항공기 엔진 제조에 없어서는 안될 특수 가공 기술

개요 : 첨단 항공기 엔진의 고성능을 위해서는 많은 수의 전체 구조, 경량 구조, 고급 냉각 구조 및 복합 재료, 분말 야금 및 금속 간 화합물과 같은 새로운 재료를 채택 할 수있는 설계가 필요하며 이러한 구성 요소는 특수 가공으로 형성됩니다. 이 논문은 전기 스파크, 전기 분해, 레이저, 초음파 및 워터 제트와 같은 특수 가공 기술의 특성과 첨단 엔진의 새로운 응용 분야를 연구하고 특수 가공 기술의 장점과 첨단 엔진 개발에 대한 특수 효과를 설명합니다.

1. 항공 엔진 재료 및 기술적 특성

에어로 엔진은 고온, 고압 및 고속의 극한 조건에서 작동합니다. 동시에 경량, 낮은 연료 소비, 높은 신뢰성, 긴 수명 및 재사용이 필요합니다. 여러 분야를 혼합 한 고급 제품입니다. 그 특징은 핵심 기술의 축적입니다. 핵심 기술이 없다면 최신 첨단 엔진도 없을 것입니다. 현대의 첨단 항공기 엔진은 단위 추력, 추력 대 중량 비율, 초음속 순항, 추력 벡터 기능, 스텔스 성능, 높은 신뢰성, 긴 수명 및 우수한 유지 보수성에 대한 더 높은 성능 요구 사항을 가지고 있습니다. 재료 및 제조 기술에 대한 요구 사항이 더 엄격합니다. 가져옵니다 : 일반 합금에서 새로운 고온 내성, 경량 및 고강도 합금 적용에 이르기까지; 금속 재료에서 많은 수의 비금속 재료 및 복합 재료의 적용에 이르기까지; 기계 가공에서 특수 가공까지; 감소 된 재료 제조에서 정밀 성형 및 보강 재료 제조까지; 기하학적 형태 보장에서 표면 무결성 제어까지; 실험적 검증에서 시뮬레이션 검증까지; 단일 프로세스 연구에서 다중 프로세스 결합 법칙 연구까지; 디지털화, 자동화, 정보화에서 지능형 제조까지 기다리십시오.

고급 엔진 신소재와 복잡한 구조로 인해 부품 가공이 점점 더 어려워지고 일부 전통적인 기계 가공조차도 전혀 달성 할 수 없습니다. 특수 가공 기술은 일부 분야에서 대체 할 수없는 기술이되었으며 그 응용 분야는 점점 더 광범위 해져 기존 기계를 보완하고 있습니다. 불충분 한 처리. 현재, EDM, 전기 화학 처리, 레이저 처리, 전자빔 및 이온빔 처리와 같은 전통적인 특수 처리 기술은 항공 엔진 제조에 널리 사용되었습니다. 그러나 첨단 엔진 신소재와 신 구조의 출현으로 특수 가공 기술도 새로운 개발과 적용을 얻었다. Closed blisk의 다축 EDM 기술, blisk의 정밀 전기 화학 가공 기술, 세라믹 매트릭스 복합 재료의 초고속 레이저 가공 기술, 레이저 충격 강화 기술 및 고압 워터 제트 강화 기술 등 , 첨단 엔진을위한 신소재입니다. , 새로운 구조 부품의 개발과 표면 무결성 및 신뢰성 요구 사항의 개선이 점점 더 중요한 역할을했습니다.

2. 고급 엔진에 특수 가공 기술 적용

(1) EDM 기술은 가장 널리 사용되는 특수 처리 기술입니다. 그것은 와이어 EDM, EDM 성형, EDM 연삭, EDM 드릴링 및 EDM 표면 강화 등과 같은 항공 엔진 제조에 널리 사용됩니다.

최근에는 고급 엔진 성능이 향상됨에 따라 기존 EDM 기술의 적용이 제한되었습니다. 예를 들어, 새로운 엔진 터빈 블레이드는 단결정 블레이드를 사용하는 반면 EDM 드릴링 기술은 층, 미세 균열 및 열을 재용 해했습니다. 영향을받는 영역과 같은 결함은 단결정 블레이드의 공기막 구멍 처리에 사용되지 않습니다. 그림 1은 터빈 블레이드의 가스 막 구멍 EDM의 금속 조직 사진을 보여줍니다. 재용 해 층의 두께는 일반적으로 0.01 ～ 0.04mm입니다.

