Аэрокосмическая высокоточная обработка-исследование технологии обработки сложных компонентов авиационных двигателей

В нынешнюю эпоху быстрые достижения в области науки и техники значительно улучшили авиационную промышленность. Аэрокосмический двигатель, функционирующий как силовая установка для самолета, является сердцем самолета. Его технологии проектирования и производства играют решающую роль в развитии авиационной промышленности, выступая в качестве ключевого показателя технологического уровня страны, военной силы и общего национального потенциала. Компоненты аэрокосмического двигателя, характеризующиеся сложными структурами, высокой производительностью и передовым технологическим содержанием, представляют собой направление развития обрабатывающей промышленности, часто называемое ослепительной жемчужиной в производственном секторе. Технология и оборудование для обработки с числовым программным управлением (ЧПУ) возникли для удовлетворения потребностей аэрокосмического производства и, в непрерывном стремлении к высокоточной обработке, превратились в основополагающие ключевые технологии для современного аэрокосмического производства. Как отечественная, так и международная аэрокосмическая промышленность являются крупнейшими пользователями технологий ЧПУ и станков с ЧПУ, при этом предприятия по производству станков с ЧПУ составляют более 80% на предприятиях аэрокосмического производства.

Производство компонентов аэрокосмического двигателя включает в себя сложные материалы, сложные формы, восприимчивость к деформации и вибрации и высокие требования к точности. Он представляет собой технологическое мастерство страны и уровень развития модернизации национальной обороны. Сосредоточив внимание на компонентах аэрокосмического двигателя, таких как лезвия, рабочие колеса, кожухи и дисковые валы, это исследование анализирует материальные и структурные характеристики, методы и особенности обработки, а также обрабатывающее оборудование этих типичных компонентов. В нем обобщены требования к обработке компонентов аэрокосмического двигателя для производительности и функциональности станков с ЧПУ и представлен обзор тенденций развития технологии производства аэрокосмических двигателей.

Характеристики станков для обработки сложных компонентов

Режущие инструменты играют решающую роль в решении проблем обработки сложных материалов и сложных конструкций в аэрокосмических компонентах. Передовые аэрокосмические продукты требуют компонентов с превосходными характеристиками, более низкими затратами и более высокой экологичностью. Процессы обработки требуют более высоких скоростей, более высокой надежности, высокой точности повторяемости и воспроизводимости. Такие характеристики, как сложность резки заготовок, таких как аэрокосмические титановые сплавы и высокотемпературные сплавы, сложные и тонкостенные формы, требования к размерам с высокой точностью, требования к шероховатости поверхности и большие количества удаления металла, предъявляют более высокие требования к качеству режущих инструментов. Современная высокоэффективная прецизионная обработка требует режущих инструментов с такими характеристиками, как высокая точность, высокая износостойкость, высокая ударопрочность и высокая надежность-по сути, обладающих всеми характеристиками высокопроизводительных инструментов.

Четким признаком высококачественного инструментового решения является совместимость структуры инструмента, материала и материала обрабатываемой детали. Известные производители станков с ЧПУ во всем мире не жалеют усилий для разработки высокопроизводительных станков с ЧПУ, уделяя особое внимание исследованиям и разработкам, связанным с высокой динамической характеристикой, высокой точностью и высокой жесткостью. Высокая жесткость и высокая несущая способность линейных направляющих обеспечивают плавное непрерывное движение на протяжении всего хода, достигая высокой геометрической точности и качества поверхности заготовки и обеспечивая высокую эффективность обработки. Высокая жесткость станка снижает вибрации в системе обработки, продлевая срок службы инструмента. Высокопроизводительная оснастка включает в себя различные аспекты, включая материал инструмента, технологию покрытия инструмента, проектирование и оптимизацию структуры инструмента, технологию согласования инструмента и применение инструмента.

Обработка типичных компонентов

Обработка лезвий

Лопасти авиационных двигателей часто изготавливаются из таких материалов, как титановые сплавы и высокотемпературные сплавы. Эти материалы имеют низкую производительность резания, строгие требования к точности размеров и высокие требования к качеству поверхности. Обработка лезвий включает в себя различные области, включая обработку поверхности аэродинамического профиля, обработку шипа и шипа лезвия, обработку демпфирующей платформы, монтажную пластину и обработку коронки лезвия.

Сложность клинка маПодкручивание заключается в том, что секция аэродинамического профиля состоит из сложных изогнутых поверхностей, разделенных на прямолинейные поверхности и поверхности без прямой линии, основанные на принципах формирования. Прямые поверхности далее делятся на расширяемые и нерасширяемые. Для расширяемых прямолинейных поверхностей можно использовать обычные методы механической обработки. Тем не менее, для нерасширяемых прямолинейных поверхностей и поверхностей свободной формы требуются многоосевые станки с ЧПУ, такие как обрабатывающие центры с пятью осями, связанные с ними, и высокоскоростные фрезерные станки с драконом с пятью осями.

