Tecnología y equipos de mecanizado de precisión para palas de motores aeronáuticos con paredes delgadas, formas especiales y estructuras complejas

Como componente clave para lograr el rendimiento de los motores aeroespaciales, las palas tienen características típicas como paredes delgadas, formas especiales, estructuras complejas, materiales difíciles de procesar y altos requisitos de precisión en el procesamiento y calidad de superficie. Cómo lograr un procesamiento preciso y eficiente de las palas es uno de los mayores desafíos en el campo actual de fabricación de motores aeroespaciales. A través del análisis de los factores clave que afectan la precisión del procesamiento de las palas, se resume de manera integral el estado actual de la investigación sobre la tecnología y el equipo de procesamiento preciso de palas, y se proyecta la tendencia de desarrollo de la tecnología de procesamiento de palas para motores aeroespaciales.

En la industria aeroespacial, las piezas de paredes finas, ligeras y de alta resistencia son ampliamente utilizadas y son componentes clave para lograr el rendimiento de equipos importantes como motores de avión [1]. Por ejemplo, las palas de turbinas de aleación de titanio de motores de aviación con gran relación de derivación (ver Figura 1) pueden llegar a medir hasta 1 metro de longitud, con perfiles de pala complejos y estructuras de plataforma de amortiguación, siendo el grosor de la parte más fina solo de 1.2 mm, lo que constituye una típica pieza grande de pared fina y forma especial [2]. Como una típica pieza de pared fina con forma especial y baja rigidez, la pala está propensa a deformaciones y vibraciones durante el procesamiento [3]. Estos problemas afectan gravemente la precisión del procesamiento y la calidad superficial de la pala.

El rendimiento del motor depende en gran medida del nivel de fabricación de las palas. Durante la operación del motor, las palas deben funcionar de manera estable bajo entornos operativos extremos como alta temperatura y alta presión. Esto requiere que el material de la pala tenga buena resistencia, capacidad de resistencia a la fatiga y a la corrosión por alta temperatura, y asegure la estabilidad estructural [2]. Por lo general, se utilizan aleaciones de titanio o aleaciones de alta temperatura para las palas de los motores aeronáuticos. Sin embargo, las aleaciones de titanio y las aleaciones de alta temperatura tienen una mala machinabilidad. Durante el proceso de corte, la fuerza de corte es grande y la herramienta se desgasta rápidamente. A medida que aumenta el desgaste de la herramienta, la fuerza de corte aumentará aún más, lo que provoca una deformación y vibración de mecanizado más graves, resultando en baja precisión dimensional y mala calidad superficial de las piezas. Para cumplir con los requisitos de rendimiento del motor bajo condiciones de trabajo extremas, la precisión de mecanizado y la calidad superficial de las palas son extremadamente altas. Tomando como ejemplo las palas de ventilador de aleación de titanio utilizadas en un motor turbofán de alto índice de derivación producido localmente, la longitud total de la pala es de 681 mm, mientras que el grosor es inferior a 6 mm. El requisito de perfil es de -0.12 a +0.03 mm, la precisión dimensional de los bordes de entrada y salida es de -0.05 a +0.06 mm, y el error de torsión de la sección de la pala está dentro ± 10′, y el valor de rugosidad de la superficie Ra es mejor que 0.4 μ m. Esto generalmente requiere un mecanizado preciso en una máquina herramienta CNC de cinco ejes. Sin embargo, debido a la baja rigidez de la hoja, su estructura compleja y materiales difíciles de mecanizar, para garantizar la precisión y calidad del mecanado, el personal de proceso debe ajustar los parámetros de corte varias veces durante el proceso de mecanizado, lo cual limita seriamente el rendimiento del centro de mecanizado CNC y provoca una gran pérdida de eficiencia [4]. Por lo tanto, con el rápido desarrollo de la tecnología de mecanizado CNC, cómo lograr el control de deformación y la supresión de vibraciones en el mecanizado de piezas de pared delgada y aprovechar al máximo las capacidades de mecanizado de los centros de mecanizado CNC se ha convertido en una necesidad urgente para las empresas de fabricación avanzada.

