设备的售价通常较为高昂,从理论上讲车铣复合加工中心能够有效地改善质量和制造效果,不过在实际运用中,要想发挥综合工艺装置的功能还应做好对技师开展工艺程序编写和培训掌握有关专业知识等基础训练工作。
二、典型制作过程的航空引擎及轴类零组件制作过程设计
航空发动机零部件一般都是在高温、高压、高流速的恶劣自然环境下工作。而每一种新型产品的研制过程,都意味零部分功能、结构、材质等上的重大变化。航空发动机中普遍采用高度轻量化、整合度高的结构材质,如整体叶盘、叶环构造等。而在航空发动机零部件中,大量采用的新型超高硬度常温稳定复合材料、单结晶复合材料、金属间复合材料和轻质高强度复合材料等,给金属材料切割工艺增加了更大难度,对机械加工制造技术水平也提出了更高的要求。
2.1轴承结构与特点
在航空发动机中,主滚动轴承一般使用这样的一类形式:单短圆锥滚子型和双零点短五内圈角接触球型。在这里,前者有很大的加工精度,对延长滚动轴承使用寿命有利;同外圈之间也存在着一定的相对轴向位移,可以合理弥补由于内部温度变化所产生的热膨胀差;而后者也可以承受较大载荷,同时也可以承受一些相对径向上的较小载荷。主要包括三点和四点接触二类,三点接触的轴流式游隙比较大,在非载荷零点五内圈上就会形成附加接触,所以有着良好的高速度特点。而四点接触的轴流式游隙则较小,同时轴流式窜动也能够达到最小,所以拥有较大的摩擦发热量,但是高速度特点也相对不足。
2.2轴承可靠性
(1)根据拟数力量学理论和有限元方法,构建了轴承的结构模型,对轴承各种装载量实际分担的状况和特性展开深入研究,并剖析了各结构技术参数及其对承载设计参数所产生的影响因素,包括轴承种类最大转速、交流时最大强度值、接触角大小和形状等情况。这二个方法,所得到的结论和通过试验所得到的结论大体相同,但各具优点,对于有限元法,它具备更多的计算准确性,而对于拟动力学法,则具有更多的计算有效性。
(2)基于弹流轴承的基本理论知识,对轴承油墨厚薄以及刚性与其特点进行剖析,从而了解各部分负荷工作参数所产生的直接影响原因以及规律性。对油膜刚性和接触力度加以综合考虑,可以通过推论得到了轴承类型本身综合硬度值,从而得出了等效刚度这个概念,及其对应的计算结果。
(3)根据热接触理论和轴承运动学基本原理,对轴承的轴承力进行基础理论推演,形成了一定的基础理论解析模式,并对波纹力和变刚性震动等的整体力量特性进行解析探究,从而了解他们的规律性。经试验研究结果表明,对非线性轴承力,也会产生一定程度的变刚性震动;确定了适当的径向应力、转速和阻尼,就可以有效减小非周期振动;而由于几何形状问题所形成的波纹度,是产生震荡的关键,因此必须引起重视,并控制波纹度,以进一步提高传动轴承工作可靠性。
2.3轴承润滑及冷却
2.3.1喷射润滑
关于喷水轴承种类,有许多各种工作方式,如多喷口轴承种类、单喷口轴承种类和双面单喷水轴承种类。经科学研究表明,如果将润滑油与保护架和内环引导面相对准,则轴承所的实际工作环境温度能够达到最低点。但必须注意的是,如果轴承类型的DN值很高,那么该种轴承类型方法的保护效率通常较差。
2.3.2喷管润滑
该轴承方法在轴承内部的轴封剂中也比较普遍。但由于在轴承内部轴承的内圈和外环都需要进行旋转,而无法设置喷头,所以这些轴承方法通常都是不合适的。虽然环下轴承也可以满足这些情况,但如对实际要求不满意,则需要把喷头对准与轴线保持平行的油管上。该轴承方法的轴封剂流动也比较困难,其透过力也亟待提高。但是其轴封与冷却往往并不完善,使得表层变为黑色,从而极大减低了轴封的坚硬。因此,必须从设计上予以注意:首先,合理加大浇注重量;然后,适当扩大直径,使内部表面保持光滑,从而增加了油路的热流动性;最后,选用了具有较高耐热性的合金材质。
综上所述,针对飞行发动机轴承来说,其动刚度和安全系数都是非常繁琐的问题,在实际工作中需要针对轴承所实际受力情形,做出科学正确合理快捷的分析测算,从而对轴承所在的运行可靠状态与动刚度做出综合评估,并最后采用完善的润滑和制冷措施来提高轴承所使用安全稳定性与保障系数。
参考文献：
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