Корень шипа лезвия обрабатывается с помощью токарного станка и мощной шлифовальной машины с погружной подачей. Последняя обладает функциональностью замены колес, оснащена устройством обработки колес и включает в себя функции онлайн-измерения, настройки программы и автоматической компенсации. Механическая обработка лезвий в основном включает в себя фрезерование и шлифование, как правило, с использованием специализированного оборудования, такого как высокоскоростные фрезерные станки. Программное обеспечение для автоматизированного проектирования (CAD) и автоматизированного производства (CAM) создает программы обработки лезвий для лезвий, разработанных с использованием специальной обработки лезвий. Поверхности лезвий обычно кованые с большим запасом и полируются после обработки с числовым программным управлением. Обработка резки в основном основана на ковке заготовок, проходя через грубые, полуфабрикаты и процессы финишной обработки, фрезерование заготовки до ее окончательных размеров.

Обработка лезвий всегда была сложной темой в области обработки с ЧПУ, включая сложные вопросы, такие как формирование лезвий, выбор метода обработки, планирование траектории инструмента и контроль деформации лезвия. В зависимости от контакта инструмента с лезвием, обработка лезвия может использовать точечное фрезерование и методы бокового фрезерования.

Точечное фрезерование позволяет более точно обрабатывать проектную поверхность лезвия, при этом направление движения инструмента тесно связано с направлением обтекаемости, что способствует аэродинамическим характеристикам лезвия. Этот метод подходит для обработки лезвий свободной формы. Однако у него есть недостатки, такие как низкая эффективность обработки, сильный износ инструмента и повышенные производственные затраты. Боковое фрезерование, с другой стороны, позволяет избежать концентрации контакта инструмент-заготовка в одной точке, уменьшая износ инструмента, значительно улучшая шероховатость поверхности лезвия и повышая эффективность обработки.

В Китае обычно используемым методом является сегментированное боковое фрезерование, разделяющее лезвие на несколько сегментов на основе особенностей обработки и требований к процессу и обрабатывающее их с помощью бокового фрезерования. Первоначально самый внешний сегмент обрабатывается боковой кромкой инструмента, за которой следует непрерывное движение инструмента для обработки соседних сегментов. Теоретически, чем больше сегментов, тем короче линия контакта между лезвием и инструментом, что приводит к более высокой точности обработки. Однако частые движения инструмента и изменение методов зажима ограничивают эффективность обработки.

Обработка компонентов Disk-Shaft

Компоненты дискового вала космического двигателя включают в себя турбинные диски высокого и низкого давления, а также диски компрессора высокого и низкого давления. Структурный состав компонентов диска обычно состоит из обода, полотна, ступицы и уплотнительных зубьев. На ободе есть прорези типа «ласточкин хвост» для установки лезвий, а в полотне есть небольшие отверстия, которые способствуют балансировке. Дисковые компоненты обычно изготавливают из таких материалов, как высокотемпературные сплавы и титановые сплавы. Эти материалы являются сложными для обработки, со строгими требованиями к точности размеров, высокому качеству поверхности, восприимчивости к деформации из-за тонких стенок и повышенными требованиями к оборудованию для обработки, инструментам и измерительным приборам.

Механическая обработка компонентов диска аэрокосмического двигателя включает в себя токарную обработку, сверление, растачивание и шлифование, уделяя особое внимание таким областям, как внутренние и внешние круги, передние и задние грани, полотно, зубцы и прорези «ласточкин хвост». Как правило, цельная ковка или сварные заготовки выбираются, а затем обрабатываются. Фрезерование с ЧПУ обеспечивает гибкую, быструю и высоконадежную обработку.

В результате развитые страны часто используют 5-осевые обрабатывающие центры для фрезерования целых дисковых сборок. Ключ к ЧПУ обработки интегральных дисков лежит в ЧПУ фрезерование лезвий. Компоненты вала в основном относятся к валам вентиляторов, валам компрессоров, валам турбин и т. Д., Важным компонентам ротора аэрокосмического двигателя. Эти компоненты вала, как правило, изготовлены из высокопроизводительных термостойких легированных материалов, работают на высоких скоростях, вращаясь десятки тысяч раз в минуту. Они еОпыт сложных условий нагрузки, требующих плавной работы, минимальной вибрации, высокой усталостной прочности и, следовательно, жестких требований к размерной точности, геометрическим допускам, качеству поверхности и целостности.