La investigación sobre la tecnología de control de deformación de piezas rígidas débiles de pared delgada ha atraído la atención de ingenieros e investigadores durante mucho tiempo. En las primeras prácticas de producción, las personas solían utilizar la estrategia de línea de agua de fresado alternativo en ambos lados de estructuras de pared delgada, lo que puede reducir fácilmente los efectos adversos de la deformación y la vibración en la precisión dimensional hasta cierto punto. Además, también existe una forma de mejorar la rigidez del procesamiento mediante la configuración de estructuras sacrificadas prefabricadas, como nervaduras de refuerzo.

Tecnología de corte para materiales difíciles de mecanizar

Con el fin de cumplir con los requisitos de un servicio estable en un entorno de alta temperatura y alta presión, los materiales comúnmente utilizados para las palas de los motores aeronáuticos son aleaciones de titanio o aleaciones de alta temperatura. En los últimos años, los compuestos intermetálicos de titanio-aluminio también se han convertido en un material de pala con gran potencial de aplicación. Las aleaciones de titanio tienen las características de baja conductividad térmica, baja plasticidad, bajo módulo de elasticidad y fuerte afinidad, lo que provoca problemas como una gran fuerza de corte, alta temperatura de corte, endurecimiento por trabajo severo y desgaste importante de la herramienta durante el corte. Son materiales típicamente difíciles de mecanizar (morfología microestructural ver Figura 2a) [7]. Las principales características de las aleaciones de alta temperatura son alta plasticidad y resistencia, mala conductividad térmica y una gran cantidad de soluciones sólidas densas en su interior [8]. La deformación plástica durante el corte provoca una distorsión severa de la red cristalina, alta resistencia a la deformación, gran fuerza de corte y fenómeno severo de endurecimiento por frío, lo que también los convierte en materiales típicamente difíciles de mecanizar (morfología microestructural ver Figura 2b). Por lo tanto, es muy importante desarrollar tecnologías de corte eficientes y precisas para materiales difíciles de mecanizar como las aleaciones de titanio y las aleaciones de alta temperatura. Para lograr un mecanizado eficiente y preciso de estos materiales difíciles de mecanizar, los investigadores nacionales y extranjeros han realizado investigaciones profundas desde las perspectivas de métodos de corte innovadores, materiales óptimos para herramientas de mecanizado y parámetros de corte optimizados.

2.1 Innovación de métodos de procesamiento de corte

En términos de investigación e innovación en el desarrollo de métodos de corte, los académicos han introducido medios auxiliares como el calentamiento láser y el enfriamiento criogénico para mejorar la mecanizabilidad de los materiales y lograr un corte eficiente. El principio de funcionamiento del procesamiento asistido por calentamiento láser [9] (ver Figura 3a) consiste en enfocar un haz láser de alta potencia en la superficie de la pieza frente a la arista de corte, ablandando el material mediante el calentamiento local del haz, reduciendo la resistencia al esfuerzo del material, lo que a su vez reduce la fuerza de corte y el desgaste de la herramienta, mejorando la calidad y la eficiencia del corte. El procesamiento asistido por enfriamiento criogénico [10] (ver Figura 3b) utiliza medios de enfriamiento como nitrógeno líquido, gases de dióxido de carbono a alta presión y otros para rociar sobre la parte de corte y enfriar el proceso de corte, evitando el problema de temperaturas excesivas locales durante el corte causado por una mala conductividad térmica del material, y haciendo que la pieza se vuelva frágil localmente, lo que mejora el efecto de rotura de virutas. La empresa Nuclear AMRC en el Reino Unido utilizó con éxito gas de dióxido de carbono a alta presión para enfriar el proceso de mecanizado de aleaciones de titanio. En comparación con el estado de corte seco, el análisis muestra que el procesamiento asistido por enfriamiento criogénico no solo puede reducir la fuerza de corte y mejorar la calidad de la superficie cortada, sino que también reduce eficazmente el desgaste de la herramienta y aumenta su vida útil. Además, el procesamiento asistido por vibración ultrasónica [11, 12] (ver Figura 3c) también es un método eficaz para el corte eficiente de materiales difíciles de mecanizar. Al aplicar vibraciones de alta frecuencia y pequeña amplitud a la herramienta, se logra una separación intermitente entre la herramienta y la pieza durante el proceso de mecanizado, lo que cambia el mecanismo de eliminación de material, mejora la estabilidad del corte dinámico, evita eficazmente la fricción entre la herramienta y la superficie mecanizada, reduce la temperatura de corte y la fuerza de corte, disminuye los valores de rugosidad superficial y reduce el desgaste de la herramienta. Sus excelentes efectos de proceso han recibido atención generalizada.

