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航空发动机皇冠上的“夜明珠”-燃油喷嘴组件车铣磨加工整体解决方案

时间:2018-08-27 17:00:22来源:阅读量:

航空发动机制造被誉为高端制造业领域的皇冠,也是制约中国航空事业发展的短板。当前世界仅有英、法、美、俄、中5国可独立研制航空发动机。瑞士斯达拉格集团是全球顶级高端机床供应商,创新根植于我们的每个细胞,产品涵盖机械加工领域的铣削、车削、镗削和磨削等各类加工中心。可用于从小型至大型金属、复合材料和陶瓷材料零件的超高精度加工。在航空发动机高端关键零部件制造领域使用的机床大多来自瑞士斯达拉格集团,是该领域的超巨,航空发动机里除了那根大轴我们不能做,其它皆可做。

在航空发动机中,燃油喷嘴组件是燃烧室的核心零件,主要功能是根据发动机的不同工作状态供给燃烧室合适数量的、具有良好雾化质量的燃油。喷嘴具有结构精密、技术要求高、制造工艺复杂等特点,其加工精度和质量对点火、燃油分布、雾滴尺寸、燃烧完全度和出口温度场等均有很大影响。一般说来,喷嘴是一类复杂而精密的微小零件,其典型的结构特征包括微孔、微锥面和微螺旋槽等,它们的尺寸一致性和配合精度直接影响着发动机燃烧室的工作性能、燃烧效率以及可靠性等。因此,提升航空发动机整体性能的关键环节是在于喷嘴的高精度制造,喷嘴的性能好坏决定了发动机的性能、可靠性、经济性和寿命的关键作用!所以说尖端燃油喷嘴是航空发动机皇冠上的那颗璀璨的夜明珠。


那么是什么遮挡了这颗夜明珠表面,阻挡它闪闪发光呢?当下尖端燃油喷嘴加工技术还有什么瓶颈,未来发展方向是什么呢?这得首先从喷嘴的结构特点以及加工工艺难点说起。喷嘴组件主要包括主、副喷嘴,喷口,旋流芯,活门及喷嘴壳体等20机种零件,喷嘴零件具有高精度复杂外形,精密的内部液体流道、密集分布的微孔气道及难加工材料有别于发动机其它零件的独特地方。主要加工复杂内外型面及精密微小喷油孔,小孔指0.3mm- 1mm,微小孔直径小于0.3mm。大中型航空发动机喷油孔通常在0.35mm- 1mm,小型、微型燃油喷嘴一般为0.2mm- 0.5mm,尺寸公差为0.01mm,光洁度为Ra0.1µm-0.2 µm。常用材料:3Cr134Cr139Cr18CrWMnGH4169GH536GH605等,一般热处理硬度˃HRC 50



副喷口外形结构复杂,有U型槽、旋流槽、中间凹槽通油锥面等,普通设备很难一次加工完成。内腔有双阶单锥结构,孔径小、深,尺寸严、光洁度高,加工可控性差。旋流槽类阿基米德螺旋线,车加工吃刀量大,震刀严重影响槽型表面质量。尺寸精度高、形位公差严,检测评价难度大。喷口中心孔及旋流槽边缘要求保持尖边除毛刺,手工去除一致性差。




燃油喷嘴加工现有主要工艺问题,单工序数控加工,制造过程和产品性能数据不清,零件分散度大,合格率低,需反复测试。数据没有有效传递,装配参数没有形成量化,设备之间的数字化连接差,信息不共享,数字化仿真、装配、实验技术尚未普及,微小尺寸检测技术是空白,喷嘴精密微小喷油孔加工技术,传统微小孔加工通常:钻、扩、铰+手工研磨,刀具刚性差,切削温度高、定心性差、断屑困难等产生毛刺影响精度。手工研磨喷嘴油孔,受操作技能水平限制的不一致性很大,不能完全去除微观毛刺影响喷嘴性能。



来先进航空发动机燃油喷嘴机构特点及工艺需求。未来航空发动机推重比更大,燃烧效率更高,污染更小的方向发展,要求燃烧室温度更高,喷嘴流量要求宽广,大多采用主油路+副油路+隔热层 复合式空气雾化技术分区供油方式。层级多、结构紧凑、精度高、材料难加工,薄壁、深孔、微孔增多。对精度及表面质量提出更高要求,要满足喷嘴性能的稳定性、一致性(互换)、可靠性要求更加严格。流量性更加宽广,为确保小流量要求,喷嘴更加小型化,尺寸精度和表面质量要求愈加提高,向精密超精密微小尺寸发展。为保证零件加工质量,缩减工序,一次装夹加工出更多内外型高精度尺寸,需要具备车、銑、磨复合加工能力的设备来保证高标准要求。发动机耐热环境提高,要求喷嘴材料使用耐热性更好的高温合金、耐热陶瓷涂层。整体包裹绝热材料的难加工材料,要求喷嘴加工设备除具有高的静态、动态精度外,还需要更高动静态刚性,以提高稳定性和保持性。由于形状复杂,一些关键精度离线后无法准确检测,喷嘴加工设备需具有在线检测功能,能够主动控制和实施动态误差实时补偿,确保零件加工精度。

