锻压技术
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2023年3月18日发(作者：商业分析)叶片锻造技术知识要点
1、发动机工作原理
发动机工作时，空气连续不断地被吸入压气机，并在其中压缩增压后，进入
燃烧室中，经过喷油燃烧成为高温高压燃气，再进入涡轮中膨胀作功以驱动压气
机。经过涡轮的气流仍然具有较高的压力和温度，通过尾喷管以高速排出发动机，
产生反作用推力。
图1发动机工作原理图
2、叶片工作原理
叶片的主要作用在于与发动机腔体配合形成空气或燃气截面及方向的不断
变化，与主轴或涡轮盘等配合实现燃气发生器高温压缩易燃气流，同时能保证燃
气的高速流动并转换成所需要的飞机运动动力。
3、扩压器定义
紧随透平或压气机叶片之后的通流面积逐渐扩大的，使工质流速降低以提高
工质静压的通道结构。
4、压气机叶片的工作原理
压气机是利用输入的机械功对空气进行压缩，提高空气的压力，供后面的燃
烧室燃烧用。压气机叶片对气流增压的原理，又有亚音速增压和超音速增压之分。
5、亚音速压气机的结构特点：进口小，出口大，亚音速空气进入后可通过
后面的扩张口减速增压，气流方向有斜向变正。
6、超音速压气机结构特点：气流在该通道中基本不转弯，是靠冲击波突越
将超音速气流突降为亚音速气流，从而达到提高气体压力的目的，这种靠冲击波
减速降压的能力比亚音速要大。
静叶的作用是使气流由斜变正，由斜变正就相当于气流的减速增压。
7、涡轮叶片
涡轮的作用是将燃烧室后高温高压燃气的一都分能量转换为转子高速旋转
的机械能，以带动压气机及有关附件。
8、涡轮叶片也有动叶和静叶，与压气机不同的是涡轮的静叶在前.动叶在后。
涡轮的静叶又叫导向叶片。导向叶片和动叶叶栅的通道与压气机叶片相反，是收
敛型通道。如图所示。
9、叶片受到的作用力
叶片受到叶片自身的离心力，空气产生的气动力，叶片受热不均匀产生的热
应力，叶片震动产生的交变应力，随机载荷。
10、热疲劳现象
当容器或构件由于其温度的反复变化而引起其金属材料的疲劳现象称为热
疲劳。
11、叶片的分类
叶片按照功能分为压气机
叶片和涡轮叶片。
按照工作状态可以分为转
子叶片和静子叶片，即工作叶片
和整流叶片。
按照材料分类：可以分为铝
叶片，钢叶片，钛叶片，高温合
金叶片和高温合金叶片。
按照有无阻尼分为带阻尼
台叶片和不带阻尼台叶片。
按照是否是实体，分为实心
叶片和空心叶片，比如，零级调
心叶片为了防止冰雹做成空心，
静叶片利用中心打孔来加润滑油和冷却轴承。
12、压气机叶片越来越短，气流在其中受到压缩，其动叶的转角为三四十度，
叶片薄；涡轮机叶片越来越长，气流在其中受到膨胀扩张，其转角大于100度，
叶片厚，这是根据空气动力学原理来确定的。
13、叶片与叶轮之间的链接主要是通过榫头榫槽连接的
榫头的形式有燕尾式，销钉式和枞树形。
榫头要求：在重量轻，尺寸小的条件下，尽量的牢固。
榫头和榫槽是间隙配合，给材料的膨胀留有余地。
枞树形榫头各部分的应力接近相等，承受能力强尺寸小，重量轻，工艺性差。
14、现代发动机叶片制造技术具有以下主要特点：
（1）主导制造技术采用先进制造工艺，例如毛坯制造，特别是批量生产中
