發動機製造

發動機是飛行器的動力裝置。航空航天發動機製造有它本身的特點。這是因為它既要工作高度可靠，又要有儘可能小的重量。這就要求使用輕合金、合金鋼和耐熱合金製造形狀複雜的整體或薄壁零件，要求零件加工有極高的精度，要求廣泛採用熱處理、表面處理和各種特殊的加工工藝。飛行器的進步都與動力裝置的進步密切相關。世界上第一架飛機就是從成功地採用一台 8.8千瓦(12馬力)活塞式汽油發動機開始的。1938～1942年渦輪噴氣發動機的出現，為高速飛行奠定了基礎。1930年製成了使用液氧的火箭發動機，為40年代導彈的研製成功創造了條件。

從製造角度來看，前期活塞式航空發動機與汽車、拖拉機用的一般內燃機的製造基本相似，現代航空航天發動機進一步要求提高推重比、減輕結構重量和提高壽命。這就使得發動機在結構型式、材料選用和製造技術方面與一般中型機械製造很不相同。發動機的製造包括零件的製造和加工、裝配試車和質量控制三個主要方面。

零件的製造和加工 包括零件毛坯的製造、零件的外形加工以及賦予零件特定性能的熱處理和表面處理。①毛坯精化：主要採用精密鍛壓、精密鑄造和粉末冶金技術製造零件毛坯。採用精密鍛壓技術製造發動機的盤、軸、葉片等，可獲得精確的毛坯外形。等溫模鍛和超塑性等溫模鍛用於鍛造發動機中的高溫合金和鈦合金渦輪盤、壓氣機盤和整體渦輪毛坯。熔模鑄造技術在發動機製造中發展很快，已用於製造切削余量小甚至無餘量的空心渦輪葉片、整體渦輪和導向器以及鈦合金零件。採用定向凝固技術製造的定向柱晶、定向共晶和單晶葉片，能承受更高的工作溫度和應力，使高推重比發動機的製造有了重大突破。合金的超細粉末經熱等靜壓可製成供超塑性等溫模鍛的坯料，也可直接製成外形和尺寸精確的零件毛坯。製造外形和尺寸精確的毛坯（毛坯精化），既節約貴重的金屬材料，又減少切削加工工作量，提高生產率，降低生產成本。②切削加工：現代發動機製造中面臨的問題是大量難切削的金屬材料、複雜的型面和要求很高的精度與表面光潔度。因此需要採用新型刀具材料和刀具結構以及高效工藝方法。如利用強力磨削可一次磨出渦輪葉片的榫頭齒形；利用高速拉削可一次切去壓氣機葉片榫頭或渦輪盤榫槽的全部加工余量。切削加工所用的機床主要是專用機床和數控機床（見數控加工），這些機床應具有高的剛度和精度以及大的驅動功率。③鈑金成形和焊接：現代發動機製造中，用鈑金成形和焊接方法製造的零構件數量顯著增加，如噴氣發動機殼體、燃燒室、尾錐和氣冷式板焊空心葉片等，製造工作量約佔20％以上。這些零構件所用的材料為鈦合金、耐熱鋼和高溫合金等難成形材料，故在成形中廣泛採用熱成形、超塑性成形、強力旋壓等工藝方法。為保證焊接質量，大量採用氬弧焊、電子束焊和真空釺焊。摩擦焊和擴散連接技術用以連接軸、盤等重要承力構件和異種材料（見焊接技術）。④特種加工：特種加工在發動機製造中是常規機械加工不可缺少的補充加工方法。其中以電加工和激光加工的發展最為迅速。在發動機的燃燒室、葉片和冷卻管上均帶有大量冷卻小孔。這些孔不但數量眾多、材料難切削，而且有些孔的形狀特殊、深徑比大，只能採用特種方法加工。例如，燃燒室上大量深度較淺的氣膜冷卻小孔可採用高生產率的激光打孔或電子束打孔。對一些孔徑較大深徑比也較大的小孔可採用電加工。⑤熱處理和表面處理：飛行器發動機的所有零件都要經過熱處理，使零件具有必要的性能，消除殘餘應力，穩定尺寸。除採用通用的熱處理工藝和設備外，還採用真空熱處理和在保護氣氛中熱處理。在化學熱處理方面，除滲碳、滲氮外，滲金屬和多元素共滲技術有了很大的發展。例如，在渦輪葉片表面進行鋁-鉻共滲或鋁-硅共滲，可以顯著提高零件的抗高溫腐蝕性能。表面塗層技術在發動機製造中的主要作用是提高零件的耐磨性、耐蝕性和熱穩定性，延長使用壽命。例如，在壓氣機風扇葉片凸台表面噴塗一層碳化鎢塗層，可顯著提高表面的耐磨性能；在燃燒室的表面塗敷高溫陶瓷，可以顯著提高零件的抗高溫氧化和耐腐蝕的性能；在機匣的表面噴塗鋁或塑料等用以控制間隙的塗層，可以保證機匣與相鄰葉片之間的最小間隙尺寸。

裝配試車 發動機的性能要求十分嚴格，它的空間結構又非常緊湊，故裝配過程必須非常仔細。在裝配過程中，不允許對裝配零件進行整修，其配合精度完全靠機械加工精度和鉗工調整來保證。如火箭發動機渦輪泵的端面密封需要使用光學平晶檢查，並在裝配後進行氣密性檢查，嚴防泄漏。高速轉動的渦輪泵等部件裝配后必須在精確度極高的動平衡機上仔細平衡。在裝配前後，還須仔細清查裝配零部件的數量，防止有多餘的零件遺留在發動機內。一些精密部件（如活門部件）的裝配和總裝必須在清潔、防塵並有空調裝置的廠房內進行。每台發動機第一次裝配完畢后，必須先進行工廠試車，隨後分解、清洗和嚴格檢驗。檢查發動機零件在運行過程中有無磨損或性能不符合要求處，以便採取措施，消除隱患。經過檢驗合格的零件重新進行裝配，再作檢驗性試車。試車性能全部合格後方能出廠。在成批生產的發動機中，還須定期抽檢一台，模擬使用狀態進行長期試車，以考驗同批發動機的性能是否穩定可靠。上述試車時間均計入發動機的額定使用壽命內。

質量控制 在發動機製造中嚴格的質量控制貫穿於發動機製造的全過程，從原材料開始，經過毛坯製造、機械加工、熱處理、表面處理、裝配試車，直到包裝運輸、交付使用，每一工序都對質量要求及控制技術措施有明確的規定。在幾何量的檢測方面，關鍵是高精度、多尺寸檢測和複雜型面的檢測。以光學投影和數字顯示技術為主要內容的現代化幾何量檢測技術，在發動機製造中獲得普遍應用。多坐標數控測量機已成為重要的檢測工具，大量用於檢測形狀複雜又多孔的機匣、殼體類零件和具有不同空間角度的彎管以及精密複雜的工藝裝備。多點電子測量儀已用於葉片生產線；主動檢驗在高精度零件精加工工序和自動線中得到普遍應用。理化性能檢測中的無損檢測，如X射線探傷、超聲探傷、磁粉探傷、熒光探傷、渦流探傷和激光全息攝影技術等，不僅用於發動機零部件的質量檢查，而且也用於原材料和毛坯的質量檢查。重要零件的毛坯要逐件檢查。金相檢驗、室溫和高溫機械性能等破壞性檢驗方法，也用來對特別重要的零件作抽樣檢查。