高压水射流技术在民用航空的应用

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摘要：航空工业是一个国家工业实力的重要体现，随着经济的快速发展，我国的民用航空发展迅猛，对于航空发动机的需求逐年增加。航空发动机是飞机的心脏，其工艺复杂、制造的难度较大，从而给航空发动机的加工制造带来了不小的难度。高压水射流加工技术是近些年发展起来的一种新型的加工技术，其主要利用高压水完成对于零部件的加工、切割、强化与去毛刺等。文章在分析高压水射流加工技术原理及特点的基础上对其在民用航空发动机加工中的应用进行了分析阐述。

关键词：高压水射流；航空发动机；加工应用

高压水射流加工技术最早起源于前苏联，经过多年的发展与完善，现今的高压水射流加工技术已经能够应用于机械加工中的多个方面。随着科技的发展与进步，高压水射流加工技术已经在航空航天、船舶、军工等多个领域中得到了较为广泛的应用。近些年来，国家加大了对于航空发动机领域研究，各种新型材料的使用使得高压水射流加工技术在其中得到较为良好的应用，通过高压水射流加工技术在民用航空发动机加工中的应用，可以使得以往加工较复杂或难以实现的工艺过程，如发动机零部件表面的强化、喷嘴喷杆微小孔内孔去除毛刺、整体叶盘开槽加工以及火焰筒群孔加工都能够更为简单、高效，通过在航空发动机加工中应用高压水射流加工技术对于提高民用航空发动机的加工效率与加工质量有着积极的意义。

1高压水射流加工技术的工作原理及特点

高压水射流加工技术最早起源于前苏联，被应用于矿山开采、木材切割等领域，随着科技的进步，高压水射流加工技术在发展中被不断的完善，其应用领域也在不断的扩展。高压水射流加工技术最主要依靠的是通过抽取并将水加压至几十甚至于几百兆帕，这些加压后的高压水被从特殊设计且孔径很小的喷嘴中喷射出来，依靠喷射出来的高压水的动能的冲击作用来对零部件进行加工的一种新型加工方法。高压水射流加工技术与激光、离子束等都属于高能加工的范畴。高压水射流加工技术中最主要部分是高压水射流系统，其整体主要由增压系统、供水系统、增压恒压系统以及喷射管路系统、零部件加工工作台以及水循环系统等组成。在高压水的增压环节其主要依靠的是油压系统来推动大活塞往复运动来对水进行加压，其大活塞的往复运动依靠的是油压换向阀控制并改变油路的方向。在高压水射流系统工作时，首先供水系统对水进行净化处理，并在净化完成后的纯净水中加入一定的防锈剂等添加剂，而后通过使用抽水泵将水从储槽中抽入到水加压缸中。增压器是高压水射流系统中的核心环节，其通过依靠液压来推动大活塞进行往复运动来对泵入其中的水进行加压，增压器的结构及原理图如图1所示。增压器在工作时的增压比主要体现的是大活塞与小活塞的面积之比，完成增压后的高压水的压力能够达到100-750MPa之间。相较于传统的加工方式，高压水射流加工技术具有冷态加工、加工工艺简单、方便、能够实现多种材料的加工、加工效率高等特点。

2高压水射流加工技术在民用航空发动机加工中的应用

高压水射流加工技术随着多年的发展与完善，已经在多个加工领域中得到了广泛的应用，其能够对以往传统加工方式中的某些局限进行良好的补充，更好的改善并完成零部件的加工。航空发动机结构复杂，加工难度较大。通过将高压水射流加工技术应用于航空发动机加工中的零部件的打孔、清洗以及表面毛刺处理和强化处理等加工中可以取得良好的加工效果。在国外航空发动机的加工中，高压水射流加工技术已经得到了广泛的应用。

2.1高压水射流加工技术在民用航空发动机喷嘴、喷杆等加工中的应用

民用航空发动机的生产制造中要求燃油喷嘴、喷杆等的微细孔内孔表面光滑，不得有毛刺，使用传动的加工方法费时费力且无法取得良好、稳定的加工效果。通过在此类零部件的加工中应用高压水射流加工技术，利用高压水射流加工系统产生的高压水所具有的动能来冲击并去除零件加工中所产生的毛刺等，完成细孔内表面等难加工、难清洗部位的光整加工。通过应用此类方法能够良好的完成零部件微细孔的光整加工且不损伤细孔内零部件的基体，对于提高该类零部件加工的效率与质量有着极为重要的意义。

2.2高压水射流加工技术在航空发动机火焰隔热屏加工中的应用

火焰隔热屏是航空发动机中极为重要的零部件，其结构复杂，在对其进行加工时需要完成波峰、波谷上所分布的十几万个1.0mm群孔打孔作业，同时火焰隔热屏的壁厚极薄，在对其进行加工时不宜使用较大的压力以避免变形。在以往的加工过程中采用激光、电火花等高能热的加工方式，其加工效率较低且容易在孔面形成高温热再铸层，严重影响了火焰隔热屏的加工质量。在火焰隔热屏的加工中应用高压水射流加工技术，通过对加工时的水压一级喷嘴的孔径等进行调节，可以更好的对火焰隔热屏进行加工。相较于诸如激光等其他高能加工方式，其加工效率提高了一倍，并且高压水射流属于冷态加工，加工区域温升小，有效的避免了高温加工所带来的热变形与再铸层的问题。

2.3叶盘开槽加工

在整体叶盘叶形加工中以往多使用的是传统的铣削加工方式，效率低下且刀具成本较高，将高压水射流技术应用在整体叶盘的开槽粗加工中能够高效的减少后续精加工的加工余量，提高粗加工的效率并降低加工的刀具成本。在对整体叶盘开槽加工中可以采用5轴联动的高压水射流切割设备完成对于叶盘的开槽加工，在加工时选用0.3mm的高压水喷头，高压水的压力保持在300MPa以上，能够快速的完成整体叶盘叶形的开槽粗加工，且对后续的精加工没有影响。

2.4应用高压水射流技术实现对于发动机零部件表面的强化

通过利用高压水射流系统中所产生的高压水在开放式的水箱中能够完成金属零部件表面的强化，高压水的压力作用可以使得金属零部件取得较为良好的金属材料表面质量，改善金属零部件表面的机械性能。喷丸等常用表面强化方法为保证丸粒可靠作用于零件表面，对零件的结构有一定的要求，而高压水射流技术可以实现对丸粒可达性较差的狭窄区域的表面强化。高压水射流技术除了以上应用实例外还可以应用于发动机复合材料进气机匣、宽弦风扇叶片等关键零部件的加工。

3结束语

随着高压水射流技术的不断进步与发展，高压水射流技术所具有的优异加工能力在航空发动机零部件加工制造中得到了极大的认可，应用也越来越广泛。尤其在近些年需求越来越大的民用航空发动机领域，其不断采用的新材料、新技术更是为高压水射流技术的应用提供了更加广阔的前景。

作者:周立峰 单位:上海中航商用航空发动机制造有限责任公司

参考文献:

[1]朱海南，刘松，等.高压水射流技术在航空发动机上的应用[J].金属加工，2010，4.

[2]赵春红，秦现生.高压水切割技术及其应用[J].机床与液压，2006，2.

[3]杨叔子.机械加工工艺师手册[M].机械工业出版社，2002，5.