的毛坯制造应尽量采用少、无切削加工的精密锻造、高速挤压、精密辊锻等。
（2）焊接技术方面：静子叶片组件、可调叶片组件的真空钎焊，磨合金的
感应钎焊，涡轮叶片、涡轮导向叶片的扩散钎焊、组件钎焊，以及涡轮叶片叶冠
耐磨层的真空电弧钎焊、电弧堆焊、激光熔敷等技术的应用。
（3）叶片表面处理技术方面的表面喷丸强化，表面光饰，表面涂、镀、渗
防护层、耐磨层技术的应用。
（4）众多的叶片质量控制项目和特种检测技术，如X射线，荧光、超声波
等物理检测。
15、发动机叶片特性
压气机决定了总增压比，涡轮机限定了涡轮前温度。
16、涡轮机叶片
早期涡轮叶片用镍基变形高温合金采用锻压技术制造。其主导制造工艺为：
下料——剥皮——顶锻——车锥体——预锻——终锻——切边——热处理——
铣榫头——磨榫齿——叶身电解加工——抛光。
17、压气机叶片通常采用锻压技术制造
压气机叶片主导的制造工艺主要有：
（1）普通末段，然后拉、铣削榫头，仿形加工叶身，抛光。
（2）高速锤挤压变形热处理半精锻制坯，机加榫头，冷精轧无余量叶身。
（3）高速锤挤压半精锻制坯，机加榫头，精密温辊锻小余量叶身，化铣，
真空热处理，精抛光。
（4）精密锻造。化铣，热处理(或真空热处理)，数控加工，抛光。
（5）等温锻造，化铣，热处理(或真空热处理)，数控加工，抛光。
（6）精密锻造，化铣，热处理，机加榫头，冷精轧无余量叶身。
（7）板材冲切，热处理，无余量冷精轧。
18、立体平版印刷快速原型（Stereolithography）
又称为光敏液相固化法、光固化成形、立体光刻等，使最早出现的技术最成
熟和应用最广泛的快速原型技术。它是在树脂槽中盛满液态光敏树脂，使其在激
光束或紫外线光点的照射下快速固化。这种工艺方法适用于制造中小型工作，能
直接得到塑料产品。它还能代替蜡模制作浇铸模具，以及作为金属喷涂模，环氧
树脂模和其它软模的母模，是目前较为成熟的快速原型工艺。
19、叶片设计的通用安全系数
20、叶片选材应依据的基础原则是系统工程原则。
系统工程是用来研究具有自动调整能力的生产机械，以及象通讯机械那样的
信息传输装置、服务性机械和计算机械等的方法，是研究、设计、制造和运用这
些机械。
21、航空发动机叶片选择基本程序
（1）、根据使用温度确定材料的室温，高温极限温度。
（2）、根据应力场确定材料的静态、动态强度。
（3）、根据叶片的寿命、工作温度、应力场等确定叶片材料的疲劳强度，持
久度，物理性以及化学性。
（4）、根据上述要求确定材料的种类和金属牌号。
22、压气机载荷情况
气动负载大，转速高，离心力大，此外还有外物的进入，外界条件的腐蚀性。
压气机叶片材料的选择条件
（1）、低的热膨胀系数
（2）、高的比强度，比钢度
（3）、较高的抗腐蚀性、较好的组织性、较高的耐氧化性
（4）、良好的冲击韧性，断裂韧性、高的疲劳韧性
（5）、良好的制造工艺性，合理的性价比。
压气机叶片应具有较高的抗疲劳性，包括材料的疲劳极限，过负载持久值，
缺口敏感度，过负载损伤特性，此负载锻炼强化特性等。
材料的阻尼性能具有将部分振动的能量转变成为其他形式的能量（主要是热
能）的能力，这种现象成为“内耗”。表示这一特征的参数是材料的振动衰减系
数，用δ表示。叶片的振幅与材料的成反比。