2.2 Selección de materiales de herramientas

Para materiales difíciles de mecanizar, como aleaciones de titanio, optimizar los materiales de las herramientas puede mejorar eficazmente los resultados de corte [8, 13]. Estudios han demostrado que para el procesamiento de aleaciones de titanio, se pueden seleccionar diferentes herramientas según la velocidad de procesamiento. Para cortes a baja velocidad, se utiliza acero de alta velocidad con alto contenido de cobalto; para cortes a velocidad media, se utilizan herramientas de carburo metálico con recubrimiento de óxido de aluminio, y para cortes a alta velocidad, se utilizan herramientas de nitruro de boro cúbico (CBN); para el procesamiento de aleaciones de temperatura alta, se deben utilizar herramientas de acero de alta velocidad con alto contenido de vanadio o herramientas de carburo YG con alta dureza y buena resistencia al desgaste.

2.3 Parámetros de corte óptimos

Los parámetros de corte también son un factor importante que afecta el resultado del mecanizado. El uso de parámetros de corte adecuados para los materiales correspondientes puede mejorar eficazmente la calidad y eficiencia del mecanizado. Tomando como ejemplo el parámetro de velocidad de corte, una baja velocidad de corte puede formar fácilmente una zona de borde acumulado en la superficie del material, reduciendo la precisión del mecanizado superficial; una alta velocidad de corte puede causar fácilmente acumulación de calor, provocando quemaduras en la pieza y la herramienta. En este sentido, el equipo del profesor Zhai Yuansheng de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Harbin analizó las propiedades mecánicas y físicas de los materiales difíciles de mecanizar comúnmente utilizados y resumió una tabla recomendada de velocidades de corte para materiales difíciles de mecanizar mediante experimentos de mecanizado ortogonal [14] (ver Tabla 1). El uso de las herramientas y velocidades de corte recomendadas en la tabla para el mecanizado puede reducir eficazmente los defectos de mecanizado y el desgaste de la herramienta, mejorando la calidad del mecanizado.

3 Tecnología de mecanizado CNC de precisión para superficies complejas de cuchillas

En los últimos años, con el rápido desarrollo de la industria aeroespacial y el aumento de la demanda del mercado, se han incrementado cada vez más los requisitos para un procesamiento eficiente y preciso de las cuchillas de paredes finas, y la necesidad de una tecnología de control de deformación de mayor precisión se ha vuelto más urgente. En el contexto de la tecnología de fabricación inteligente, combinar la tecnología moderna de electrónica e información para lograr un control inteligente de la deformación y vibración en el procesamiento de las cuchillas de los motores de avión se ha convertido en un tema candente para muchos investigadores. Introducir sistemas CNC inteligentes en el procesamiento preciso de superficies curvas complejas de las cuchillas, y compensar activamente errores en el proceso de mecanizado basándose en sistemas CNC inteligentes, puede suprimir eficazmente la deformación y la vibración.