그러나 동시에 고급 엔진 블 리스크와 같은 새로운 구조 부품의 출현으로 EDM 기술의 개발 및 적용이 촉진되었습니다. 예를 들어 블 리스크 구조는 높은 처리 비용과 긴 사이클로 인해 CNC 고효율 방전 밀링을 개발했습니다. 예를 들어, 크라운이있는 폐쇄 형 블 리스크의 구조상 기계적 밀링을 실현하기 어려우며,이를 해결하기위한 5 축 연결 EDM 가공 기술의 개발, 가공 방법은 5 축 연결 EDM 가공, 그런 다음 연마 흐름 처리로 보완되어 처리 된 표면에서 재 용융 된 층을 제거하여 사용 요건을 충족합니다. 그림 2는 5 축 EDM으로 처리 된 크라운 형 블 리스크가있는 전극과 테스트 피스를 보여 주며, 그림 3은 연마 입자 흐름으로 처리 된 크라운 형 블 리스크를 보여줍니다.

(2) 전기 화학 가공은 특수 가공 대상 (예 : 가공하기 어려운 재료 또는 복잡한 형상, 작은 치수 및 극히 낮은 강성을 가진 부품), 특히 에어로 엔진 블레이드 및 케이싱과 같은 복잡한 프로파일 부품의 가공에 이점이 있습니다. 제조 분야가 널리 사용되어 생산 효율성을 크게 향상시키고 제조 비용을 절감합니다.

고급 에어로 엔진의 성능 설계 요구 사항으로 인해 압축기 블레이드 재료는 일반적으로 고급 니켈 기반 초합금 또는 티타늄 합금과 티타늄 알루미늄 합금 및 기타 신소재를 사용하고 굽힘 및 스윕과 같은 3 차원 디자인의 특수 블레이드 모양을 사용합니다. , 처리하기 어렵고 쉽습니다. 절삭력의 영향으로 변형되며 높은 정밀도가 필요합니다. 전통적인 기계 처리 및 전기 화학 처리는이 고정밀하고 복잡한 익형의 처리 요구 사항을 충족하기 어렵습니다. 정밀 전기 화학 가공 기술 (PECM)은 이러한 특수 가공 요건을 충족하기 위해 생산됩니다. 얇은 모양 및 작은 반경 블레이드 가공에 고유 한 장점을 발휘합니다. 가공 정확도는 0.03mm에 이르며 고급 항공기 엔진의 요구를 충족합니다. 수요.

정밀 전기 화학 가공은 또한 블 리스크의 많은 제조 방법 중에서 선호되는 방법 중 하나입니다. 거친 블 리스크에서 최종 블레이드 프로파일의 모양까지 전체 프로세스를 실현할 수 있습니다. 일반적으로 초기 성형과 최종 성형의 두 단계가 채택됩니다. 초기 성형은 재료의 대부분을 제거하기 위해 중첩 가공 방법을 채택하고 최종 성형은 프로파일 링 가공 방법을 채택하고 마지막으로 블레이드 프로파일 윤곽 정확도는 ≤0.06mm이며 고온 합금 재료의 표면 거칠기 Ra의 값 ≤0.2μm는 여유없이 전체 블 리스크의 정밀 제조를 실현할 수있어 수치 제어 밀링 및 수동 연마를 대체하여 생산 효율성을 몇 배로 높이고 제조 비용을 50 % 이상 줄일 수 있습니다.

(3) 전자 유압 빔에 의해 처리 된 구멍의 깊이 대 직경 비율은 150/1, 구멍 직경 범위는 0.13 ~ 1.5mm, 구멍 가공 정확도는 ± 0.025mm, 표면 거칠기 값은 Ra입니다.=1.6μm, 구멍의 입구와 출구는 자연스럽게 작은 R 둥근 모서리를 형성하며 날카로운 모서리가 없습니다. 전기 유압 빔에 의해 처리 된 작은 구멍은 그림 4에 나와 있습니다.

터빈 블레이드의 전자 유압식 빔 가공은 표면 무결성이 우수하고 재용 해 층, 미세 균열 및 열 영향 영역이 없으며 단결정 합금 가공시 재결정 화 위험이 없습니다. 따라서 첨단 엔진 단결정 블레이드 가스 막 냉각 홀 가공 공정이 선호되고있다.