车铣磨复合一次成型高精度高硬度燃油喷嘴零件技术,才能迎接上述挑战。车铣磨复合一次成型技术是指通过一次装夹来实现零件的全部内外复杂型面尺寸的车削、铣削和磨削复合加工工艺,从而保证高精度高硬度复杂结构的喷嘴零件形位公差和尺寸精度一致性的要求,是复杂结构发动机喷嘴精密零件的高效、精密加工的目前最为有效的解决方案,瑞士斯达拉格集团维阿当工厂生产的瑞士宝美S-191车铣磨复合加工中心无疑给出了最佳答案。维阿当工厂是集团最先进的绿色零碳排放的以太阳能为动力的现代化工厂,生产以超高精度闻名的机床,瑞士西普和瑞士宝美。


带磨削功能的7轴车銑复合加工中心,也就是车铣磨!具有磨削功能,配置了机床防护、高精度过滤、大流量冷却、数控磨削包和激光砂轮对刀等匹配功能。国际航发燃油喷嘴加工同类设备近五年以宝美为主,近三年燃油喷嘴因高精度及高硬度的需求,车銑磨成了标配,将来客户的需求也是如此,宝美最小可以磨0.3mm的喷口,代替了人工垳磨。发动机喷嘴壳体结构复杂, 毛坯为模锻件或3D打印, 材料为难加工镍基高温合金,是喷嘴组件最大的零件长度150mm左右,在宝美S-191上也是一次装夹全部完成,机床配置先进的在线装夹找正功能,不一致的毛坯可以自适应加工,解决了这方面的加工难点和重点,整个喷嘴组件关键核心零件都可以完美的加工。


基于宝美S-191平台,积累了航发燃油喷嘴加工工艺的宝贵知识数据,包括匹配S-191的工装夹具、微型刀具及切削参数、程序的后置处理等等。内部全恒温控制,不需要热机,零件也没温度曲线。机床关键安装面采用西普手工刮研,机床精度非常高,零件对接精度高。机床推荐配置,大功率大扭矩,可以硬车。配置在线测量系统,留有智能制造接口,便捷联通工厂ERP系统。宝美揭去覆盖夜明珠表面的那层薄膜,让它更加光亮!

航空发动机皇冠上的“夜明珠”-燃油喷嘴组件车铣磨加工整体解决方案

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航空发动机制造被誉为高端制造业领域的皇冠,也是制约中国航空事业发展的短板。当前世界仅有英、法、美、俄、中5国可独立研制航空发动机。瑞士斯达拉格集团是全球顶级高端机床供应商,创新根植于我们的每个细胞,产品涵盖机械加工领域的铣削、车削、镗削和磨削等各类加工中心。可用于从小型至大型金属、复合材料和陶瓷材料零件的超高精度加工。在航空发动机高端关键零部件制造领域使用的机床大多来自瑞士斯达拉格集团,是该领域的超巨,航空发动机里除了那根大轴我们不能做,其它皆可做。

在航空发动机中,燃油喷嘴组件是燃烧室的核心零件,主要功能是根据发动机的不同工作状态供给燃烧室合适数量的、具有良好雾化质量的燃油。喷嘴具有结构精密、技术要求高、制造工艺复杂等特点,其加工精度和质量对点火、燃油分布、雾滴尺寸、燃烧完全度和出口温度场等均有很大影响。一般说来,喷嘴是一类复杂而精密的微小零件,其典型的结构特征包括微孔、微锥面和微螺旋槽等,它们的尺寸一致性和配合精度直接影响着发动机燃烧室的工作性能、燃烧效率以及可靠性等。因此,提升航空发动机整体性能的关键环节是在于喷嘴的高精度制造,喷嘴的性能好坏决定了发动机的性能、可靠性、经济性和寿命的关键作用!所以说尖端燃油喷嘴是航空发动机皇冠上的那颗璀璨的夜明珠。


那么是什么遮挡了这颗夜明珠表面,阻挡它闪闪发光呢?当下尖端燃油喷嘴加工技术还有什么瓶颈,未来发展方向是什么呢?这得首先从喷嘴的结构特点以及加工工艺难点说起。喷嘴组件主要包括主、副喷嘴,喷口,旋流芯,活门及喷嘴壳体等20机种零件,喷嘴零件具有高精度复杂外形,精密的内部液体流道、密集分布的微孔气道及难加工材料有别于发动机其它零件的独特地方。主要加工复杂内外型面及精密微小喷油孔,小孔指0.3mm- 1mm,微小孔直径小于0.3mm。大中型航空发动机喷油孔通常在0.35mm- 1mm,小型、微型燃油喷嘴一般为0.2mm- 0.5mm,尺寸公差为0.01mm,光洁度为Ra0.1µm-0.2 µm。常用材料:3Cr134Cr139Cr18CrWMnGH4169GH536GH605等,一般热处理硬度˃HRC 50