Para la compensación activa de errores en el proceso de mecanizado, con el fin de lograr la optimización y control de los parámetros de mecanizado, como la trayectoria de la herramienta, es necesario primero obtener la influencia de los parámetros del proceso en la deformación y vibración del mecanizado. Existen dos métodos comúnmente utilizados: uno es analizar y razonar los resultados de cada pasada de la herramienta mediante mediciones en máquina y análisis de errores [15]; el otro es establecer un modelo predictivo para la deformación y vibración del mecanizado a través de métodos como el análisis dinámico [16], modelado por elementos finitos [17], experimentos [18] y redes neuronales [19] (ver Figura 4).

Con base en el modelo de predicción o la tecnología de medición en máquina mencionada anteriormente, las personas pueden optimizar e incluso controlar los parámetros de mecanizado en tiempo real. La dirección principal consiste en compensar los errores causados por la deformación y la vibración replaneando la trayectoria de la herramienta. El método comúnmente utilizado en esta dirección es el "método de compensación espejo" [20] (ver Figura 5). Este método compensa la deformación de un corte único corrigiendo la trayectoria nominal de la herramienta. Sin embargo, una sola compensación puede generar una nueva deformación en el mecanizado. Por lo tanto, es necesario establecer una relación iterativa entre la fuerza de corte y la deformación del mecanizado mediante múltiples compensaciones para corregir las deformaciones una por una. Además del método de compensación activa de errores basado en la planificación de la trayectoria de la herramienta, muchos académicos también están investigando cómo controlar la deformación y la vibración optimizando y controlando los parámetros de corte y de la herramienta. Para el corte de un tipo específico de pala de turbina de motor aeronáutico, se realizaron varias pruebas ortogonales cambiando los parámetros de mecanizado. Basándose en los datos de prueba, se analizó la influencia de cada parámetro de corte y de la herramienta en la deformación del mecanizado de la pala y en la respuesta vibratoria [21-23]. Se estableció un modelo predictivo empírico para optimizar los parámetros de mecanizado, reducir eficazmente la deformación del mecanizado y suprimir la vibración del corte.

Basado en los modelos y métodos mencionados anteriormente, muchas empresas han desarrollado o mejorado los sistemas CNC de centros de mecanizado para lograr un control adaptativo en tiempo real de los parámetros de procesamiento de piezas con paredes delgadas. El sistema óptimo de fresado de la empresa OMAT de Israel [24] es un representante típico en este campo. Ajusta principalmente la velocidad de avance mediante tecnología adaptativa para lograr el propósito de fresado con fuerza constante y realizar un procesamiento eficiente y de alta calidad de productos complejos. Además, Beijing Jingdiao también aplicó una tecnología similar en un caso técnico clásico de grabado de patrones en la superficie de una cáscara de huevo a través de medición en máquina y compensación adaptativa [25]. THERRIEN de GE en Estados Unidos [26] propuso un método de corrección en tiempo real para códigos de mecanizado CNC durante el proceso, lo que proporcionó un medio técnico básico para el mecanizado adaptativo y el control en tiempo real de aspas con paredes delgadas complejas. El sistema de reparación automatizado de componentes de turbinas de motores aeronáuticos de la Unión Europea (AROSATEC) realiza fresado de precisión adaptativo después de que la aspa sea reparada mediante fabricación aditiva, y ya se ha aplicado a la producción de reparación de aspas de la empresa MTU de Alemania y la empresa SIFCO de Irlanda [27].