(4) 레이저 가공 기술은 엔진 연소실 절단, 애프터 버너 외부 쉘 및 터빈 블레이드 구멍 제작에 처음 적용되었습니다. 그러나 전통적인 레이저 가공은 가공 정밀도와 낮은 반복성에 의해 제한되어 엔진에 사용됩니다. 별로. 그러나 일부 특수 부품의 경우 레이저 드릴링이 더 나은 이점을 얻을 수 있습니다. 예를 들어, YAG 레이저 회전 절단은 터보젯 엔진 터빈 블레이드의 가스 필름 홀 가공에 사용되며, 점차 고속 전기 스파크 드릴링으로 대체됩니다. 또한 엔진 디퓨저 방열판, 화염 실린더의 내벽 및 외벽과 같은 구조 부품의 천공 가공과 같은 고경도 및 비전 도성 재료의 작은 구멍과 많은 그룹 구멍 부품을 처리하는 것도 매우 유리합니다. , 현재 Wider 엔진에서 사용됩니다.

레이저 기술의 발전과 함께 레이저 용접, 레이저 적층 제조, 레이저 충격 강화, 수중 유도 레이저 가공 및 레이저 클리닝과 같은 새로운 기술이 지속적으로 개발되고 적용되어 고급 엔진 제조에 더 많은 기술 옵션을 제공합니다. 예를 들어, 레이저 충격 강화 기술은 깊은 금속 표면 강화 층, 표면 잔류 압축 응력, 우수한 접근성 및 고효율의 장점을 가지고 있습니다. 재료'의 내 피로성, 내마모성 및 내 응력 성을 크게 향상 시켰으며 잔류 압축 응력 깊이는 초음파 쇼트 피닝의 3 ~ 5 배, 기존의 5 ~ 10 배인 1 ~ 2mm에이를 수 있습니다. 샷 피닝. 피로 강도 향상, 피로 수명 연장, 균열 형성 및 확장 억제 등의 장점이 있습니다. 따라서 블레이드 링 블레이드 표면 강화의 핵심 기술 인 첨단 항공기 엔진 블 리스크가되었습니다.

(5) 고압 워터 제트 가공 기술은 엔진 부품 절단, 드릴링 및 청소에 널리 사용되었습니다. 또한, 새로운 복합 재료 절단 및 일체형 블 리스크의 특수 구조 부품 가공, 엔진 블레이드 코팅 제거를위한 탈수 기술 개발에 대한 탐색 적 연구가 수행되었습니다.

워터 제트 강화 기술은 고압 워터 제트에 의해 생성 된 충격력을 사용하여 공작물을 타격하여 금속 재료의 표면을 강화합니다. 재료의 피로 성능 향상에 기초하여 재료의 우수한 표면 품질을 얻을 수 있습니다. 고급 엔진 터빈 디스크 및 기타 부품에서 워터 제트 향상에 대한 요구가 명확하게 제시되었습니다.

3. 특수 가공 기술의 전망

특수 처리 기술은 첨단 항공기 엔진 제조에서 대체 할 수없는 역할을했습니다. GG가 언급 한 첨단 엔진은 특별한 가공 없이는 제조 할 수 없다고 말할 수 있습니다." 또한 전해 연삭, 연마 유동, 이온빔, 전자빔과 같은 새로운 특수 가공 기술이 국내외 일부 대학, 연구소, 기업에서 지속적으로 개발 및 적용되고 있습니다. 첨단 엔진을위한 새로운 재료와 새로운 구조의 지속적인 출현과 함께 독창적 인 특수 가공 기술도 새로운 용도로 확장되었습니다. 예를 들어 니켈-알루미늄 기반 신소재 블레이드의 가공성은 매우 열악한 반면 전해 가공은 가공에 매우 적합하고 정확도 요구 사항을 충족 할 수 있습니다. 또 다른 예는 새로운 다공성 라미네이트 구조에 기존의 사진 전기 화학 가공 방법을 사용하는 것입니다. 초고속 레이저 냉간 가공 기술의 출현으로 단결정 블레이드의 에어 필름 홀 가공을위한 새로운 솔루션이 도입되었습니다.

특수 가공 기술은 첨단 엔진 케이싱, 일체형 블 리스크, 단결정 블레이드 및 복합 재료와 같은 다양한 가공이 어려운 재료 및 특수 구조 부품의 개발에 널리 사용되어 개발 문제를 해결했습니다. 첨단 엔진 기술의 급속한 발전으로 제조 기술에 대한 요구 사항은 끝이 없으며 특수 가공 및 제조 기술 개발을 위해 더 높은 요구 사항이 제시됩니다. 특수 처리 기술도 정밀, 자동화 및 지능 방향으로 발전하고 있습니다.