先進(jìn)的設(shè)計(jì)方案必需依靠新材料技術(shù)及現(xiàn)代制造技術(shù)才能實(shí)現(xiàn)，而新材料的研發(fā)和應(yīng)用與相應(yīng)的制造技術(shù)也是密不可分的。
自20世紀(jì)80年代中期，西方發(fā)達(dá)國(guó)家在新型航空發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)中采用整體葉盤(pán)結(jié)構(gòu)作為最新的結(jié)構(gòu)和氣動(dòng)布局形式，它代表了第四代、第五代高推重比航空發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的發(fā)展方向，已成為高推重比發(fā)動(dòng)機(jī)的必選結(jié)構(gòu)。
整體葉盤(pán)是把發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的葉片和輪盤(pán)設(shè)計(jì)成一個(gè)整體，采用整體加工或焊接(葉片和輪盤(pán)材料可以不同)方法制造而成，無(wú)需加工榫頭和榫槽。
整體結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)：
葉盤(pán)的輪緣徑向高度、厚度和葉片原榫頭部位尺寸均可大大減小，減重效果明顯;
發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子部件的結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化;消除了分體結(jié)構(gòu)榫齒根部縫隙中氣體的逸流損失;
避免了葉片和輪盤(pán)裝配不當(dāng)造成的微動(dòng)磨損、裂紋以及鎖片損壞帶來(lái)的故障，從而有利于提高發(fā)動(dòng)機(jī)工作效率，可靠性得以進(jìn)一步提升。
整體葉盤(pán)結(jié)構(gòu)主要應(yīng)用：
風(fēng)扇及高壓壓氣機(jī)部分。航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造公司(MTU)預(yù)測(cè)：在21世紀(jì)，隨著新材料、新結(jié)構(gòu)的應(yīng)用水平提高，未來(lái)各種航空發(fā)動(dòng)機(jī)的風(fēng)扇、壓氣機(jī)及渦輪將全面采用整體葉盤(pán)結(jié)構(gòu)。
材料:
主要有鈦合金和鎳基合金。鈦合金材料主要用于風(fēng)扇及高壓壓氣機(jī)的前幾級(jí)盤(pán)，而高壓壓氣機(jī)后幾級(jí)盤(pán)則多采用鎳基高溫合金。
整體葉盤(pán)制造的三大技術(shù)：
數(shù)控銑削(HSC)
線性摩擦焊(LFW)
電解加工(ECM)
1數(shù)控銑削(HSC)整體葉盤(pán)
整體葉盤(pán)數(shù)控加工工藝主要有兩種，五坐標(biāo)數(shù)控加工實(shí)體坯料成形工藝和葉片先焊接到盤(pán)上再進(jìn)行數(shù)控機(jī)械加工去除焊縫的多余材料工藝。
美國(guó)GE和普惠公司、英國(guó)羅˙羅公司等均采用五坐標(biāo)數(shù)控加工技術(shù)開(kāi)展了整體葉盤(pán)研制，充分利用數(shù)控加工具有的快速反應(yīng)和可靠性高的特點(diǎn)，保證了整體葉盤(pán)型面精度。但采用該方法從整體葉盤(pán)毛坯到葉盤(pán)零件的制造過(guò)程中，材料切除率超過(guò)90%，材料利用率較低，且綜合技術(shù)難度非常大。
Delcam和600 Centre公司開(kāi)發(fā)了新型整體葉盤(pán)生產(chǎn)方法，使型面和孔加工一次完成。葉型加工采用通常的五坐標(biāo)機(jī)械加工方法。在一臺(tái)配有主軸轉(zhuǎn)速為24000r/min的Fanuc Robodrill T2liE機(jī)床上，配有PowerMILL CAM系統(tǒng)，并有Nikken130裝置提供第4和第5個(gè)坐標(biāo)移動(dòng)。
