技术分享丨国内压气机叶片无余量精密锻造的前世今生
锻造是机械加工领域的基本成型工艺之一，具有悠久的历史，几乎可以成形任何一种金属，并且得到优越的组织和综合机械性能，通常应用于受力大、要求高的重要零件。
1、何为精密锻造和无余量精密锻造？
锻件的生产方法从大的类别可分为自由锻和模锻，这两种工艺方法，都要在零件的基础上添加机械加工余量，以解决锻造工艺尺寸精度和表面粗糙度无法达到零件要求的问题。
何为精密锻造？对于航空用锻件，在航空标准HB6077-2008《锻件公差及机械加工余量》 中将锻件的精度分为三个等级：
- F级（普通级）
- E级（精密级）
- D级（高精级） 从这个层面来说，能达到E级和D级精度的就可以被称为精密锻造了，但是这个精度级别的锻件还是带有加工余量的。对于航空发动机叶片来说，由于其自身的结构特点，产生了无余量精密锻造这个开创性的制造工艺。
2、压气机叶片为什么适合无余量精密锻造？
压气机叶片分为转子叶片和静子叶片两种。空气从航空发动机和 燃气轮机的进气道进入流道（图中以著名的CFM56发动机为例，红色部分即为压气机流道，从前向后，截面积越来越小），其中的转子叶片为空气加压、静子叶片调整气流方向，使得空气压力不断加大、温度不断升高，为后续的燃烧室燃烧做好准备。
可以看到，随着流道越来越“窄”，叶片尺寸由大到小，每级数量从几十个到一百多个不等，可见流道内的压气机叶片数量之多，在发动机中费用和加工工时加工占比高。
由于压气机叶片是流道内空气流过的重要零件，尺寸要求严：
- 通常的尺寸量级为型面轮廓度 0.1mm，弯曲 0.1mm，扭转 20'
- 表面粗糙度要求至少 Ra0.4μm，否则严重影响压气机效率
现代航空发动机追求更高性能和指标的两个直接有效手段：
- 提高整个流道的温度
- 减少重量
这两个措施直接关系到叶片的选材：
- 一代、二代发动机中压气机叶片通常为 铝合金、不锈钢 和少量 钛合金
- 三代航空发动机以后，基本上是 钛合金 和 镍基高温合金
- 钛合金：重量轻，耐温性能高于铝合金
- 镍基高温合金：重量重，耐温性能更高
叶片的结构型面为曲面，在数控手段和技术没有达到一定水平的时候，型面的加工靠手工抛光加测具样板检测的方式，效率低、精度差，即使在现在数控设备的水平和数量下，加工机时和刀具损耗仍大大限制了加工效率，增加了成本。现代航空发动机叶片材料昂贵，采用模锻方法加工叶片，大量的材料被浪费，成本极高。对于小型发动机，叶片尺寸小，型面特别是进气边和排气边极薄，加工变形问题也是一个难题。
为了解决这些困难，压气机叶片无余量精密锻造技术应运而生。
3、国内压气机叶片无余量精密锻造技术的发展历程
在航空发动机、船用和地面燃气轮机等现代动力装置制造时，压气机叶片作为主要零件之一，品种多、数量大、材料贵、质量要求严，而且机械加工难度大，无余量精密锻造就是近现代在这种背景下逐步发展起来的一项重要生产技术，西方航空动力发达国家普遍采用无余量精密锻造的方法生产压气机叶片锻件。无余量精密锻造的压气机叶片，型面（不含进排气边）和内缘板面不需要进行机械加工，直接达到设计图纸的尺寸精度和粗糙度，几乎可以解决上述问题。
国内的无余量精密锻造叶片是如何发展起来的呢？
上世纪七十年代：国内从英国罗尔斯·罗伊斯公司引进斯贝MK202涡扇发动机全套图纸、工艺在内的制造技术，压气机叶片精密锻造技术就是其中的一部分，并且由罗尔斯·罗伊斯公司帮助在西安航空发动机（集团）有限公司（现航发动力股份有限公司）建设了叶片精锻生产线。
1997年：由西安航空发动机（集团）有限公司、以色列叶片技术国际公司及美国普惠公司三方共同出资组建了合资公司西安安泰叶片技术有限公司，产品同样为压气机精锻叶片。
上世纪末：斯贝MK202发动机开始全面国产化工作，国产化型号为涡扇九，由西安航空发动机（集团）有限公司承制，后列装飞豹系列歼击轰炸机，精锻叶片就是其中重要的零件之一。西安航空发动机（集团）有限公司锻造厂在罗尔斯·罗伊斯公司技术基础上，部分借鉴了源于美国的安泰公司技术，成功完成了精锻叶片的研制。并且陆续将叶片精锻技术扩展到早期型号的发动机压气机部分叶片，用以解决喘振问题，后续的三代、四代发动机中也得到了批量应用。
至此，铝合金、不锈钢、钛合金及高温合金材料的精锻叶片在多个由西安航空发动机（集团）有限公司承制的航空发动机、燃气轮机中装机使用，特别是镍基高温合金叶片无余量精锻达到国内领先水平，这也是国内无余量精密锻造叶片技术的起源。