據(jù)國內(nèi)媒體報道，某機床創(chuàng)新研究院在航空發(fā)動機葉片生產(chǎn)上實現(xiàn)突破，他們與當?shù)匾患覚C床公司合作成功研制出了4軸聯(lián)動和5軸聯(lián)動的4陣列葉片磨削拋光機床各1臺，1次能夠同時加工出4枚葉片，加工效率和精度遠高于進口機床，性能居國際先進水平，解決了復(fù)雜型面葉片加工困難這一世界難題。本文根據(jù)國內(nèi)外公開資料對其做一背景分析。隨著我國航空工業(yè)的迅速發(fā)展，高性能航空發(fā)動機、燃汽輪機等設(shè)備的生產(chǎn)數(shù)量急劇增加。作為這些設(shè)備的關(guān)鍵部件，航空發(fā)動機葉片、燃汽輪機葉片的國內(nèi)需求量也隨之成倍增加?？梢哉f葉片的加工質(zhì)量對整機性能與壽命有著舉足輕重的影響。

近日，國內(nèi)雜志曝光了我國殲-10B戰(zhàn)斗機換裝推力矢量控制發(fā)動機試飛的圖片，這也讓從去年開始就傳的沸沸揚揚的殲-10B戰(zhàn)斗機換裝推力矢量控制發(fā)動機的消息最終塵埃落定。也意味著我國在航空發(fā)動機領(lǐng)域的探索和投入終于又有了令人欣喜的成果。不過與世界其他航空工業(yè)強國相比，我國在航發(fā)領(lǐng)域仍有許多不足，未來我國能否在這些方面有所突破？本期《出鞘》我們就來談?wù)勎覈娇瞻l(fā)動機的未來。

由于葉片長期處于高溫、高壓等惡劣的工作環(huán)境下，且承受離心力、水或汽的交變應(yīng)力作用，為保證葉片的使用可靠性和工作壽命，均采用高硬度、高強度材料制成。特別是新一代航空發(fā)動機葉片為滿足性能要求，不但對復(fù)雜曲面外形加工精度要求極其苛刻，而且對表面粗糙度也有很高要求。一般的航空發(fā)動機葉片的加工程序為：葉片在高溫鑄造成型后，經(jīng)高精度數(shù)控銑削機床獲得所需的表面形狀和尺寸，再經(jīng)過砂帶打磨、布輪拋光相結(jié)合的精整加工工序去除表面殘留的刀痕，修正表面的形狀精度，降低表面粗糙度。由于專用機床的欠缺，某些大型、關(guān)鍵、復(fù)雜葉片的精整加工等后續(xù)工作目前仍主要依靠技術(shù)工人的手工操作來完成。

手工拋磨不僅加工效率低、加工精度難以保證，危害工人身體健康，更關(guān)鍵的是，手工拋光質(zhì)量對工人素質(zhì)要求極高，在目前高技能工人數(shù)量嚴重不足的情況下，葉片生產(chǎn)生產(chǎn)時間較長，成本居高不下，不能滿足低成本，大批量生產(chǎn)航空發(fā)動機葉片的迫切需求。中國是當今世界超硬材料生產(chǎn)的超級大國，世界上最硬的人造金剛石產(chǎn)量2016年產(chǎn)量達136億克拉，占世界總產(chǎn)量的90%，世界第二硬的立方氮化硼（但耐高溫性和化學穩(wěn)定性遠高于人造金剛石）2017年產(chǎn)量約5.5億克拉，約占世界總產(chǎn)量的70%。利用人造金剛石超硬的力學性能，磨削拋光難加工材料，如：硬質(zhì)合金、寶石、陶瓷、鈦合金等，已經(jīng)證明具有獨特的優(yōu)勢。

由于國產(chǎn)超硬材料行業(yè)目前已廣泛應(yīng)用我國獨創(chuàng)的六面頂壓機技術(shù)來大量生產(chǎn)人造金剛石，其售價低廉的讓人不敢相信。有資料稱國內(nèi)1克拉人造金剛石售價僅為0.3元。同時隨著我國多軸數(shù)控精密機床技術(shù)的迅速突破，使得超硬磨料磨具數(shù)控加工復(fù)雜型面葉片成為可能。由于國產(chǎn)高性能超硬材料具有高性能、高壽命、高性價比等特點，而國產(chǎn)五軸數(shù)控機床的價格又僅為進口設(shè)備的1/3以下，將兩者有機結(jié)合的葉片超硬磨料數(shù)控磨削成型及拋光加工技術(shù)不失為一條先進、合理的生產(chǎn)技術(shù)路線。

某地區(qū)在低成本數(shù)控機床生產(chǎn)方面具有國內(nèi)領(lǐng)先優(yōu)勢，某航則依靠其在機床結(jié)構(gòu)設(shè)計、分析方面的優(yōu)勢對數(shù)控磨削加工機床結(jié)構(gòu)和傳動系統(tǒng)進行了大量的改進設(shè)計，結(jié)合北航自主研制的矩形陣列轉(zhuǎn)臺和擺頭，成功研制出了4軸聯(lián)動和5軸聯(lián)動的4陣列葉片磨削拋光機床各1臺，可1次能夠同時加工出4枚葉片，其精加工效率和速度已經(jīng)明顯高于數(shù)控銑削加工的效率，同時加工精度遠高于目前采用價值6、7百萬元進口數(shù)控銑床所加工出的葉片的精度，測量結(jié)果表明4片陣列加工的葉片形位精度一致性極好，僅為設(shè)計公差的10%。

在下一步研發(fā)計劃中，正在開發(fā)同時加工100枚葉片的百軸數(shù)控磨削加工機床，將進一步拉開與數(shù)控銑削加工相比的成本優(yōu)勢，與有望將葉片等零件的機床、用地、人員等費用降低到目前的10%以下。同時，為代替葉片拋光工人的繁重勞動，棗莊北航機床創(chuàng)新研究院還開發(fā)出了多種8-10軸葉片、葉輪數(shù)控拋光機床，復(fù)雜曲面的葉片經(jīng)該拋光機床拋光后，已完全看不出加工痕跡，基本接近鏡面，完全可以用新型磨削拋光技術(shù)代替人工拋光生產(chǎn)線。