4. Mejora de la rigidez de procesamiento basada en equipos de proceso inteligentes

El uso de equipos de proceso inteligentes para mejorar la rigidez del sistema de proceso y las características de amortiguación también es una forma efectiva de suprimir la deformación y vibración en el procesamiento de aspas de pared delgada, mejorar la precisión del procesamiento y la calidad de la superficie. En los últimos años, se han utilizado una gran cantidad de diferentes equipos de proceso en el procesamiento de varios tipos de aspas de motores aeroespaciales [28]. Dado que las aspas de motores aeroespaciales generalmente tienen características estructurales de pared delgada e irregulares, un área pequeña de sujeción y posicionamiento, baja rigidez de procesamiento y deformación local bajo la acción de cargas de corte, los equipos de procesamiento de aspas suelen aplicar soporte auxiliar al trabajo en base al principio de posicionamiento de seis puntos [29] para optimizar la rigidez del sistema de proceso y suprimir la deformación durante el procesamiento. Las superficies curvas de pared delgada e irregulares plantean dos requisitos para el posicionamiento y sujeción de las herramientas: primero, la fuerza de sujeción o contacto de la herramienta debe distribuirse lo más uniformemente posible sobre la superficie curva para evitar una grave deformación local del trabajo bajo la acción de la fuerza de sujeción; segundo, los elementos de posicionamiento, sujeción y soporte auxiliar de la herramienta deben adaptarse mejor a la superficie curva compleja del trabajo para generar una fuerza de contacto superficial uniforme en cada punto de contacto. En respuesta a estos dos requisitos, los investigadores han propuesto un sistema flexible de herramientas. Los sistemas flexibles de herramientas pueden dividirse en herramientas flexibles de cambio de fase y herramientas flexibles adaptativas. Las herramientas flexibles de cambio de fase utilizan los cambios en la rigidez y amortiguación antes y después del cambio de fase del fluido: el fluido en fase líquida o móvil tiene baja rigidez y amortiguación, y puede adaptarse a la superficie curva compleja del trabajo bajo baja presión. Posteriormente, el fluido se transforma en fase sólida o se consolida mediante fuerzas externas como electricidad/magnetismo/calor, y la rigidez y amortiguación aumentan considerablemente, proporcionando así un soporte uniforme y flexible al trabajo y suprimiendo la deformación y vibración.

El equipo de proceso en la tecnología de procesamiento tradicional de las aspas del motor aeronáutico utiliza materiales de cambio de fase, como aleaciones de bajo punto de fusión, para el relleno y soporte auxiliar. Es decir, después de que el material en bruto se posicione y sujete en seis puntos, la referencia de posicionamiento de la pieza se funde en un bloque de fundición mediante la aleación de bajo punto de fusión para proporcionar soporte auxiliar a la pieza, convirtiendo el posicionamiento de puntos complejos en un posicionamiento de superficie regular, y luego se lleva a cabo el procesamiento preciso de la pieza a procesar (ver Figura 6). Este método de proceso tiene defectos obvios: la conversión de la referencia de posicionamiento provoca una disminución en la precisión del posicionamiento; la preparación de producción es complicada, y la fundición y el derretimiento de la aleación de bajo punto de fusión también generan problemas de residuos y limpieza en la superficie de la pieza. Al mismo tiempo, las condiciones de fundición y derretimiento también son relativamente pobres [30]. Para resolver los defectos de proceso mencionados anteriormente, un método común es introducir una estructura de soporte multipunto combinada con un material de cambio de fase [31]. El extremo superior de la estructura de soporte entra en contacto con la pieza para el posicionamiento, y el extremo inferior está sumergido en la cámara de aleación de bajo punto de fusión. Se logra un soporte auxiliar flexible basado en las características de cambio de fase de la aleación de bajo punto de fusión. Aunque la introducción de una estructura de soporte puede evitar defectos de superficie causados por el contacto de las aleaciones de bajo punto de fusión con las aspas, debido a las limitaciones de rendimiento de los materiales de cambio de fase, el accionamiento flexible de cambio de fase no puede satisfacer simultáneamente los dos requisitos principales de alta rigidez y alta velocidad de respuesta, y es difícil aplicarlo a la producción automatizada de alta eficiencia.