叶片材料特别是风扇材料，要求具有较高的断裂韧性和低的裂纹扩展速度。
23、涡轮叶片载荷情况
高温，高压强烈冲刷气动力，自身离心力，交变力，热应力
涡轮材料的选材条件
（1）具有较高的高温抗蠕变和持久断裂能力，良好的中温综合性能。
（2）具有良好的抗氧化及热腐蚀能力。
（3）较高的比强度和比刚度。
（4）具有良好的导热性能和尽可能低的热膨胀系数。
（5）具有长期组织稳定性，尤其是无使用温度下拓扑密排相的析出。
（6）良好的制造(如铸造、焊接、加工等)工艺性能。
（7）较低的综合成本、较长的寿命及较低的修理成本。
24、叶片的主要失效形式主要有外物损伤，变形拉伸，断裂。
25、叶片发动机常用材料有铝合金、钛合金、不锈钢、高温合金
钛合金的分类有α钛合金，α+β钛合金，β钛合金。
26、不锈钢特性
不锈钢具有良好的抗腐蚀性能，高的强度、耐磨性和较宽的工作范围，以及
良好的工艺塑性。
航空发动机压气机叶片所采用的不锈钢为耐热不锈钢，工作温度在400-600
度，主要为马氏体型耐热不锈钢。但由于比重较大，其比强度及抗盐雾和抗燃气
腐蚀性能均不如钛合金，因此在涡旋发动机及高推重比的发动机中已被热强钛合
金所取代。
27、高温合金
工作温度在600-1100度的叶片材料为高温合金，它具有良好的热稳定性，
热强性和高温组织稳定性，可在高温下长期承受氧化、燃气腐蚀和复杂应力的作
用而可靠工作。主要适用于制造航空发动机的燃端部件，涡轮叶片。
高温合金按照其基体元素的不同分为镍基、铁基和钴基三类，按照形成方式
不同分为变形高温合金和铸造高温合金两类。
28、航空材料的发展
航空叶片材料发展的趋势高性能化(轻质、高强、高模、高韧、耐高温、抗
氧化、耐腐蚀等)、低成本化。采用热强性更好，抗热腐蚀能力更高，并长期工
作时组织稳定的高温合金，对于叶片零件，特别是涡轮叶片来说，是设计的首选。
29、叶片模锻件属于众多模锻件中的长轴类锻件
模锻叶片按叶身型面单面加工余量的大小可分为四种。
普通模锻叶片：叶型加工余量为1.5-3mm。
小余量模锻叶片：叶型余量小子普通模锻叶片。为0.5-1.5mm。
半精锻叶片：叶型余量小于小余量模锻叶片，为0.3-0.5mm。
精锻叶片：叶型、安装板内侧面锻造余量为0.2-0.3mm然后经化学铣切达到
无余量。
30、叶片锻压成形工艺类型
按选用的锻造设备分:主要有压力机锻压成形、锻锤锻压成形、螺旋压力机
锻压成形、高速锤挤压成形、辊锻机辊轧成形以及液压机上等温锻成形等工艺。
锤锻压力机特点作为锻锤，锻压成形叶片，一般精度较低，只适用于普通模
锻叶片。热模锻压力导向精度较好，适合于小余量叶片模锻，精度较高的设备也
可用于半精锻和精锻工艺。
31、叶片锻件设计
叶片主要由樟头和叶身以及叶冠组成。榫头是叶片和轮盘的连接部分，有燕
尾形、校链形、安装板形、销轴形和枞树形。转子叶片多采用定位较好、安装方
便的燕尾形和枞树形。
叶身有变截面和等截面两种，型面有直纹面、衍生面和其他形状。
叶片的结构特征，大致可按榫头、叶身、叶冠以及定位凸台、阻尼台等几个
部分。
32、叶片的设计步骤如下：
1)根据叶片的形状、尺寸、材料和生产条件选择模锻方法。
2)计算平衡角，确定锻造平面，换算新坐标系，确定设计基准。
3)计算锻件的真实尺寸。
