《中國(guó)機(jī)長(zhǎng)》,它改編自的川航迫降事件，在駕駛艙玻璃碎裂的惡劣環(huán)境下成功迫降，放之世界民航史都是值得濃墨重彩的一筆。

據(jù)事后調(diào)查報(bào)告表明，風(fēng)擋玻璃碎裂的原因可能有安裝螺釘不合格、玻璃材質(zhì)存在問(wèn)題等……不得不說(shuō)航天級(jí)的零件產(chǎn)品，真的是不能出現(xiàn)一點(diǎn)差錯(cuò)。

飛機(jī)的組件要求尚且如此嚴(yán)苛，核心動(dòng)力部件更是代表著頂級(jí)的機(jī)械制造水平。我們這次來(lái)看看，支撐客機(jī)從數(shù)千米高空安全返航的精密發(fā)動(dòng)機(jī)，其渦輪葉片的加工過(guò)程、檢測(cè)過(guò)程和鑄造成型工藝。   

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葉片加工

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(duì)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3個(gè)方面：銑工藝圍帶處，葉根的加工，銑拉筋孔。

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葉片檢測(cè)

對(duì)于飛機(jī)來(lái)說(shuō)，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(guò)嚴(yán)格的檢測(cè)！葉片檢測(cè)主要是尺寸和形狀檢測(cè)，以及裂紋檢測(cè)。

1）尺寸和形狀檢測(cè)

一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)上有很多葉片，每一個(gè)圓盤(pán)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(duì)于葉片的型面和幾何尺寸檢測(cè)也是非常重要的，但是就葉片的形狀來(lái)說(shuō)常規(guī)測(cè)量方法很難進(jìn)行測(cè)量，所以科學(xué)家研究出了一種三坐標(biāo)測(cè)量系統(tǒng)，通過(guò)建立測(cè)量數(shù)據(jù)來(lái)建立模型從而判斷葉片的型面和尺寸的差異。

▲ 5 axis multi-sensor system

2）裂紋檢測(cè)

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(duì)飛機(jī)飛行安全帶來(lái)極大的威脅，所以采用有效的方法來(lái)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(cè)方法有CTI技術(shù)、TOFD技術(shù)、紅外技術(shù)、UT技術(shù)等。

渦輪葉片自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)：

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鑄造工藝

下面我們簡(jiǎn)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，在鑄件冷卻后能通過(guò)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(guò)，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。給陶瓷芯包裹蜂蠟，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(lái)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(guò)程中的故障模式分析等。

文章來(lái)源：夾具俠