圖1:埃馬克 PO 900 BF 型號機床正在進行整體葉盤加工。

飛機結構的發展正面臨著巨大的壓力,其中最突出的是來自立法對飛機二氧化碳排放越來越高的標準要求,以及市場對此標準關注度的迅速增加。因此飛機發動機理所當然地成為行業發展的焦點,在要求做到降低油耗的同時,還要保證更快速度的推進值。這就對發動機所使用的零部件提出了更高的要求,如必須選擇具備高承受能力的特殊材料。那么一臺機器在加工這些材料時,如何才能保證其加工的速度、精度以及過程的完整性呢?埃馬克的專家在此給出了一個最佳解決方案:埃馬克電化學加工技術,在做決策的時候機械切削技術可以不再考慮??梢運?,埃馬克電化學加工技術為航空發動機制造領域技術的發展帶來了新的生機。
航空發動機制造過程中存在一個重要的相互關系,即發動機產生的溫度越高,效率就會越高。也就是說,在消耗相對較少燃料的情況下,發動機溫度越高飛機就可以飛行的越遠。這對應用于航空發動機內部的材料意味著必須選用那些在壓力作用下表現得更好的極度耐磨材料。但選擇好的材料也僅僅只是“成功了一半”,因為與此同時,許多零部件會相應變得更為復雜,需要采用高度精密的工藝才能完成。因此,航空發動機部門想要在近十年內實現減少20%二氧化碳排放以及燃油消耗這一目標,就必須要完成以上內容,相信這是唯一的途徑。

圖2:埃馬克 PO 900 BF 加工區,采用精密電化學加工(PECM)技術進行整體葉盤的加工。

電化學加工,航空發動機制造業發展的必然選擇
當然,這與汽車領域的發展完全不同,飛機發動機的這一發展歷程對于飛機制造業來說具有里程碑式的歷史意義。如今,該行業已經走到了一個十字路口,據專家預測在未來的二十年間,空中交通需求將會以每年5%的速度遞增??罩鋅統倒疽脖硎?,未來每十年航空市場對新型發動機的市場需求量將達7,600臺。這為航空制造業提供了巨大的發展契機,但也為航空發動機制造商提出了新的要求。新型發動機在做到不斷滿足市場需求的同時,還要不斷優化自身技術水平和產品質量。
那對于航空發動機制造商來說,選擇什么樣的加工解決方案可以高效且精準的生產出這一新型高能效發動機零部件呢?埃馬克電化學加工(ECM)和精密電化學加工(PECM)技術可以說是最佳選擇,盡管目前許多開發人員和設計工程師還沒有認識到這一點。但采用該技術對那些高強度合金和類似材料加工生產出的復雜零部件,不僅使加工刀具(這里是指陰極消耗基本可以忽略不計)達到了最小磨損度,而且加工出的部件表面具有了更為卓越的品質,如無毛刺、無微觀結構變化(材料晶間結構)等。相比之下,切削工藝則會產生很多的問題,如所產生的溫度對材料的微觀結構造成負面影響;應用于高強度材料機械加工的刀具壽命短;高進給率機械加工工藝雖然經濟高效,但無法進行精密幾何形狀的加工等等。這些問題都無疑間接地推動了航空發動機制造業對 ECM 技術需求的不斷增加。自2009年,埃馬克開始研究該技術以來,已為航空發動機制造商提供了大量的設備和技術,并主要應用于飛機發動機核心零部件的生產和制造,例如高溫鎳基合金材料制造高精度整體葉盤、帶燕尾槽盤以及單個葉片。

