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來源：制造云視頻、航空制造網(wǎng)

如果問你，什么是頂級的機(jī)械制造，造友們會(huì)怎么回答？在小編看來，航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片的生產(chǎn)就稱得上頂級，它是航空發(fā)動(dòng)機(jī)最重要的零件之一，采用的材料不同于普通材料，價(jià)格非常昂貴。發(fā)動(dòng)機(jī)的性能很大程度上取決于葉片型面的設(shè)計(jì)和制造水平。今天主要展示航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片的加工過程、檢測過程和鑄造成型工藝。

    葉片是一類典型的自由曲面零件，加工這類零件時(shí)都有一個(gè)特點(diǎn)：薄，加工時(shí)易變形，并且材質(zhì)通常為不銹鋼、蒙乃爾合金、INCONEL、鈦和鎳為基礎(chǔ)的難加工合金材料，更增添了加工的困難度，同時(shí)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(diǎn)有以下3個(gè)方面：銑工藝圍帶處，葉根的加工，銑拉筋孔。

    對于飛機(jī)來說，發(fā)動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)是最為重要的一條，而要保證發(fā)動(dòng)機(jī)安全運(yùn)轉(zhuǎn)，葉片的質(zhì)量就必須通過嚴(yán)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(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)上有很多葉片，每一個(gè)圓盤上大概有30多個(gè)葉片，如果葉片的形狀和尺寸不能夠保證，那么在發(fā)動(dòng)機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)是非常危險(xiǎn)的。所以對于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(guī)測量方法很難進(jìn)行測量，所以科學(xué)家研究出了一種三坐標(biāo)測量系統(tǒng)，通過建立測量數(shù)據(jù)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(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)葉片最致命的缺陷。而航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的工作條件非常惡劣，致使葉片經(jīng)常受到?jīng)_擊、摩擦，同時(shí)還忍受著高溫的灼燒和冷熱疲勞，葉片容易產(chǎn)生各種各樣的裂紋，如果不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理，會(huì)對飛機(jī)飛行安全帶來極大的威脅，所以采用有效的方法來發(fā)現(xiàn)葉片中的裂紋一直是科學(xué)家們追求的。

    目前，常用檢測方法有CTI技術(shù)、TOFD技術(shù)、紅外技術(shù)、UT技術(shù)等。

下面我們簡述一下如何制造航空發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪葉片：

    加工瓷土，將瓷土打碎，制作渦輪葉片的內(nèi)芯。

    工人將塑形后的瓷土模型逐個(gè)檢查修形，做好的瓷土模型將首先燒結(jié)成熔融石英陶瓷芯。

    渦輪噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)需要中空的渦輪葉片，只有高質(zhì)量的陶瓷芯是失蠟法鑄造的最好內(nèi)芯材料，它能夠在澆鑄金屬時(shí)依然能夠保持穩(wěn)定，在鑄件冷卻后有能通過化學(xué)工藝輕易溶解，在葉片中留下所需要的空氣通道。

    等待進(jìn)行加工的瓷土模型在外部包裹蜂蠟進(jìn)行失蠟法鑄造，從而得到渦輪葉片。瓷土模型可以制作成橫截面非常小，而且在加工過程中變形小。

    上述瓷土模型其實(shí)就是葉片中的空氣通道，在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，有空氣在其中通過，從而冷卻渦輪葉片保持工作穩(wěn)定。

    準(zhǔn)備澆鑄接口。這些接口將安裝二到四個(gè)葉片，這樣澆鑄熔融金屬時(shí)可以提高效率。

     在給陶瓷芯包裹蜂蠟，蜂蠟的作用是在鑄造范摸中形成空腔。

     將蜂蠟葉片安裝到澆鑄接口上后可以看到，已經(jīng)包裹了陶瓷芯的蜂蠟葉片看起來結(jié)構(gòu)粗壯，但都是澆鑄時(shí)的金屬流道，葉片其實(shí)非常細(xì)小。

    將葉片進(jìn)行最后加工，這樣熔融金屬就可以將空腔充滿，不會(huì)造成鑄造砂眼。

     到此，鑄造模型終于被加工好。

     下一步是將這些鑄造模型包裹瓷土，制作陶范。工人將鑄造模型安裝的一個(gè)旋轉(zhuǎn)機(jī)械上。用機(jī)械手在陶土液中旋轉(zhuǎn)，使其均勻包裹住模型的任何部位。這樣才能算合格。之后加入特殊風(fēng)箱中，在外表噴淋瓷土，形成厚實(shí)的外殼。進(jìn)行風(fēng)干。

     之后，鑄造模型在精密鑄造車間進(jìn)行澆鑄。

     首先要進(jìn)行加溫，將鑄造模型外部包裹的瓷土燒成陶瓷范模。同時(shí)，將內(nèi)部的蜂蠟排出，形成鑄造空腔。工人取出鑄造范模。然后這些范模將澆鑄特殊合金溶液。每種范模都要一種特別的熔爐進(jìn)行加工。大型部件的范模生產(chǎn)溫度非常高。

     最后，生產(chǎn)出的葉片還需要進(jìn)行X光探傷。每個(gè)葉片都要進(jìn)行多角度探傷，防止出現(xiàn)任何瑕疵。X光照片，可以看出葉片內(nèi)部的空腔。

    整個(gè)渦輪葉片生產(chǎn)工藝非常繁復(fù)，完全超越了珠寶制造工業(yè)，而這僅僅是“工業(yè)皇冠上的鉆石”――航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造的一小部分。

    完整的葉片設(shè)計(jì)制造包括：葉片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，葉片強(qiáng)度設(shè)計(jì)，葉片材料設(shè)計(jì)，葉片制造工藝設(shè)計(jì)。葉片使用過程中的故障模式分析等。咱們今天展示的內(nèi)容只是很少的一部分。

    從航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片的發(fā)展歷程來看，材料、工藝與設(shè)計(jì)一體化的趨勢越加明顯。發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)是由低水平向高水平發(fā)展，葉片材料設(shè)計(jì)也是如此，設(shè)計(jì)階段不同，設(shè)計(jì)要求不同，設(shè)計(jì)方法不同，采用的材料和制造工藝也不相同。