Con el fin de resolver las desventajas de la herramienta flexible de cambio de fase, muchos académicos han incorporado el concepto de adaptación en la investigación y desarrollo de herramientas flexibles. La herramienta flexible adaptable puede ajustarse para coincidir con formas de pala complejas y posibles errores de forma a través de sistemas electromecánicos. Para asegurar que la fuerza de contacto esté distribuida uniformemente en toda la pala, la herramienta generalmente utiliza soportes auxiliares multipuntuales para formar una matriz de soporte. El equipo de Wang Hui en la Universidad de Tsinghua propuso un equipo de proceso de soporte auxiliar flexible multipuntual adecuado para el procesamiento de aspas cercanas a la forma final [32, 33] (ver Figura 7). La herramienta utiliza múltiples elementos de sujeción de material flexible para ayudar a soportar la superficie de la pala de la aspa cercana a la forma final, aumentando el área de contacto. ​​ cada área de contacto y asegurando que la fuerza de sujeción esté distribuida uniformemente en cada parte de contacto y en toda la hoja, mejorando así la rigidez del sistema de proceso y previniendo eficazmente la deformación local de la hoja. La herramienta tiene múltiples grados de libertad pasivos, lo que permite adaptarse a la forma de la hoja y sus errores mientras se evita el posicionamiento excesivo. Además de lograr un soporte adaptable mediante materiales flexibles, también se aplica el principio de inducción electromagnética en la investigación y desarrollo de herramientas flexibles adaptables. El equipo de Yang Yiqing de la Universidad de Aeronáutica y Astronáutica de Pekín inventó un dispositivo de soporte auxiliar basado en el principio de inducción electromagnética [34]. La herramienta utiliza un soporte auxiliar flexible excitado por una señal electromagnética, lo cual puede cambiar las características de amortiguación del sistema de proceso. Durante el proceso de sujeción, el soporte auxiliar se adapta al contorno de la pieza bajo la acción de un imán permanente. Durante el procesamiento, las vibraciones generadas por la pieza se transmitirán al soporte auxiliar, y se excitará una fuerza electromagnética inversa según el principio de inducción electromagnética, suprimiendo así las vibraciones del procesamiento de piezas con paredes finas.

Actualmente, en el proceso de diseño de equipos de proceso, se utilizan generalmente métodos como el análisis por elementos finitos, el algoritmo genético y otros para optimizar la disposición de los soportes auxiliares multipunto [35]. Sin embargo, el resultado de la optimización solo puede garantizar, en general, que la deformación en un punto durante el procesamiento sea mínima, sin poder asegurar que se logre el mismo efecto de supresión de deformación en otras partes del procesamiento. En el proceso de mecanizado de aspas, normalmente se realizan una serie de pasadas de herramienta en la pieza en la misma máquina, pero los requisitos de sujeción para mecanizar diferentes partes pueden ser diferentes e incluso variables con el tiempo. Para el método estático de múltiples puntos de apoyo, si se mejora la rigidez del sistema de proceso aumentando el número de soportes auxiliares, por un lado, aumentará la masa y el volumen del equipo de fijación, y por otro lado, se comprimirá el espacio de movimiento de la herramienta. Si se reinicia la posición del soporte auxiliar al mecanizar diferentes partes, inevitablemente se interrumpirá el proceso de mecanizado y disminuirá la eficiencia. Por lo tanto, se ha propuesto equipo de proceso de seguimiento [36-38] que ajusta automáticamente la disposición del soporte y la fuerza de soporte en línea según el proceso de mecanizado. El equipo de proceso de seguimiento (ver Figura 8) puede lograr un soporte dinámico mediante la cooperación coordinada entre la herramienta y el equipo de fijación basándose en la trayectoria de la herramienta y los cambios en las condiciones operativas del proceso de corte variable antes de que comience cualquier procedimiento de mecanizado: primero mueve el soporte auxiliar a una posición que ayude a suprimir la deformación actual del mecanizado, de modo que el área de procesamiento  la pieza de trabajo se encuentra activamente soportada, mientras que otras partes de la pieza de trabajo permanecen en su posición con el menor contacto posible, ajustándose así a los requisitos de sujeción variables en el tiempo durante el proceso de mecanizado.

