Изследване и приложение на адаптивна технология за обработка при поправка на повреди в чушките на турбините на авиационния двигател

Подреждането на повредени турбинни лопатки е от голямо значение за поддръжката и продължаването на срока на служба на авиационните двигатели. В тази статия се разглежда научно-изследователският прогрес в областта на технологиите за подреждане на определена никелова отливна високотемпературна сплавена турбинна работна лопатка, като се фокусира на метода за адаптивна обработка при върха на лопатката, дълбоко се обсъжда експерименталния процес на обработване и резултатите от проверката, както и се предвадят перспективите за развитие на технологиите за подреждане на турбинни лопатки.

Двигателят на летателното апарат е силовият ядрен елемент на самолета. Сред различните компоненти на двигателите за летални апарати, функционалната мисия и работните характеристики на турбинните лопатки определят, че те са един от вращащите се части с най-лош стрес и най-голям натоварване в двигателя на летателния апарат, което също води до честите повреди и разрушения на турбинните лопатки. Сред тях, тръщиновата неуспешност има най-висока вероятност да се появи и най-голямата шкодлива ефект, основно уморни тръски, причинени от центробежна сила, наложена върху изкривяването на стреса, уморни тръски, причинени от вибрационната среда, и високотемпературни уморни тръски, причинени от корозионни повреди, предизвикани от околните медии. На тази стадия, за да се намали цената на използването на двигателите, ремануфактурирането и подновяването на повредените турбинни лопатки има голямо значение.

Сред ключовите технологии за ремонт на лопатки на турбини, адаптивната технология за обработка привлекла вниманието на много научници като ефективен начин за постигане на гладък преход между повредените граници и високоточна формовка на ремонтираните области. Британската компания TTL получава информация за кривите на пресечните сечения на лопатките чрез контактни методи на измерване и използва профилната информация от измерените пресичащи сечения, за да завърши моделното възстановяване на областта с изношен връх чрез офсет по посока Z, след което генерира обработки за премахване на слоя на наплавка. Другата британска компания Delcam предложи метод за възстановяване на модела при ремонт на върха на турбинните лопатки чрез машинно измерване, което намали проблема с натрупването на позиционни грешки чрез машинно измерване; два пресичащи сечения около областа на наплавка са получени чрез контактно измерване, след което се изчислява геометричният модел за ремонтиране на изношените върхове на праволинейните лопатки, за да се завърши целият процес на ремонт чрез шлифане. Засегащ теорията на сивите системи, Динг Хуапенг прогнозира дъговидната линия и дебелината на профила на лопатката в повредената зона, след което възстановява пълен модел на лопатката и получава модел на дефекта за ремонт чрез булевата разлика, по този начин постига определен ефект на ремонта. Ху Ф. и колеги предложиха адаптивен метод за ремонт на тялото на лопатката, включващ моделиране на повърхността за наплавка и оптимизационно моделиране на целевата повърхност за ремонт, и най-накрая използват симулация, за да докажат ефективността на метода за ремонт. Чжанг С. и колеги предложиха автоматизиран план за ремонт на повредените области на моторните лопатки, който се формира директно чрез наплавка на материал. Сравнено с традиционните методи за ремонт, това е иновативно до известна степен, но е трудно да се ремонтират турбинни лопатки с комплексни повърхности.

Горното изследване показва, че ремонта на лопатките на авиационния двигател е актуална тема във водещата и международната авиационна индустрия. В областта на ремонтно машиноправенето фокусът е постигането на гладко съединение между ремонтната зона и неповредената зона, както и високопrecизното формиране след ремонта. Следователно, базирано на горното изследване за ремонт, тази статия взема повредената турбинна работна лопатка като пример за приложно изследване на адаптивната технология за машиноправене за ремонт на поврежденията на края на лопатките, гарантирайки, че машиноправената зона и не машиноправената зона на поправената лопатка могат да постигнат гладък преход и съединение, а цялата ремонтна повърхност отговаря на крайните толеранции за поправената лопатка.

