【材料 说】：
前天，也就是12月17日，第二架C919国产大型客机成功返航平稳降落在浦东机场，意味着C919飞机102架机试飞取得圆满成功。我们今天就关注一下航空发动机涡轮叶片的生产过程吧，它是航空发动机最重要的零件之一，采用不同于普通材料制成的，价格非常昂贵。发动机的性能很大程度上取决于叶片型面的设计和制造水平。今天主要展示加工过程、检测过程和铸造成型工艺。
叶片加工
叶片是一类典型的自由曲面零件，加工这类零件时都有一个特点：薄，加工时易变形，并且材质通常为不锈钢、蒙乃尔合金、INCONEL、钛和镍为基础的难加工合金材料，更增添了加工的困难度，同时对加工工艺与加工用的刀具提出了更高的要求。
德国INDEX加工航空涡轮叶片
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在叶片的加工中，叶片加工难点有以下3个方面：铣工艺围带处，叶根的加工，铣拉筋孔。
还有一种加工方式是叶片和整体叶盘的整体式加工，这个视频直观学机械微信公众号三个月前分享过，在此就不再展示了，有兴趣的小伙伴可以点击下面这张图片收看。
叶片检测
对于飞机来说，发动机的正常运转是最为重要的一条，而要保证发动机安全运转，叶片的质量就必须通过严格的检测！叶片检测主要是尺寸和形状检测，以及裂纹检测。
1）尺寸和形状检测
一个发动机上有很多叶片，每一个圆盘上大概有30多个叶片，如果叶片的形状和尺寸不能够保证，那么在发动机高速运转时是非常危险的。所以对于叶片的型面和几何尺寸检测也是非常重要的，但是就叶片的形状来说常规测量方法很难进行测量，所以科学家研究出了一种三坐标测量系统，通过建立测量数据来建立模型从而判断叶片的型面和尺寸的差异。
5 axis multi-sensor system
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2）裂纹检测
裂纹是发动机机叶片最致命的缺陷。而航空发动机叶片的工作条件非常恶劣，致使叶片经常受到冲击、摩擦，同时还忍受着高温的灼烧和冷热疲劳，叶片容易产生各种各样的裂纹，如果不能及时发现并处理，会对飞机飞行安全带来极大的威胁，所以采用有效的方法来发现叶片中的裂纹一直是科学家们追求的。
目前，常用检测方法有CTI技术、TOFD技术、红外技术、UT技术等。
涡轮叶片自动检测系统
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铸造工艺
我们之前分享过一个隶属于联合发动机公司（UEC）的“乌法发动机工业协会（JSC）”，这里正在制造航空发动机的涡轮叶片。我们一起看看，这种工艺过程基本展示了全部的过程。
这里正在加工瓷土，将瓷土打碎，制作涡轮叶片的内芯。
这是加工前的瓷土。
工人正在将塑形后的瓷土模型逐个检查修形，这些做好的瓷土模型将首先烧结成熔融石英陶瓷芯。
涡轮喷气式发动机需要中空的涡轮叶片，只有高质量的陶瓷芯是失蜡法铸造的最好内芯材料，它能够在浇铸金属时依然能够保持稳定，在铸件冷却后有能通过化学工艺轻易溶解，在叶片中留下所需要的空气通道。
这是等待进行加工的瓷土模型，在外部包裹蜂蜡进行失蜡法铸造，才能得到涡轮叶片。瓷土模型可以制作成横截面非常小，而且在加工过程中变形小。
在这里工作的都是女性，细心而有耐心的女性才能胜任这里单调乏味，又特别需要认真负责态度的工作。
这些瓷土模型其实就是叶片中的空气通道，在发动机运转时，有空气在其中通过，从而冷却涡轮叶片保持工作稳定。
工人正在准备浇铸接口。
这些接口将安装二到四个叶片，这样浇铸熔融金属时可以提高效率。
工人正在给陶瓷芯包裹蜂蜡，蜂蜡的作用是在铸造范摸中形成空腔。
工人正在将蜂蜡叶片安装到浇铸接口上。
已经包裹了陶瓷芯的蜂蜡叶片。
粗壮的结构都是浇铸时的金属流道，叶片其实非常细小。
将叶片进行最后加工，这样熔融金属就可以将空腔充满，不会造成铸造砂眼。
加工好的铸造模型。
这里有很多类似的模型，生产不同规格的涡轮叶片。
下一步是将这些铸造模型包裹瓷土，制作陶范。
工人将铸造模型安装的一个旋转机械上。
用机械手在陶土液中旋转，使其均匀包裹住模型的任何部位。
这样才能算合格。
之后加入特殊风箱中，在外表喷淋瓷土，形成厚实的外壳。
操作机械的工人。
等待进行加工的铸造模型。
这是包裹陶土后的铸造模型。
这里进行风干。
精密铸造车间。
铸造模型在这里进行浇铸。
首先要进行加温，将铸造模型外部包裹的瓷土烧成陶瓷范模。
同时，将内部的蜂蜡排出，形成铸造空腔。
工人取出铸造范模。
然后这些范模将浇铸特殊合金溶液。
每种范模都要一种特别的熔炉进行加工。
这是一种大型部件的范模生产。
温度非常高。
最后，生产出的叶片还需要进行X光探伤。
每个叶片都要进行多角度探伤，防止出现任何瑕疵。
X光照片，可以看出叶片内部的空腔。
工人正在对X光照片进行检查。
整个涡轮叶片生产工艺非常繁复，完全超越了珠宝制造工业，而这仅仅是“工业皇冠上的钻石”――航空发动机制造的一小部分。
完整的叶片设计制造包括：叶片结构设计，叶片强度设计，叶片材料设计，叶片制造工艺设计。叶片使用过程中的故障模式分析等。咱们今天展示的内容只是很少的一部分。
从航空发动机涡轮叶片的发展历程来看，材料、工艺与设计一体化的趋势越加明显。发动机设计是由低水平向高水平发展，叶片材料设计也是如此，设计阶段不同，设计要求不同，设计方法不同，采用的材料和制造工艺也不相同。
来源：直观学机械。
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