Posebna tehnologija obrade nezamjenjiva u proizvodnji aero motora

Sažetak: Visoke performanse naprednih avionskih motora zahtijevaju da dizajn usvoji veliki broj ukupnih struktura, laganih struktura, naprednih rashladnih struktura i novih materijala kao što su kompozitni materijali, metalurgija praha i intermetalni spojevi, a ove komponente treba nastala posebnom obradom. Ovaj rad proučava karakteristike specijalnih tehnologija obrade poput električne iskre, elektrolize, lasera, ultrazvuka i vodenog mlaza i njihove nove primjene u naprednim motorima, te objašnjava prednosti posebnih tehnologija obrade i njihove posebne efekte u razvoju naprednih motora.

1. Aeroengine materijali i tehničke karakteristike

Vazdušni motor radi u ekstremnim uslovima visoke temperature, visokog pritiska i velike brzine. Istovremeno, potrebna je mala težina, mala potrošnja goriva, velika pouzdanost, dug životni vijek i ponovna upotreba. To je vrhunski proizvod koji kombinira više disciplina. Njegova karakteristika je akumulacija osnovnih tehnologija. Bez osnovnih tehnologija ne bi bilo modernih naprednih motora. Moderni napredni aero-motori imaju veće zahtjeve performansi za jedinstveni potisak, omjer težine i težine, nadzvučno krstarenje, funkciju vektora potiska, nevidljive performanse, visoku pouzdanost, dug životni vijek i dobru održivost. Zahtjevi za materijalima i tehnologijom izrade stroži su. Donosi: od običnih legura do primjene novih legura otpornih na visoke temperature, lagane i visoke čvrstoće; od metalnih materijala do nanošenja velikog broja nemetalnih materijala i kompozitnih materijala; od mehaničke obrade do posebne obrade; od smanjene proizvodnje materijala do preciznog oblikovanja i povećanja Proizvodnja materijala; od osiguravanja geometrijskog oblika do kontrole integriteta površine; od eksperimentalne verifikacije do simulacione verifikacije; od jednoprocesnog istraživanja do višeprocesnog istraživanja zakona o spajanju; od digitalizacije, automatizacije, informatizacije do inteligentne proizvodnje Čekajte.

Napredni novi materijali i složene strukture čine obradu dijelova sve težom, a neke čak i tradicionalne mehaničke obrade uopće nije moguće postići. Specijalne tehnologije obrade postale su nezamjenjive tehnologije u nekim poljima, a njihove primjene postale su sve opsežnije, nadoknađujući tradicionalne mašine. Nedovoljna obrada. Trenutno su tradicionalne posebne tehnologije obrade poput EDM, elektrokemijske obrade, laserske obrade, obrade elektronskih zraka i jonskih snopova široko korištene u proizvodnji avionskih motora. Međutim, s pojavom naprednih motora, novih materijala i novih struktura, posebne tehnologije obrade također su dobile novi razvoj i primjenu. Višeosna EDM tehnologija zatvorenog bliska, precizna tehnologija elektrohemijske obrade bliska, ultrabrza tehnologija laserske obrade keramičkih matričnih kompozitnih materijala, tehnologija laserskog jačanja udara i tehnologija jačanja vodenog mlaza pod visokim pritiskom itd. , su novi materijali za napredne motore. , Razvoj novih strukturnih dijelova i poboljšanje cjelovitosti površine i zahtjeva pouzdanosti igrali su sve značajniju ulogu.

2. Primjena posebne tehnologije obrade na napredne motore

(1) EDM tehnologija je najčešće korištena posebna tehnologija obrade. Široko se koristi u proizvodnji avionskih motora, kao što su žica EDM, oblikovanje EDM-a, brušenje EDM-a, bušenje EDM-a i ojačavanje površine EDM-a i tako dalje.

Posljednjih godina, s poboljšanjem naprednih performansi motora, primjena tradicionalne EDM tehnologije je ograničena. Na primjer, nove lopatice turbine motora koriste lopatice od monokristala, dok je tehnologija EDM bušenja pretopila slojeve, mikropukotine i toplinu. Zabranjeno je koristiti defekte poput zahvaćene zone za obradu rupa od zračnog filma u oštricama od monokristala. Slika 1 prikazuje metalografsku fotografiju rupe za plinski film EDM lopatice turbine. Debljina pretopljenog sloja je obično 0,01 ～ 0,04 mm.

