航空发动机零部件精密制造技术

2024年3月28日发(作者：爱让我成长)

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航空发动机零部件精密制造技术

作者：刘岩

来源：《E动时尚·科学工程技术》2019年第02期

摘 要：航空发动机是飞机的动力之源，同时也是一个国家制造水平、军事实力的综合体

现。随着科学技术的不断进步，航空发动机向着超高速、大推力、长航时的方向发展，世界各

国都先后投入了大量的资金用于研制新一代高性能航空发动机。新一代的航空发动机为了获得

较强的工作性能采用了大量新材料和复杂的结构设计从，而对航空发动机的加工制造带来了大

的困难。

关键词：航空发动机；制造技术

引言

航空制造集聚了大量的高新制造技术，其制造过程对制造设备、工艺、执业人员素质等要

求极高；航空发动机被誉为飞机的“心脏”，是研发制造难度最大最顶级的现代工业造物，其制

造技术的进步对航空制造乃至整个制造业的发展起着决定性的作用。航空发动机的设计研发难

度极大，在保证人力及资本投入的情况下，一个型号的发动机从开始研发到技术成熟大概需要

三十年的时间，为此，美国将航空发动机技术定义为“一个高技术要求、高准入门槛的领域，

它需要以国家的力量充分扶持，需要长时间的技术积累以及巨大的资本投入”。目前，几大航

空强国都将航空发动机产业归为核心技术产业，对内在新一代航空发动机研制方面投入了大量

的资金和人力，规划并实施了一系列技术研发计划，如“综合高性能涡轮发动机技术计划

（IHPTET）”、“先进战术战斗机发动机设计计划（ATFE）”、英法合作军用发动机技术计划

（AMET）及ADVENT计划等，以此来推进航空发动机的升级换代；并对外实行技术封锁。

我国目前的航空发动机技术与世界先进水平差距较大，为解决目前国内航空产业“外国心”的问

题，国家新成立了“两机专项”，对航空发动机的研制投入大笔资金用于技术攻关、人才培养以

及产业链的形成。

1 航空发动机加工制造工艺特点分析

先进航空发动机通过对材料和发动机的结构进行合理化的布局使得航空发动机能够获得良

好的性能，但是其所采用的高性能材料和复杂的结构也为航空发动机的制造带来困难。现今航

空发动机的加工制造呈现出以下特点：（1）材料硬度高、去除率多，航空发动机的核心转子

部件为了满足高温、高转速的恶劣工况多采用的是钛合金、高温合金等高硬度和高耐热性的材

料，上述材料在切削加工的过程中具有不易加工且对加工的刀具磨损较大的特点，加之现今为

了提高零部件的结构强度多采用的是整体性的加工方式，一些核心部件（如转子、叶轮）等其

去除率最高达到近9成左右，加工难度极大。因此，如何在确保航空发动机加工质量的前提下

提高航空发动机的加工制造效率是航空制造企业现今乃至今后一段时间研究的重点。（2）在

航空发动机的设计中为提高航空发动机的性能在航空发动机零部件的设计过程中多采用的是复

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杂曲面和高结构效率的整体性结构，此类结构件在加工制造中普通的三轴设备无法对其进行加

工多需要使用4轴、5轴设备来对其进行加工。（3）航空发动机的制造精度要求较高，在对

航空发动机的加工制造过程中，对于工件的几何精度、形位精度等都有着严格的要求，从而为

航空发动机的加工制造提出了新的挑战。

2 航空发动机零部件精密制造技术

2.1 精密制坯技术

航空发动机设计时应用了大量复杂结构件、各种新材料，其零件的制坯方法也在不断的更

新进步。“近净成形”是先进精密毛坯制造技术的发展方向。“近净成形”指零件毛坯制成之后，

不再冷加工或者少量冷加工之后，就可用作最终使用零件的毛坯成形技术。它建立在材料、制

造等多学科融合基础之上，使原有的粗糙毛坯成形发展为高精度、高效率、轻量化、低成本的

成形技术。“近净成形”的毛坯具有较为准确的轮廓尺寸和较好的表面质量，可以很大程度上减

少后期冷加工造成的材料浪费，节省制造成本。“近净成形”毛坯将取代传统的大余量毛坯。航

空发动机制造中应用的精密制坯技术主要有精密铸造、锻压和粉末冶金等技术。

2.2 绿色切削技术

绿色切削技术主要指在加工过程中回收或者降解切削产生的废气、废液和废渣，达到无公

害的环保要求，对生态大环境和加工小环境没有危害的切削技术。目前绿色切削主要针对的是

加工过程大量使用的冷却液问题，油基或水基冷却液在企业数控加工中大量使用以降低切削温

度，控制刀具磨损，减小刀具使用量。但是切削液的大量耗费增加了制造成本，会损害工人的

身体健康，同时更为严重的是废液的大量排放会造成环境污染。绿色切削技术的发展可有效解

决这个问题。目前，绿色制造得到了各个国家的重视，绿色切削作为绿色制造的关键技术之

一，近些年发展较快。准干式切削技术是最近发展起来的近无冷却液切削技术，可有效降低冷

却液使用量。准干式切削又称极微量润滑（MQL）技术，它是将极微量的切削油与压缩空气

混合并雾化后，喷射到刀具-工件啮合区，对切削部位进行有效的冷却。MQL技术在缩减冷却

液使用量的基础上可以有效降低切触区域的摩擦、减小切削热的生成，进而降低刀具磨损和保

证加工质量。

2.3 复合材料结构件制造技术

新一代高性能航空发动机设计指标不断提高，大推重比、低油耗、高可靠性是其普遍要

求。由于复合材料具有高的比强度、比刚度、服役温度以及好的抗疲劳性能等优点，其广泛应

用成为下一代航空发动机的主要特征。复合材料是由多种不同组织结构、不同物理化学性能的

材料组成多相材料（主要为基体相和增强相）。近年来，复合材料被广泛应用于航空发动机制

造中，应用较多的主要是金属基、陶瓷基以及碳基复合材料等。例如碳化硅连续纤维增强钛基

复合材料TiMMC叶环的应用，可使压气机的结构质量减轻70%；SiC基CMC构件也在F119

机型上进行了验证；国内西北工业大学研制成功的TiB2/Al复合材料叶片，其重量相当于空心

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率为33%的钛合金空心叶片，若进一步采用空心设计，其重量有望达到空心率为45%以上的

钛合金空心叶片，可有效减轻发动机重量，且任何损伤易于发现，并使成本下降30%以上。

3 结语

航空发动机是精密加工的集大成之作，尤其是现今先进发动机中大量高新性能材料的应用

和复杂的型面、型腔结构更为航空发动机的加工制造带来了不小的困难。本文对航空发动机关

键制造技术进行了分析阐述。

参考文献

[1]涂冰怡，赵明，商体松.航空发动机先进结构与关键制造技术[J].航空制造技术，2014，

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[2]王辉，周明星，吴宝海.航空發动机先进材料高性能零部件制造技术进展[J].航空制造技

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