Teleflex Aerospace 采用銑切加電加工組合方案，先用電化學(xué)加工葉片，再用銑切方法加工輪轂。為了提高效率，他們利用CAM軟件，產(chǎn)生粗加工和精加工聯(lián)合路徑，從而取消了手工拋光，大大節(jié)約成本提高了效率。在加工過(guò)程中，他們還采用專(zhuān)利技術(shù)避免加工干涉。
2線性摩擦焊(LFW)整體葉盤(pán)
線性摩擦焊屬于固相焊接方法，焊縫是致密的鍛造組織，接頭性能優(yōu)異，工藝適應(yīng)性強(qiáng)，可焊接材料面廣，其最大的優(yōu)勢(shì)可實(shí)現(xiàn)特殊結(jié)構(gòu)(如空心葉片整體葉盤(pán)結(jié)構(gòu))、異種材料的焊接;焊接過(guò)程無(wú)電弧、射線輻射等污染，是一種高效、節(jié)能、環(huán)保的綠色焊接技術(shù)。
采用線性摩擦焊加工整體葉盤(pán)與用其他加工方法相比具有突出的經(jīng)濟(jì)效益，受到了西方發(fā)達(dá)國(guó)家的青睞。對(duì)于線性摩擦焊技術(shù)，西方各個(gè)大的發(fā)動(dòng)機(jī)公司早在20世紀(jì)80年代就開(kāi)始線性摩擦焊制造技術(shù)及整體葉盤(pán)結(jié)構(gòu)制造相關(guān)的試驗(yàn)研究工作。
線性摩擦焊技術(shù)最早出現(xiàn)于英國(guó)1969年專(zhuān)利，20世紀(jì)80年代英國(guó)劍橋焊接研究所研制的線性摩擦焊機(jī)，可焊接方形、圓形、多邊形等不規(guī)則截面的金屬和塑料構(gòu)件。羅˙羅和MTU等公司推動(dòng)和發(fā)展了這種新設(shè)備和新技術(shù)，2000年開(kāi)始用于EJ200和F119等發(fā)動(dòng)機(jī)部分整體葉盤(pán)的制造。
自1988年開(kāi)始實(shí)施的美國(guó)綜合高性能渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)計(jì)劃(IHPTET)到2005年已基本完成，歷經(jīng)18年，耗資約60億美元，研究?jī)?nèi)容涉及線性摩擦焊工藝裝備、接頭性能和基礎(chǔ)研究，完成了整體葉盤(pán)的綜合驗(yàn)證、帶整體葉盤(pán)轉(zhuǎn)子的兩級(jí)前掠風(fēng)扇的修理研究等，其成果已應(yīng)用到許多軍民用發(fā)動(dòng)機(jī)的新型號(hào)研制和現(xiàn)有型號(hào)的改進(jìn)改型上。
MTU等公司還利用線性摩擦焊技術(shù)進(jìn)行了17-4PH、Ti-6Al-4V、 γ-TiAl模擬葉片和輪盤(pán)的焊接。
歐盟耗資近400萬(wàn)歐元，于2006年完成了雙性能鈦合金線性摩擦焊整體葉盤(pán)研制的DUTIFRISK計(jì)劃，利用線性摩擦焊加工出異種鈦合金的雙組織、雙性能整體葉盤(pán)，使得輪盤(pán)和葉片都能選用最佳使用狀態(tài)的材料，從而保證最佳性能。
國(guó)外線性摩擦焊接技術(shù)已相當(dāng)成熟，用于制造整體葉盤(pán)的配套技術(shù)也日趨完善，葉盤(pán)焊接后組合精加工余量很小。先將葉片夾緊在專(zhuān)用夾具上，并使葉片和輪盤(pán)的位置對(duì)齊，然后將葉片沿特定方向高速振動(dòng)，在葉片和輪盤(pán)葉根接觸面產(chǎn)生一個(gè)很窄的摩擦加熱區(qū)，當(dāng)加熱區(qū)的溫度達(dá)到要求的溫度時(shí)即停止振動(dòng)，在葉片與輪盤(pán)施加頂鍛力使其焊接在一起，最后通過(guò)數(shù)控清根設(shè)備將焊后的飛邊和裝夾凸臺(tái)去除，并將焊接接頭部位加工成適合的葉型。