Ali u isto vrijeme, pojava novih strukturnih dijelova poput naprednih blistava motora promovirala je razvoj i primjenu EDM tehnologije. Na primjer, blisk struktura je razvila CNC visokoefikasno glodanje s električnim pražnjenjem zbog visokih troškova obrade i dugog ciklusa. Na primjer, teško je realizirati mehaničko glodanje zatvorenih blistera s krunicom zbog njegove strukture, a razvoj tehnologije obrade petosovinskog veznog EDM-a za rješavanje ovog problema, procesna metoda je petosovinska obrada EDM-veza, i tada se dopunjuje postupkom abrazivnog toka kako bi se uklonio pretopljeni sloj s obrađene površine, čime se zadovoljavaju zahtjevi upotrebe. Na slici 2 prikazana je elektroda i ispitni komad s okrunjenim bliskom obrađenim petosovinskim EDM-om, a na slici 3 prikazan okrunjeni blisk obrađenim protokom abrazivnih čestica.

(2) Elektrohemijska obrada ima prednosti u obradi posebnih obradnih predmeta (poput teško obradivih materijala ili dijelova složenih oblika, malih dimenzija i izuzetno male krutosti), posebno u dijelovima složenog profila kao što su lopatice i kućišta aero motora Polje proizvodnje se široko koristi, što uvelike poboljšava efikasnost proizvodnje i smanjuje proizvodne troškove.

Zbog zahtjeva dizajna performansi naprednih zrakoplovnih motora, materijali kompresorskih lopatica uglavnom koriste napredne superlegure na bazi nikla ili legure titana i legure titanijuma aluminija i druge nove materijale, a koriste posebne oblike lopatica s trodimenzionalnim dizajnom, kao što su savijanje i pometanje , koje je teško i lako obraditi. Deformira se uslijed utjecaja sile rezanja i zahtjeva visoku preciznost. Tradicionalna mehanička obrada i elektrohemijska obrada teško je ispuniti zahtjeve obrade ovog visoko preciznog i složenog profila. Precizna tehnologija elektrohemijske obrade (PECM) proizvodi se kako bi se udovoljilo ovom posebnom zahtjevu obrade. Svoje jedinstvene prednosti pruža u obradi oštrica tankog oblika i malog radijusa. Tačnost obrade dostiže 0,03 mm, što udovoljava potrebama naprednih aero-motora. Potražnja.

Precizna elektrohemijska obrada je također jedna od poželjnih metoda među mnogim proizvodnim metodama bliska. Može realizirati cjelokupni postupak od grubog mjehura do oblika završnog profila oštrice. Generalno se usvajaju dva koraka početnog i završnog oblikovanja. Početno oblikovanje usvaja metodu obrade gniježđenjem kako bi se uklonio veći dio materijala, a konačno oblikovanje prihvaća metodu obrade profiliranjem, i konačno tačnost konture profila oštrice je ≤0,06 mm, a hrapavost površine legure materijala visoke temperature ≤0,2μm može ostvariti preciznu izradu cijelog blista bez margine, čime zamjenjuje numeričko upravljanje glodanjem i ručnim poliranjem, što može povećati efikasnost proizvodnje nekoliko puta i smanjiti proizvodne troškove za više od 50%.

(3) Odnos dubine i promjera rupa obrađenih elektrohidrauličkom gredom iznosi 150/1, promjer rupe se kreće od 0,13 do 1,5 mm, tačnost obrade rupe je ± 0,025 mm, vrijednost hrapavosti površine je Ra=1,6μm, a ulaz i izlaz rupe prirodno čine mali R zaobljeni ugao, bez oštrih ivica. Male rupe koje obrađuje elektrohidraulična greda prikazane su na slici 4.

Elektrohidraulična obrada nosača turbinskih lopatica ima dobar integritet površine, nema sloja za pretapanje, mikropukotine i zone pod uticajem toplote i ne postoji rizik od rekristalizacije u obradi legura monokristala. Stoga je postao napredni motor obrada rupe za hlađenje plinskim filmom s monokristalnim oštricama Poželjni postupak.