Con el fin de mejorar aún más la capacidad de soporte dinámico adaptable del equipo de proceso, hacer coincidir los requisitos de sujeción más complejos en el proceso de tratamiento y mejorar la calidad y eficiencia de la producción de procesamiento de aspas, el soporte auxiliar secundario se expande en un grupo formado por múltiples soportes auxiliares dinámicos. Se requiere que cada soporte auxiliar dinámico coordine acciones y reconstruya automáticamente y rápidamente el contacto entre el grupo de soportes y la pieza según los requisitos variables del proceso de fabricación. El proceso de reconstrucción no interfiere con la posición de toda la pieza y no provoca desplazamientos o vibraciones locales. Al equipo de proceso basado en este concepto se le llama fijador grupal auto-reconfigurable [39], que tiene las ventajas de flexibilidad, reconfigurabilidad y autonomía. El fijador grupal auto-reconfigurable puede asignar múltiples soportes auxiliares a diferentes posiciones en la superficie de apoyo según los requisitos del proceso de fabricación, y puede adaptarse a piezas de forma compleja con un gran área, mientras asegura una rigidez suficiente y elimina los soportes redundantes. El método de trabajo del fijador es que el controlador envía instrucciones según el programa programado, y la base móvil lleva el elemento de soporte a la posición objetivo según las instrucciones. El elemento de soporte se adapta a la forma geométrica local de la pieza para lograr un soporte conforme. Las características dinámicas (rigidez y amortiguación) de la zona de contacto entre un solo elemento de soporte y la pieza local se pueden controlar cambiando los parámetros del elemento de soporte (por ejemplo, el elemento de soporte hidráulico puede cambiar normalmente la presión hidráulica de entrada para cambiar las características de contacto). Las características dinámicas del sistema de proceso se forman mediante el acoplamiento de las características dinámicas de la zona de contacto entre múltiples elementos de soporte y la pieza, y están relacionadas con los parámetros de cada elemento de soporte y la disposición del grupo de elementos de soporte. El diseño del esquema de reconstrucción de múltiples puntos de soporte del fijador grupal auto-reconfigurable necesita considerar los siguientes tres problemas: adaptarse a la forma geométrica de la pieza, reposicionamiento rápido de los elementos de soporte y cooperación coordinada de múltiples puntos de soporte [40]. Por lo tanto, al usar el fijador grupal auto-reconfigurable, es necesario utilizar la forma de la pieza, las características de carga y las condiciones de contorno inherentes como entrada para resolver la disposición de múltiples puntos de soporte y los parámetros de soporte bajo diferentes condiciones de procesamiento, planificar la trayectoria de movimiento de múltiples puntos de soporte, generar código de control a partir de los resultados de la solución y importarlo al controlador. Actualmente, los investigadores nacionales y extranjeros han realizado algunas investigaciones e intentos sobre fijadores grupales auto-reconfigurables. En el extranjero, el proyecto SwarmItFIX de la UE ha desarrollado un nuevo sistema de fijación auto-reconfigurable altamente adaptable [41], que utiliza un conjunto de soportes auxiliares móviles para moverse libremente sobre el banco de trabajo y reposicionarse en tiempo real para brindar un mejor soporte a las piezas en proceso. El prototipo del sistema SwarmItFIX se ha implementado en este proyecto (ver Figura 9a) y se ha probado en las instalaciones de un fabricante italiano de aeronaves. En China, el equipo de Wang Hui de la Universidad de Tsinghua ha desarrollado una mesa de sujeción y soporte de cuatro puntos que se puede controlar en coordinación con una máquina herramienta [42] (ver Figura 9b). Esta mesa puede soportar el tuerca colgante y evitar automáticamente la herramienta durante el acabado del tuerca de una aspa de turbina. Durante el proceso de mecanizado, el soporte auxiliar de cuatro puntos coopera con el centro de mecanizado CNC para reconstruir el estado de contacto de cuatro puntos según la posición de movimiento de la herramienta, lo que no solo evita la interferencia entre la herramienta y el soporte auxiliar, sino que también garantiza el efecto de soporte.