1 Анализ на ремонтната пригодност на поврежденията на края на лопатките

Фигурата 1 показва типичен дефект на треската в чушката на турбинния лопат. На базата на това се предлага метод за повторно производство и ремонтиране на повредената чушка на турбинния лопат на авиационен двигател. Създадено е решение за повторно производство и ремонт, което включва премахване на повредената част от чушката - пламенно сваряване и депозиране на паян (както е показано на Фигура 2) - получаване на облак точки на лопата - реконструиране на цифровата модель на лопата - адаптивна обработка на лопата, за да се постигне адаптивен ремонт на геометричната точност и възстановяване на характеристиките на лопата. Качеството и характеристиките на поправената лопат отговарят на проектните изисквания и могат да бъдат използвани за реално-времев ремont на място, предлагайки ефективно решение за реализация на серийна обработка при ремонта на повредените компоненти на авиационни двигатели.

1.1 Анализ на технологичните трудности

Поради проблема с точността на отливането, има индивидуални разлики между готовото лезе и теоретичния модел на проектирането. Размерът на контурите на лезе се формира в ново състояние, а след един цикъл на работа ще се появят деформации и недостатъци в различна степен. Поради специфичността на обработваната материя, ако се прави ремонт и обработка според теоретичните размери на чертежа, ще се разрушава формната точност на оригиналното лезе. Ако за всяка отделна обработка трябва да се генерира нов набор от програмни кодове според CAD модела, това ще повлияе значително върху целия цикъл на обработката на детайла.

Чупчето на лопастта има сложна структура, с бос и покрителна плоча на 2 до 3 мм под чупчето на лопастта, а най-малата ширина на задното шевче е само 0.5 мм. Лопастта е с вътрешна каверна, а по повърхността на тялото на лопастта има много въздушни пленки от дупки. Остатъците лесно проникват вътре в каверната и във въздушните пленки от дупките, което прави чистенето трудно.

1.2Основни технически изисквания

(1)След ремонтиране на чупчето, контурите на вътрешната и външната изкривена повърхност съответстват на проектната чертежа и са гладко свързани с оригиналната базова форма на лопастта.

(2)Най-малата стена по формата на лопастта при задното чупче е 0.41 мм, а най-малата стена по формата на лопастта при другите части е 0.51 мм (както е показано на черт. 3).

(3)Гарантирана е височината на лопастта.

(4)Разтворът не трябва да е по-голям от Ra0.8 μm.

(5) Не се допуска да останат остатъци или други забразди вътре в каверната и във въздушните пленки от дупките.

(6) Подравнената зона се проверява чрез флуоресцентен метод, за да се увери, че няма тръщи или включения и т.н., а проверката се провежда според стандартите за флуоресцентна проверка и критериите за приемане.

2 Адаптивна технология за обработка при ремонт на повреди от връховете на лопатките

С оглед на трудностите в процеса на ремонт на чушката на турбинния работен лист, а именно: деформацията на всеки починен лист е непоследователна, позицията и ъгъла на зажимване са различни, а точността на оригиналното прецизно ливене е проблематична. Тези praktichni проблеми могат да бъдат бързо забелязани онлайн чрез адаптивна технология за обработка за всяка част или част, която трябва да бъде обработена, и може да се разбере реалната форма и разпределение на позицията. След това системата реконструира целевата цифрова модель, съвместима с проекта, чрез измерените данни, генерира уникален персонализиран път за траектория, за да отговори на производството на продукт, и най-накрая се съобразява с проекта и реалния обект. Маршрутът на адаптивната технология за обработка е показан на фигура 4.

2.2 Технология за регистрация на данни от CAD модел

Връзка с личните характеристики на blanco-то на обработения обект, реконструираната CAD модел липсва регулярна референтна равнина за намиране на нейната координатна система и е необходимо да се използва регистрационна технология за подравняване на нейната координатна система. Двете множества от точки в пространството са теоретичния модел X{xi} и измервателната информация P{pi} на обработения обект. Множеството точки P се ротира и превежда, за да се минимизира разстоянието с множество точките X, и се устанавява пространственото преобразуване между измерителната информация P{pi} и теоретичната моделна информация X{xi}. Пространственото преобразуване включва ротационната матрица R и транслационната матрица T. След това се използва методът на най-близките точки за да се намери точка в X, която е най-близка до всяка точка в P, за да се образува ново множество точки X', както е показано на фигура 5.

