發(fā)動機是飛行器的動力裝置。這是因為它既要工作高度可靠像样,又要有盡可能小的重量绷觉。這就要求使用輕合金、合金鋼和耐熱合金制造形狀復雜的整體或薄壁零件莫辨,要求零件加工有極高的精度傲茄,要求廣泛采用熱處理、表面處理和各種特殊的加工工藝沮榜。
飛行器的進步都與動力裝置的進步密切相關盘榨。世界上第一架飛機就是從成功地采用一臺8.8千瓦(12馬力)活塞式汽油發(fā)動機開始的。1938~1942年渦輪噴氣發(fā)動機的出現(xiàn),為高速飛行奠定了基礎草巡。1930年制成了使用液氧的火箭發(fā)動機守呜,為40年代導彈的研制成功創(chuàng)造了條件。
從制造角度來看捷犹,前期活塞式航空發(fā)動機與汽車弛饭、拖拉機用的一般內燃機的制造基本相似,現(xiàn)代航空航天發(fā)動機進一步要求提高推重比萍歉、減輕結構重量和提高壽命侣颂。這就使得發(fā)動機在結構型式、材料選用和制造技術方面與一般中型機械制造很不相同枪孩。發(fā)動機的制造包括零件的制造和加工憔晒、裝配試車和質量控制三個主要方面。
1硝迁、零件的制造和加工
包括零件毛坯的制造高降、零件的外形加工以及賦予零件特定性能的熱處理和表面處理。①毛坯精化:主要采用精密鍛壓锁龙、精密鑄造和粉末冶金技術制造零件毛坯殷淮。采用精密鍛壓技術制造發(fā)動機的盤、軸腺拗、葉片等两靖,可獲得精確的毛坯外形。等溫模鍛和超塑性等溫模鍛用于鍛造發(fā)動機中的高溫合金和鈦合金渦輪盤困碰、壓氣機盤和整體渦輪毛坯耍俱。熔模鑄造技術在發(fā)動機制造中發(fā)展很快,已用于制造切削余量小甚至無余量的空心渦輪葉片西龟、整體渦輪和導向器以及鈦合金零件馒脏。采用定向凝固技術制造的定向柱晶、定向共晶和單晶葉片镣学,能承受更高的工作溫度和應力歌淹,使高推重比發(fā)動機的制造有了重大突破。合金的超細粉末經(jīng)熱等靜壓可制成供超塑性等溫模鍛的坯料誓沸,也可直接制成外形和尺寸精確的零件毛坯梅桩。制造外形和尺寸精確的毛坯(毛坯精化),既節(jié)約貴重的金屬材料拜隧,又減少切削加工工作量宿百,提高生產(chǎn)率,降低生產(chǎn)成本洪添。②切削加工:現(xiàn)代發(fā)動機制造中面臨的問題是大量難切削的金屬材料垦页、復雜的型面和要求很高的精度與表面光潔度雀费。因此需要采用新型刀具材料和刀具結構以及高效工藝方法。如利用強力磨削可一次磨出渦輪葉片的榫頭齒形痊焊;利用高速拉削可一次切去壓氣機葉片榫頭或渦輪盤榫槽的全部加工余量盏袄。切削加工所用的機床主要是專用機床和數(shù)控機床(見數(shù)控加工),這些機床應具有高的剛度和精度以及大的驅動功率薄啥。③鈑金成形和焊接:現(xiàn)代發(fā)動機制造中辕羽,用鈑金成形和焊接方法制造的零構件數(shù)量顯著增加,如噴氣發(fā)動機殼體垄惧、燃燒室刁愿、尾錐和氣冷式板焊空心葉片等,制造工作量約占20%以上搜计。這些零構件所用的材料為鈦合金宋旭、耐熱鋼和高溫合金等難成形材料,故在成形中廣泛采用熱成形杉藐、超塑性成形枯橱、強力旋壓等工藝方法。為保證焊接質量攒置,大量采用氬弧焊粹岁、電子束焊和真空釬焊。摩擦焊和擴散連接技術用以連接軸尖坦、盤等重要承力構件和異種材料(見焊接技術)侦纳。④特種加工:特種加工在發(fā)動機制造中是常規(guī)機械加工不可缺少的補充加工方法。其中以電加工和激光加工的發(fā)展最為迅速也您。在發(fā)動機的燃燒室、葉片和冷卻管上均帶有大量冷卻小孔脾膨。這些孔不但數(shù)量眾多愕炸、材料難切削,而且有些孔的形狀特殊幔嫂、深徑比大辆它,只能采用特種方法加工。