1 整体构件的应用及加工现状
    在先进航空航天发动机设计中，整体构件设计被越来越多地采用，如整体叶轮、整体扩压器、整体机匣等。整体构件的设计制造逐渐成为先进航空航天动机设计制造的发展方向，对于实现武器装备轻量化、小型化、自动化、全寿命可靠、高性能价格比等目标，具有重要推动作用。另外，在现代高速列车、大型船舶、先进涡轮机械等工业产品中，整体构件设计也逐渐获得应用，对于增大功率、提高速度、提高产品可靠性，以及节能减排、改善环境，都具有重大意义。
　　然而，由于整体构件的几何构形复杂并且材料难于加工，其整体制造已经成为世界性制造技术难题，各先进工业国都在努力研究开发相关制造技术，以求优质、高效、低成本、快速响应地制造整体构件。对于一般由不锈钢、铝合金、甚至部分钛合金材料制成，加工可达性较好的敞开式整体构件，传统加工工艺（如数控铣削、精密铸造等）已经能够较好地完成加工，即便如此，国外发达国家仍在大力研究新工艺、新方法，以求降低生产成本、提高加工精度；但对于由高温合金等难切削材料制成，加工可达性很差的闭式、半闭式薄壁整体构件的整体制造难题，特种加工技术将是解决其加工问题的首选工艺方法，尤其在实现真正的整体制造（非传统上的先进行分体加工，然后再装配联接或焊接成整体构件的制造）中将占有重要地位。
    2 整体构件的结构特点及工艺难点
    从制造的角度，整体构件的结构特点如下：
    （1）构件上的气流通道多为结构复杂的异形型腔，部分是二维弯扭，有的甚至是空间三维弯扭，其通道狭窄，甚至是封闭的；
    （2）每个构件上都包含有几十个、甚至百余个复杂气流通道或特征结构，且其型面精度要求高；
    （3）为提高产品综合性能，出于减重的需要，整体构件多为薄壁结构件。
    除上述几何结构特点外，其制成材料也多为高强、高硬、高温耐热合金，使得整体构件特别难加工，尤其对于闭式整体构件，使得其成为世界性制造难题，其制造难点主要表现在以下几个方面：
    （1）加工可达性差。闭式整体构件，其气流通道空间弯扭程度大，通道又比较狭窄，使得刀具可达性极差，有些甚至通过复杂空间运动也无法利用直柄刀具到达所有加工部位，即使采用特种加工技术，也需要解决许多技术难题。
    （2）材料难切削。高温合金材料的大量使用使得传统切削加工刀具成本高，很多情况下需要进口刀具。
    （3）工艺稳定性、可靠性要求高。每个整体构件上含有的型腔或叶片等结构数量从几个到百余个不等，为了保证零件上同一结构的加工精度与表面质量一致性，要求加工过程非常稳定，可称得上需要万无一失。
    （4）对加工设备的要求高。整体构件上的气流通道或一些特殊结构多为复杂型腔或自由曲面，其型面精度要求高，一般需要四轴以上联动的精密加工设备才能完成加工，故设备投资大。
    （5）工具设计制造和数控加工编程都相当复杂。特种加工一般为非接触式加工，加工过程中工具和工件之间需保持一定的加工间隙，成形规律及工艺参数控制相对复杂，需要结合具体加工对象进行专门设计。另外，多个加工分区的接刀问题及多工序的工艺基准统一问题也需要重点考虑，目前还没有成熟的商业设计软件可供直接使用，需要结合加工工艺自主开发。
    因整体构件的显著优点，各国大力研究其相关制造技术，特别是特种加工技术的研究和发展，大大促进了整体构件设计、制造技术的发展和应用，也逐步提高了对整体构件加工工艺性的全面认识，主要表现为：
    （1）相对于分体结构的几种零件加工而言，整体构件允许的公差范围增大了，就此而论，其加工难度又相对降低了。
    （2）省去了许多需加工的零件，特别是省去了高精度要求的加工零件和加工工序，工序高度集中，更利于保证加工精度。以整体叶轮为例，省去了许多固紧用零件螺钉或锁片，以及许多精度达0.01mm、0.015mm的榫齿、榫槽加工工序，缩短加工时间，降低加工成本。
    （3）随着整体构件新加工技术的出现，上述加工难点也逐渐变得不再困难。如数控电解加工、数控电火花加工以及它们组合加工的出现，使得任何高强、高硬金属材料都同样容易加工，且大大增强了整体构件、尤其是闭式整体构件的加工可达性，同时加工效率提高，加工成本降低。
　　
    3 整体构件特种加工技术具体应用案例分析