羅羅公司和MTU公司已用線性摩擦焊技術(shù)成功制造了寬弦空心風(fēng)扇葉片整體葉盤(pán)，將為JSF的發(fā)動(dòng)機(jī)提供LFW焊接的整體葉盤(pán)。
可以看出，西方發(fā)達(dá)國(guó)家在線性摩擦焊工藝技術(shù)的研究及專(zhuān)用設(shè)備的研制方面都已經(jīng)達(dá)到工程化應(yīng)用水平，而且已在先進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)研制中得到成功應(yīng)用。
3電解加工(ECM)整體葉盤(pán)
精密振動(dòng)電解加工應(yīng)用于高溫合金整體盤(pán)的精密高效加工，與數(shù)控銑削方法相比有著效率高(工時(shí)可減少50%以上)、加工高強(qiáng)度/高硬度材料時(shí)電極(刀具)無(wú)損耗、加工薄型結(jié)構(gòu)無(wú)殘余應(yīng)力和變形的優(yōu)勢(shì)。電解加工優(yōu)質(zhì)、高效的技術(shù)特點(diǎn)在批量研制中十分突出。美、德、荷、日等國(guó)家十分重視電解加工在整體結(jié)構(gòu)中的作用，不間斷地進(jìn)行系統(tǒng)研究。
美國(guó)GE早在20世紀(jì)80年代末就采用數(shù)控電解加工了T700的鋼制整體葉盤(pán)、F22的GE37/YF120發(fā)動(dòng)機(jī)的鈦制整體葉盤(pán)及F414發(fā)動(dòng)機(jī)的高溫合金整體葉盤(pán)。與數(shù)控銑削加工方法相比，電解加工的加工時(shí)間減少了50%~85%。在整體葉盤(pán)葉柵高效去除加工技術(shù)上，GE公司采用了效率更高的多軸數(shù)控電接觸加工方式，采用成形或近成形陰極進(jìn)行多坐標(biāo)數(shù)控送進(jìn)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)加工，加工出的葉片葉型仍留有一定余量，該技術(shù)已在中國(guó)申報(bào)了專(zhuān)利。
美國(guó)Teleflex˙Aerospace公司是支持商務(wù)與軍用飛機(jī)的公司。該公司實(shí)現(xiàn)了密集葉柵整體葉盤(pán)等結(jié)構(gòu)的五坐標(biāo)數(shù)控電解加工，并具備了成熟的表面拋光等相關(guān)技術(shù)。其生產(chǎn)線專(zhuān)門(mén)為GE、羅˙羅和普惠等大公司電解加工航空整體葉盤(pán)等復(fù)雜結(jié)構(gòu)件。
荷蘭Philips Aerospace公司宣布將采用電解加工直徑達(dá)1.1m的整體葉盤(pán)，該盤(pán)將用于聯(lián)合攻擊機(jī)(JSF)項(xiàng)目的F136發(fā)動(dòng)機(jī)中。據(jù)報(bào)道，JSF項(xiàng)目把制造成本放在首位，從研制階段到批量生產(chǎn)階段，電解加工成為其首選。
德國(guó)MTU公司2000年后首次成功應(yīng)用精密振動(dòng)電解加工技術(shù)加工EJ200高溫合金整體葉盤(pán)，葉盤(pán)直徑為φ650mm，電解加工后葉型達(dá)到了最終精度，不需要進(jìn)行后續(xù)修整。
TU研制出了世界上第一臺(tái)專(zhuān)用于加工整體葉盤(pán)的精密振動(dòng)電解加工設(shè)備，在該設(shè)備上，集成了具備世界領(lǐng)先水平的振動(dòng)進(jìn)給匹配技術(shù)、短路保護(hù)技術(shù)以及精密過(guò)濾技術(shù)。
電解加工精度一旦可以滿足整體葉盤(pán)加工要求后，結(jié)合其無(wú)可比擬的高效率，將會(huì)在難加工材料整體結(jié)構(gòu)制造中占據(jù)重要的地位。美國(guó)航空宇航制造公司(GKN)預(yù)測(cè)：未來(lái)5~6年內(nèi)電解加工整體葉盤(pán)的市場(chǎng)將增長(zhǎng)400%。