例如履恩,燃燒室上大量深度較淺的氣膜冷卻小孔可采用高生產(chǎn)率的激光打孔或電子束打孔锰茉。對一些孔徑較大深徑比也較大的小孔可采用電加工。⑤熱處理和表面處理:飛行器發(fā)動機的所有零件都要經(jīng)過熱處理切心,使零件具有必要的性能飒筑,消除殘余應力,穩(wěn)定尺寸绽昏。除采用通用的熱處理工藝和設備外协屡,還采用真空熱處理和在保護氣氛中熱處理俏脊。在化學熱處理方面,除滲碳肤晓、滲氮外爷贫,滲金屬和多元素共滲技術有了很大的發(fā)展。例如,在渦輪葉片表面進行鋁-鉻共滲或鋁-硅共滲,可以顯著提高零件的抗高溫腐蝕性能补憾。表面涂層技術在發(fā)動機制造中的主要作用是提高零件的耐磨性惯篇、耐蝕性和熱穩(wěn)定性,延長使用壽命忱厨。例如辱囤,在壓氣機風扇葉片凸臺表面噴涂一層碳化鎢涂層,可顯著提高表面的耐磨性能乡试;在燃燒室的表面涂敷高溫陶瓷拌九,可以顯著提高零件的抗高溫氧化和耐腐蝕的性能;在機匣的表面噴涂鋁或塑料等用以控制間隙的涂層吻蟹,可以保證機匣與相鄰葉片之間的最小間隙尺寸恐丧。
2、裝配試車
發(fā)動機的性能要求十分嚴格果邢,它的空間結構又非常緊湊晚沙,故裝配過程必須非常仔細。在裝配過程中辙恨,不允許對裝配零件進行整修喝赎,其配合精度完全靠機械加工精度和鉗工調整來保證。如火箭發(fā)動機渦輪泵的端面密封需要使用光學平晶檢查赡模,并在裝配后進行氣密性檢查田炭,嚴防泄漏。高速轉動的渦輪泵等部件裝配后必須在精確度極高的動平衡機上仔細平衡漓柑。在裝配前后教硫,還須仔細清查裝配零部件的數(shù)量,防止有多余的零件遺留在發(fā)動機內辆布。一些精密部件(如活門部件)的裝配和總裝必須在清潔瞬矩、防塵并有空調裝置的廠房內進行。每臺發(fā)動機第一次裝配完畢后锋玲,必須先進行工廠試車景用,隨后分解、清洗和嚴格檢驗惭蹂。檢查發(fā)動機零件在運行過程中有無磨損或性能不符合要求處伞插,以便采取措施,消除隱患盾碗。經(jīng)過檢驗合格的零件重新進行裝配蜂怎,再作檢驗性試車穆刻。試車性能全部合格后方能出廠。在成批生產(chǎn)的發(fā)動機中登彪,還須定期抽檢一臺籍勘,模擬使用狀態(tài)進行長期試車,以考驗同批發(fā)動機的性能是否穩(wěn)定可靠标狼。上述試車時間均計入發(fā)動機的額定使用壽命內挤胃。
3、質量控制
在發(fā)動機制造中嚴格的質量控制貫穿于發(fā)動機制造的全過程,從原材料開始,經(jīng)過毛坯制造纠徘、機械加工君博、熱處理、表面處理暴雕、裝配試車慧贩,直到包裝運輸、交付使用豫鞭,每一工序都對質量要求及控制技術措施有明確的規(guī)定抡悼。在幾何量的檢測方面,關鍵是高精度鬓预、多尺寸檢測和復雜型面的檢測篮烈。以光學投影和數(shù)字顯示技術為主要內容的現(xiàn)代化幾何量檢測技術,在發(fā)動機制造中獲得普遍應用购岗。多坐標數(shù)控測量機已成為重要的檢測工具汰聋,大量用于檢測形狀復雜又多孔的機匣、殼體類零件和具有不同空間角度的彎管以及精密復雜的工藝裝備喊积。多點電子測量儀已用于葉片生產(chǎn)線烹困;主動檢驗在高精度零件精加工工序和自動線中得到普遍應用。理化性能檢測中的無損檢測,如X射線探傷乾吻、超聲探傷韭邓、磁粉探傷、熒光探傷溶弟、渦流探傷和激光全息攝影技術等,不僅用于發(fā)動機零部件的質量檢查瞭郑,而且也用于原材料和毛坯的質量檢查辜御。重要零件的毛坯要逐件檢查。金相檢驗屈张、室溫和高溫機械性能等破壞性檢驗方法擒权,也用來對特別重要的零件作抽樣檢查。
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