(4) Tehnologija laserske obrade prvi put je primijenjena na rezanju komora za sagorijevanje motora, vanjskih ovojnica dogorijevača i izradi rupa u lopaticama turbine. Međutim, tradicionalna laserska obrada ograničena je preciznošću obrade i malom ponovljivošću, pa se koristi u motorima. ne mnogo. Međutim, za neke posebne dijelove laserskim bušenjem mogu se postići bolje koristi. Na primjer, YAG lasersko rotacijsko rezanje koristi se za obradu rupa u plinskom filmu turbinskih lopatica turbinskog motora, koje se postupno zamjenjuje brzim električnim bušenjem iskrama. Pored toga, vrlo je korisno obraditi male rupe visoke tvrdoće i neprovodljivih materijala i veliki broj dijelova skupnih rupa, kao što je perforacijska obrada strukturnih dijelova poput toplotnog štita difuzora motora, unutarnjih i vanjskih zidova cilindara s plamenom , koji se trenutno koriste u motorima šireg tipa.

Razvojem laserske tehnologije kontinuirano se razvijaju i primjenjuju nove tehnologije poput laserskog zavarivanja, proizvodnje laserskih aditiva, jačanja laserskog udara, laserske obrade vodene vode i laserskog čišćenja, pružajući više tehničkih mogućnosti za naprednu proizvodnju motora. Na primjer, tehnologija ojačavanja laserskim udarcima ima prednosti dubokog sloja metalnog ojačavanja površine, površinskog zaostalog tlačnog naprezanja, dobre pristupačnosti i visoke efikasnosti. Značajno poboljšava otpornost materijala&na umor, otpornost na habanje i koroziju, a rezidualna dubina tlačnog naprezanja može doseći 1 ～ 2 mm, što je 3 do 5 puta više od ultrazvučnog sabijanja i 5 do 10 puta od konvencionalnog pucanje. Prednosti su poboljšanja čvrstoće na zamor, produžavanje vijeka umora, inhibicija stvaranja i širenja pukotina itd. Stoga je postao napredni zrakoplovni motor, ključna tehnologija jačanja površine noža u obliku prstena.

(5) Tehnologija obrade mlazom vode pod visokim pritiskom široko se koristi u rezanju, bušenju i čišćenju dijelova motora. Pored toga, provedena su istražna istraživanja u rezanju novih kompozitnih materijala i obradi posebnih strukturnih dijelova integralnog blista te razvoju tehnologije uklanjanja vode za uklanjanje prevlaka lopatica motora.

Tehnologija jačanja vodenog mlaza koristi udarnu silu koju stvara mlaz vode pod visokim pritiskom da bi pogodila obradak kako bi ojačala površinu metalnog materijala. Na osnovu poboljšanja performansi zamora materijala može se postići dobar kvalitet površine materijala. U naprednim turbinskim diskovima motora i ostalim dijelovima jasno je istaknuta potreba za poboljšanjem vodenog mlaza.

3. Izgledi za specijalnu tehnologiju obrade

Specijalna tehnologija obrade odigrala je nezamjenjivu ulogu u proizvodnji naprednih aero-motora. Može se reći da se&ne može proizvoditi bez posebne obrade." Pored toga, postoje nove posebne tehnologije obrade poput elektrolitskog brušenja, abrazivnog strujanja, jonskog snopa i elektronskog snopa, koje se kontinuirano razvijaju i primjenjuju na nekim univerzitetima, istraživačkim institutima i preduzećima u zemlji i inostranstvu. Stalnom pojavom novih materijala i novih struktura za napredne motore, originalna specijalna tehnologija obrade proširila se i na nove namjene. Na primjer, obradivost noževa novih materijala na bazi nikla i aluminija vrlo je loša, dok je elektrolitska obrada vrlo pogodna za obradu i može udovoljiti zahtjevima tačnosti Sljedeći primjer je upotreba tradicionalnih fotografskih metoda elektrokemijske obrade za novu poroznu laminatnu strukturu, a pojava ultrabrze laserske tehnologije hladne obrade donijela je nova rješenja za obradu rupa u zračnom sloju monokristalnih oštrica.

Specijalna tehnologija obrade široko se koristi u razvoju različitih teško obradivih materijala i posebnih strukturnih dijelova, kao što su napredna kućišta motora, integralne pločice, monokristalne oštrice i kompozitni materijali, i riješila je razvojne probleme. Sa brzim razvojem napredne tehnologije motora, zahtjevi za proizvodnom tehnologijom su beskrajni, a postavljaju se i veći zahtjevi za razvojem posebne tehnologije obrade i proizvodnje. Takođe se razvija posebna tehnologija obrade u pravcu preciznosti, automatizacije i inteligencije.