圖3:進行渦輪盤加工,擁有多工位的埃馬克電化學加工(ECM)機床

堅持創新,埃馬克研發出更為精密的 PECM 技術
ECM 工藝可以確保材料很好的被去除。加工時,工件作為陽極,刀具作為陰極,在這兩種電極流動之間電解液可以溶解工件上的金屬離子。陰極形面與工件相匹配,發生電荷交換,陽極工件被溶解,從而確保去除工件上所需部件的形狀。不同的工件輪廓、環形通道、直槽以及環形槽都無需接觸工件即可形成,且精度高,刀具磨損小。同時,埃馬克對 ECM 技術進一步技術優化,研發出更為精密的 PECM 技術。在 PECM 技術工藝過程中,被加工工件與陰極之間的加工間隙非常小,為了使電解液在這樣小的加工間隙下實現充分的交換,該工藝主要是通過機械振蕩來優化電解液的流動,從而確保對材料進行有效、精微成型去除。如目前采用 PECM 進行整體葉盤的加工制造,便充分體現了精密電化學加工的技術優越性。
對于渦輪葉盤 DISC 的機械加工,埃馬克的專家們研發出一套配有11個工位集鉆孔、油孔輪廓加工、油口倒角成型加工以及拋光作業于一體的 ECM 加工系統。該加工系統中,高溫合金材料以每分鐘5毫米的進給速度進行深孔鉆孔加工,且無毛刺或無任何熱應力影響,加工公差在0.1~0.3毫米之間。與切削工藝相比,ECM 工藝的刀具(電極)使用壽命更長,有效降低了刀具生產成本。

從實驗室開始,對工藝開發的可行性進行評估
埃馬克旗下的 ECM 電化學金屬加工有限公司是電化學技術方面的專家,總部設在蓋爾多夫,靠近德國施韋比施哈爾市,可為客戶提供全面、系統的 ECM 技術服務,并始終與客戶保持著親密的合作伙伴關系,以期共同發展。該公司擁有一個現代化的實驗室,在這里可以進行多種可行性研究以及對單軸和多軸機器的初步學術研究。除此之外,該實驗室還可提供全面的測量系統(粗糙度、輪廓、坐標)。
通過和該實驗室的合作,埃馬克不僅可以確立項目的可行性,而且還可以了解到特殊零部件由不同材料作為原料的工藝過程的成本效益比,以及工件的加工節拍可行性分析。
在埃馬克看來,公司從一開始就要與客戶形成緊密的合作關系,這一理念被牢牢地根植于企業的發展戰略中。其所有用戶都可隨時接受來自埃馬克的指導和培訓,從而確保了制造商能夠緊跟市場需求,設計和制造出滿足終端客戶特殊需求的工件。這一企業理念對于航空發動機制造商來說,具有非常重要的意義。

與亞琛工業大學合作
埃馬克公司 ECM 在技術方面的專業性還體現在他們與亞琛萊茵-威斯特法倫技術學院(亞琛工業大學)機床實驗室一直保持著密切的合作關系。在這里,埃馬克在電化學加工的材料多維場理論的實驗分析基礎上指導陰極夾具設計理論可行性,并成功對陰極設計的改進進行了模擬,使得綜合目標得到了整合優化。不僅可以結合新的材料而且可任意變換零部件的幾何形狀,有效促進了電化學加工技術的發展。
批量生產、難以接受的可行性材料、對工件材料無負面影響、工件形面的高精確度以及最高表面光潔度——這為航空發動機制造商及航空發動機制造技術提供了難得的市場契機。埃馬克??榛拍?,更可快速調整加工模式以滿足個別部件的生產需求??梢運?,埃馬克在機床制造和研發方面具備的先進技術讓其用戶受益匪淺,特別是在技術創新方面,如埃馬克獨有的高級礦物機床底座、智能軟硬件接口以及高效自動化解決方案等,都代表了該領域的最高水平,可極大提高用戶的生產效率和質量。而且這些技術也為埃馬克 ECM 技術的進一步升級奠定了技術基礎,完全可根據客戶的需求量身定制全套的 PECM 交鑰匙解決方案。埃馬克相信 ECM 技術經過市場的考驗和證明,必將成為航空發動機制造業未來技術創新過程中必不可少的一部分。電化學加工技術時代已然到來,讓我們拭目以待?!?/p>

最近更新