4)确定加工余量和公差。
5)设计定位凸台和选择工艺基准。
6)绘制锻件图样。
33、合金涡轮叶片模锻的主要工序为下料，探伤—顶锻—车锥体—预锻—终
锻。
34、叶片精锻工艺概述
叶片精锻工艺是一种新兴的叶片锻造工艺，它采用高精度的锻造设备、完善
的检测和辅助处理工艺，开拓了叶片锻造行业的新领域，使叶片锻造工艺向前迈
出了一大步。
35、叶片精密锻造工艺，主要特点是
（1）叶片锻件质量特别是尺寸精度高
（2）叶片锻件的性能好。
（3）材料利用率提高。
（4）叶片制造生产效率提高。
36、影响叶片余量和公差的因素有：
①叶片材料的影响。
②叶片尺寸的影响。
③加热方式的影响。
④锻压设备的影响。
⑤叶片的加工方式的影响。
⑥叶片各部位的影响。
37、叶片精锻工艺的构成
叶片精锻工艺主要由主导工艺、辅助工艺和叶片检测等三部分组成。
38、叶片校正
热矫正：热校正在液压机或专门的热校正压力机上进行，步骤是：首先将叶
片在专用校正加热炉中加热几分钟，然后转入模具中(模具预热温度与叶片加热
温度相同)静压几分钟。
39、叶片热处理
热处理是决定叶片内部组织好坏的最终环节。
叶片热处理面临三个困难：
（1）叶片组织性能的确保
（2）叶片锻件的保护
（3）叶片锻件受热后的变形
40、化学铣削
化学铣削是把工件表面不需要加工的部分用耐腐蚀涂层保护起来，然后将工
件浸入适当成分的化学溶液中，露出的工件加工表面与化学溶液产生反应，材料
不断地被溶解去除。工件材料溶解的速度一般为0.02～0.03毫米/分，经一定时
间达到预定的深度后，取出工件，便获得所需要的形状。
41、叶片的工艺基准和工艺凸台
工艺基准和工艺凸台是提供叶片的机械加工定位和作检验测量基准使用。锻
件图上必须标明工艺基准，当叶片本身不能满足工艺要求时，常在叶尖外端增加
一个工艺凸台。
工艺凸台做在距叶尖端一定距离，留出切除凸台刀口，形状有矩形、回柱形
和方形等。
矩形的工艺凸台除作加工定位外，也用于电解加工时引入电流的电极台；回
柱形的、方形的工艺台常作机械加工打顶针孔用。工艺凸台的形状和尺寸应由机
加工艺来确定。
工艺凸台的截面积，应不大于叶身截面积，这样可以直接用棒材模锻成形，
可合理利用金属。工艺凸台在级造工艺上也作切边定位用，但有了工艺凸台增加
了叶片材料消耗，模具制造复杂，提高了叶片的制造成本。
42、叶片锻压工艺过程设计
（1）主导工艺方案的选定。
在锻件图样和有关技术标准规定的基础上，确定叶片锻造的主导工艺，即确
定毛坯类型、加热方式、主成形方法和热处理类型等。
（2）工步的设计
其中包括工步和工序件图；工步和工序件的质量标准及其检验方法；毛坯规
格与重量；工艺参数等。
（3）主导工艺流程设计
在确定主导工艺的同时，就应根据锻件图样和技术标准的要求，初步拟定基
本工艺流程以供生产准备用。
（4）加热规范制定
（5）配套工序选择
主要包括：冷却工序；锻件热处理工序；叶片的表面热处理与加工工序。
（6）质量控制
学习小结：
以上是我在学习叶片锻造的过程中记录的一些知识要点，通过对叶片锻造技
术的学习，我对叶片的锻造技术，锻造过程有了一定的了解，了解的航空发动机
的工作的基本原理，叶片的材料选择等基本知识，但是我觉得自己学习的不够深
入，还学要继续学习！