5 Discusión sobre tendencias futuras de desarrollo

5.1 Nuevos Materiales

A medida que los requisitos de diseño de la relación empuje-peso de los motores aeronáuticos continúan aumentando, el número de piezas se reduce gradualmente y el nivel de estrés de las piezas es cada vez mayor. El rendimiento de los dos principales materiales estructurales de alta temperatura tradicionales ha alcanzado su límite. En los últimos años, el desarrollo de nuevos materiales para las palas de los motores aeronáuticos ha avanzado rápidamente, y se utilizan cada vez más materiales de alto rendimiento para fabricar palas con paredes delgadas. Entre ellos, γ -La aleación TiAl tiene excelentes propiedades como alta resistencia específica, resistencia a altas temperaturas y buena resistencia a la oxidación. Al mismo tiempo, su densidad es de 3.9g/cm3, que es solo la mitad de la de los aleantes de alta temperatura. En el futuro, tiene un gran potencial como pala en el rango de temperatura de 700-800 ℃ . Aunque γ -La aleación de TiAl tiene excelentes propiedades mecánicas, su alta dureza, baja conductividad térmica, baja tenacidad a la fractura y alta fragilidad llevan a una mala integridad superficial y baja precisión en γ -el material de la aleación de TiAl durante el corte, lo que afecta seriamente la vida útil de las piezas. Por lo tanto, la investigación del procesamiento de γ -la aleación de TiAl tiene una importante significancia teórica y valor, y es una dirección de investigación importante en la tecnología actual de procesamiento de hojas.

5.2 Procesamiento adaptativo temporal

Las palas de motores aeroespaciales tienen superficies curvas complejas y requieren una alta precisión en su forma. Actualmente, su mecanizado de precisión utiliza principalmente métodos de mecanizado adaptativo geométrico basados en planificación de trayectorias y reconstrucción de modelos. Este método puede reducir efectivamente el impacto de errores causados por posicionamiento, agarre, etc., en la precisión del mecanizado de las palas. Sin embargo, debido a la espesor irregular del lingote forjado de la pala, la profundidad de corte en diferentes áreas de la herramienta es diferente durante el proceso de corte según la trayectoria planificada, lo que introduce factores inciertos en el proceso de corte y afecta la estabilidad del procesamiento. En el futuro, durante el proceso de mecanizado adaptativo CNC, se deben seguir mejor los cambios en el estado real del mecanizado [44], lo que mejorará significativamente la precisión del mecanizado de superficies curvas complejas y formará un método de mecanizado adaptativo con control variable en el tiempo que ajusta los parámetros de corte según datos de retroalimentación en tiempo real.

5.3 Equipos de proceso inteligente

Como el tipo más grande de piezas en el motor, la eficiencia de fabricación de las palas afecta directamente a la eficiencia general de fabricación del motor, y la calidad de fabricación de las palas afecta directamente al rendimiento y a la vida útil del motor. Por lo tanto, el mecanizado inteligente y preciso de las palas se ha convertido en la dirección de desarrollo de la fabricación de palas de motores en el mundo actual. La investigación y desarrollo de máquinas herramienta y equipos de proceso es clave para lograr el procesamiento inteligente de palas. Con el desarrollo de la tecnología CNC, el nivel de inteligencia de las máquinas herramienta ha mejorado rápidamente, y la capacidad de procesamiento y producción se ha incrementado considerablemente. Por lo tanto, la investigación, desarrollo e innovación de equipos de proceso inteligentes es una importante dirección de desarrollo para el mecanizado eficiente y preciso de palas de paredes finas. Las máquinas herramienta CNC altamente inteligentes se combinan con equipos de proceso para formar un sistema inteligente de procesamiento de palas (ver Figura 10), que realiza el mecanizado CNC de alta precisión, alta eficiencia y adaptable de palas de paredes finas.