3 Проверка на адаптивната технология за обработка при ремонтиране на щетите на връхлялките

Адаптивната система за обработка включва адаптивен софтуер и хардуер за обработка, като машинни инструменти и резачни инструменти. Интеграцията на двете е ключът за крайното постигане на адаптивна обработка. При ремонтните работи на определен вид високоестествен турбинен лопатка се използва адаптивната система за обработка, за да се проведе ремонтната обработка на лопатките, като са завършени ремонтната обработка и приложното потвърждаване на множество двигателни лопатки.

3.1 Тествани стъпки

Стъпка 1: След като повреденият участък на лопастта за ремонт е попълнен чрез наплавяне и повърхностно сварване, информацията за измерването на областа близо до повредената лопаст се получава чрез вътрешно-машинно детектиране.

Стъпка 2: Получаване на теоретичната моделна информация преди ремонта на лопастта.

Клъп 3: Използвайте регистрацията на данни, за да установите пространственото преобразование между измерителната информация и теоретичната моделна информация (пространственото преобразуване включва ротация и транслация) и получавате корекцията за ротация и транслация, т.е. количеството за ротация и транслация след най-добрия фитинг.

Клъп 4: Генерирайте CLSF файла с мярката на инструмента според теоретичната моделна информация и генерирайте коригираната мярка на инструмента и вектора на инструменталната ос в CLSF файла според корекционните размери, получени в клъп 3 по посоките XYZ.

Клъп 5: Зачукване и полирване на повреденията в областта на лопастта на турбинния лист чрез модифицираната мярка на инструмента, за да се достигне пълно възстановяване на прецизната лопаст.

Както е показано на фигура 6, използва се зонд RMP40 и копие с диаметър φ6 мм за онлайн измерване. Чрез оптимизиране на двете секции близо до върха на лопастта се получават дванадесет измерителни точки. Генерираните файлове с измерителни данни могат да бъдат предадени обратно към софтуерната система на компютъра, а моделът за обработка може автоматично да бъде генериран в UG според измерените данни.

Тестът използваше триосев център за вертикална механична обработка, при което лопастта беше вертикално закачена на работния стол чрез бързо променяща се инструментална палета, което улесняваше точността при повторно фиксирания по време на обработката и функционалната обработка в следващия процес, както е показано на фигура 7.

Генерираните траектории на инструмента за обработка CLSF файл са показани на фигура 8.

3.2 Вътрешна камера и защита на ваздушната плевка

През теста беше изпълнено техническото изискване, че в дълбоката каверна и във въздушните филмови отвори не се допуска да останат чупци или други посторонни вещества. През процесния тест дълбоката каверна и няколко въздушни филмови отвора на лопастта бяха защитени. Това техническо проучване използва функционален клей за запечатване на дълбоката каверна и въздушните филмови отвори, като по този начин защитава отворите. Се знае, че при ремонта на такива лопasti в чужбина се използва течна "многофункционална епоксидна смола паста-клей" за защита на каверната и въздушните филмови отвори. След охлаждане тя затвердява, постигайки защитен ефект. Когато се нагреява до над 100°C, тя топне и превръща се в "пепел", която може да бъде издухана или премахната чрез ултразвуково очистване. В малките отвори няма следи. В последвалите серийни инженерни приложения защитата и очизването на каверните и малките отвори ще бъдат особено важни, и ще трябва да продължим да търсим по-подходящи начини за предотвратяване на проникването на чупци и посторонни вещества.

3.3 Резултати от теста

Чрез измерване на профила на върха на поправената турбинна лопатка, както е показано на фигура 9, формата отговаря на технологичните изисквания. От визуалния контрол се вижда, че след адаптивното полирване има гладък преход между ремонтния участък на лопатката и оригиналния профил, както е показано на фигура 10. Стенината на вътрешните и външните каверни е квалифицирана, повърхностната грубост е под Ra0.8 μm и другите технически индикатори отговарят на технологичните изисквания. Чрез флуоресцентен контрол се установява, че процесът на обработката не е причинил нови тресове или други дефекти.

Свържете се с нас.

Благодарим ви за проявения интерес към нашата фирма! Като професионален производител на части за газови турбини, ще продължим да се ангажираме с технологично иновиране и подобряване на услугите, за да предлагаме още повече качествени решения за клиентите си по целия свят. Ако имате някакви въпроси, предложениета или намерения за сътрудничество, ще бъде ни най-голямата радост да ви помогнем. Можете да се свържете с нас по следните начини:

WhatsAPP: +86 135 4409 5201
E-mail: [email protected]