    特种加工技术已经广泛应用于军工生产当中，其中整体叶轮的电解加工是目前比较成功的应用案例。整体叶轮的叶型弯扭，叶身超薄，叶片进、排气边曲率变化急剧，两相邻叶片间通道狭窄，同时广泛采用高温合金、钛合金等难加工材料，精度、表面质量等方面的技术要求也十分苛刻，这些特点给制造带来极大困难。根据德国最大的航空发动机制造集团——MTU的分析，在今后的10-15年，整体叶轮的主要制造方法有三种，分别是：电解加工、数控铣削和线性摩擦焊。其中线性摩擦焊占不到10%的份额（现有份额不足1%），电解加工和高速切削各占45%左右，而在军用航空发动机中，电解加工所占比例更大。
    与数控铣削、线性摩擦焊相比，电解加工具有独特的优势：
    1）加工效率高、生产成本低。电解加工基于金属材料阳极电化学溶解的原理实现材料加工，加工效率很高且无工具损耗。与数控铣削相比，每加工一个高温合金整体叶轮，仅刀具费用一项就可以节省数十万元。电解加工的工具成本几乎可以忽略不计，成本仅为水、电费用，几乎可称为“零成本”加工。德国MTU公司将电解加工技术作为整体叶轮加工的主要手段，为EJ200、F414发动机中的整体叶轮进行了电解加工；GE公司与Lehr-Precision Inc公司合作采用研制的电解加工机床及相应加工工艺，加工了T700、GE37/ YF120 发动机的整体叶轮；在国内，电解加工也已成功应用于航空航天、武器装备发动机整体叶轮的研制和生产，如航天211厂采用套料电解加工技术成功加工了等截面整体叶轮；南京航空航天大学大学采用数控展成电解开槽后再对叶片型面进行精密电解加工，研制了专用数控电解加工设备，持续开展了20余年整体叶轮电解加工工艺技术研究；北京航空制造工程对电解加工装备及整体叶轮电解加工工艺也开展了深入研究。与数控铣削相比，数控电解加工的加工时间可减少50%～85%(对长叶片加工省时更多)，并大大降低了工具成本。
    （2）非常适合通道狭窄、叶片弯扭及超薄叶型整体叶轮的加工。随着航空航天、武器装备发动机性能的不断提高，整体叶轮的形状设计也不断变化，窄通道、大扭角、低展弦比、超薄掠形整体叶轮的不断出现，数控电解加工是解决其制造难题的有效工艺技术。如专为GE做航空发动机零部件配套的主要制造商Sermatech公司，其在为GE生产的航空发动机整体叶轮、叶片、机匣等重要零部件中均采用电解加工技术，相比数控铣削，整体叶轮的尺寸偏差降低了8%；叶间通道宽度可减少10-15%。此外，美国GE-AE、英国R.R.、德国Koeppern Co.等许多企业均开展了整体叶轮的精密电解加工技术研究。
　　
    4 整体构件特种加工技术的发展趋势

    在新型航空航天中大量采用的新结构、新材料，为特种加工技术的发展提供了广阔的应用前景，为了更加优质、更加高效、更加低成本地加工整体构件，各先进工业国大力创新发展特种加工新技术，其发展趋势如下：
    （1）向着更加稳定、更加优质、更加高效的加工目标高速发展。整体构件上一般分布着几十、甚至上百个结构复杂的型腔、型面，且精度和表面质量要求高，因此，如何提高整体构件的加工精度、加工稳定性和加工效率，从而降低加工成本，对推广整体构件特种加工技术的应用，具有重要作用。
    （2）基于加工原理拓展新加工技术。如为改进特种加工性能而发展新技术措施，或者寻求复合加工技术途径，以解决特殊材料、特殊结构、特殊要求（如高精度微细加工）的难题，是特种加工技术的重要发展趋势，也是整体构件特种加工的发展趋势。
    （3）基于技术集成创新加工技术。如将两种或两种以上的加工工艺进行有机组合，合理应用相关数字化制造技术，进行技术集成创新，是整体构件特种加工技术的主要发展方向，尤其是对于闭式整体构件的整体制造，提升关键构件的可加工能力，具有独特的优势和广阔的发展空间。
    （4）研制高精度、高可靠性的特种加工装备。加工装备是实现加工技术的载体，没有先进的加工设备就难于在生产中实现先进的加工技术；而反之，先进加工设备的设计，又来源于先进加工技术构思的指导；创新、发展、完善一项加工技术，是从研制最初的工艺试验装置开始，到最终完善、落实到可以实现该先进加工技术的工艺设备。对整体构件特种加工新技术的研究和应用同样如此。
    （5）扩大推广应用，在应用中发展提高。对于整体构件特种加工这样一种机械、电气、物理、化学、力学、计算机控制等众多学科交叉的集成技术，其生命力在于创造条件推广应用，在应用中继续解决具体的技术问题，从而使整体技术水平得到进一步发展提高。可以预见，整体构件特种加工技术研究今后一定会取得更多的研究成果，一定会在航空航天、涡轮机械等现代高端产品制造中得到更多的应用，在新的难加工材料、新的复杂结构的整体构件加工中发挥无法替代的作用。