副喷口外形结构复杂,有U型槽、旋流槽、中间凹槽通油锥面等,普通设备很难一次加工完成。内腔有双阶单锥结构,孔径小、深,尺寸严、光洁度高,加工可控性差。旋流槽类阿基米德螺旋线,车加工吃刀量大,震刀严重影响槽型表面质量。尺寸精度高、形位公差严,检测评价难度大。喷口中心孔及旋流槽边缘要求保持尖边除毛刺,手工去除一致性差。




燃油喷嘴加工现有主要工艺问题,单工序数控加工,制造过程和产品性能数据不清,零件分散度大,合格率低,需反复测试。数据没有有效传递,装配参数没有形成量化,设备之间的数字化连接差,信息不共享,数字化仿真、装配、实验技术尚未普及,微小尺寸检测技术是空白,喷嘴精密微小喷油孔加工技术,传统微小孔加工通常:钻、扩、铰+手工研磨,刀具刚性差,切削温度高、定心性差、断屑困难等产生毛刺影响精度。手工研磨喷嘴油孔,受操作技能水平限制的不一致性很大,不能完全去除微观毛刺影响喷嘴性能。



来先进航空发动机燃油喷嘴机构特点及工艺需求。未来航空发动机推重比更大,燃烧效率更高,污染更小的方向发展,要求燃烧室温度更高,喷嘴流量要求宽广,大多采用主油路+副油路+隔热层 复合式空气雾化技术分区供油方式。层级多、结构紧凑、精度高、材料难加工,薄壁、深孔、微孔增多。对精度及表面质量提出更高要求,要满足喷嘴性能的稳定性、一致性(互换)、可靠性要求更加严格。流量性更加宽广,为确保小流量要求,喷嘴更加小型化,尺寸精度和表面质量要求愈加提高,向精密超精密微小尺寸发展。为保证零件加工质量,缩减工序,一次装夹加工出更多内外型高精度尺寸,需要具备车、銑、磨复合加工能力的设备来保证高标准要求。发动机耐热环境提高,要求喷嘴材料使用耐热性更好的高温合金、耐热陶瓷涂层。整体包裹绝热材料的难加工材料,要求喷嘴加工设备除具有高的静态、动态精度外,还需要更高动静态刚性,以提高稳定性和保持性。由于形状复杂,一些关键精度离线后无法准确检测,喷嘴加工设备需具有在线检测功能,能够主动控制和实施动态误差实时补偿,确保零件加工精度。

车铣磨复合一次成型高精度高硬度燃油喷嘴零件技术,才能迎接上述挑战。车铣磨复合一次成型技术是指通过一次装夹来实现零件的全部内外复杂型面尺寸的车削、铣削和磨削复合加工工艺,从而保证高精度高硬度复杂结构的喷嘴零件形位公差和尺寸精度一致性的要求,是复杂结构发动机喷嘴精密零件的高效、精密加工的目前最为有效的解决方案,瑞士斯达拉格集团维阿当工厂生产的瑞士宝美S-191车铣磨复合加工中心无疑给出了最佳答案。维阿当工厂是集团最先进的绿色零碳排放的以太阳能为动力的现代化工厂,生产以超高精度闻名的机床,瑞士西普和瑞士宝美。


带磨削功能的7轴车銑复合加工中心,也就是车铣磨!具有磨削功能,配置了机床防护、高精度过滤、大流量冷却、数控磨削包和激光砂轮对刀等匹配功能。国际航发燃油喷嘴加工同类设备近五年以宝美为主,近三年燃油喷嘴因高精度及高硬度的需求,车銑磨成了标配,将来客户的需求也是如此,宝美最小可以磨0.3mm的喷口,代替了人工垳磨。发动机喷嘴壳体结构复杂, 毛坯为模锻件或3D打印, 材料为难加工镍基高温合金,是喷嘴组件最大的零件长度150mm左右,在宝美S-191上也是一次装夹全部完成,机床配置先进的在线装夹找正功能,不一致的毛坯可以自适应加工,解决了这方面的加工难点和重点,整个喷嘴组件关键核心零件都可以完美的加工。


基于宝美S-191平台,积累了航发燃油喷嘴加工工艺的宝贵知识数据,包括匹配S-191的工装夹具、微型刀具及切削参数、程序的后置处理等等。内部全恒温控制,不需要热机,零件也没温度曲线。机床关键安装面采用西普手工刮研,机床精度非常高,零件对接精度高。机床推荐配置,大功率大扭矩,可以硬车。配置在线测量系统,留有智能制造接口,便捷联通工厂ERP系统。宝美揭去覆盖夜明珠表面的那层薄膜,让它更加光亮!