Como componente clave para lograr el rendimiento de los motores aeronáuticos, las palas tienen características típicas como paredes delgadas, formas especiales, estructuras complejas, materiales difíciles de procesar y altos requisitos de precisión de procesamiento y calidad de superficie. Cómo lograr un procesamiento preciso y eficiente de las palas es un desafío importante en el campo actual de fabricación de motores aeronáuticos. 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 tecnología y equipos de procesamiento de precisión de palas y se prospecta la tendencia de desarrollo de la tecnología de procesamiento de palas de motores aeronáuticos.
En la industria aeroespacial, las piezas ligeras de paredes delgadas y de alta resistencia se utilizan ampliamente y son componentes clave para lograr el rendimiento de equipos importantes como los motores de aeronaves [1]. Por ejemplo, las aspas de ventilador de aleación de titanio de los motores de aeronaves de gran relación de derivación (ver Figura 1) pueden tener hasta 1 metro de largo, con perfiles de aspas complejos y estructuras de plataforma de amortiguación, y el espesor de la parte más delgada es de solo 1.2 mm, que es una pieza típica de forma especial de pared delgada de gran tamaño [2]. Como una pieza típica de rigidez débil de forma especial de pared delgada, la aspa es propensa a la deformación y vibración del procesamiento durante el procesamiento [3]. Estos problemas afectan seriamente la precisión del procesamiento y la calidad de la superficie de la aspa.
El rendimiento del motor depende en gran medida del nivel de fabricación de las palas. Durante el funcionamiento del motor, las palas deben funcionar de forma estable en entornos operativos extremos, como alta temperatura y alta presión. Esto requiere que el material de las palas tenga buena resistencia, resistencia a la fatiga y resistencia a la corrosión a alta temperatura, y garantice la estabilidad estructural [2]. Por lo general, se utilizan aleaciones de titanio o aleaciones de alta temperatura para las palas de los motores de los aviones. Sin embargo, las aleaciones de titanio y las aleaciones de alta temperatura tienen una maquinabilidad deficiente. 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 dará como resultado una deformación y vibración de mecanizado más graves, lo que dará como resultado una baja precisión dimensional y una mala calidad de la superficie de las piezas. Para cumplir con los requisitos de rendimiento del servicio del motor en condiciones de trabajo extremas, la precisión de mecanizado y la calidad de la superficie de las palas son extremadamente altas. Tomando como ejemplo las palas de ventilador de aleación de titanio utilizadas en un motor turbofán de alta relación de derivación de producción nacional, 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 escape es de -0.05 a +0.06 mm, 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 0.4μm. Esto generalmente requiere un mecanizado de precisión en una máquina herramienta CNC de cinco ejes. Sin embargo, debido a la débil rigidez de la hoja, la estructura compleja y los materiales difíciles de procesar, para garantizar la precisión y la calidad del mecanizado, el personal de proceso tiene que ajustar los parámetros de corte varias veces durante el proceso de mecanizado, lo que limita seriamente el rendimiento del centro de mecanizado CNC y causa un enorme desperdicio de eficiencia [4]. Por lo tanto, con el rápido desarrollo de la tecnología de mecanizado CNC, cómo lograr el control de la deformación y la supresión de la vibración para el mecanizado de piezas de paredes delgadas 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 avanzadas.
La investigación sobre la tecnología de control de deformación de piezas rígidas débiles de paredes delgadas ha atraído la atención de ingenieros e investigadores durante mucho tiempo. En la práctica de producción temprana, las personas a menudo utilizan la estrategia de línea de flotación de fresado alternado en ambos lados de las estructuras de paredes delgadas, 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 manera de mejorar la rigidez del procesamiento mediante la instalación de estructuras de sacrificio prefabricadas, como nervaduras de refuerzo.
Para cumplir con los requisitos de servicio estable en entornos de alta temperatura y alta presión, los materiales comúnmente utilizados para las palas de los motores de aeronaves son aleaciones de titanio o aleaciones de alta temperatura. En los últimos años, los compuestos intermetálicos de titanio y aluminio también se han convertido en un material para palas con un gran potencial de aplicación. Las aleaciones de titanio tienen las características de baja conductividad térmica, baja plasticidad, bajo módulo elástico y fuerte afinidad, lo que las hace tener problemas como gran fuerza de corte, alta temperatura de corte, endurecimiento por trabajo severo y gran desgaste de la herramienta durante el corte. Son materiales típicos difíciles de cortar (morfología de la microestructura, consulte la 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 solución sólida densa en el interior [8]. La deformación plástica durante el corte provoca una grave distorsión de la red, alta resistencia a la deformación, gran fuerza de corte y un fenómeno de endurecimiento por frío severo, que también son materiales típicos difíciles de cortar (morfología de la microestructura, consulte la Figura 2b). Por lo tanto, es muy importante desarrollar una tecnología de corte eficiente y precisa para materiales difíciles de cortar, como las aleaciones de titanio y las aleaciones de alta temperatura. Para lograr un mecanizado eficiente y preciso de materiales difíciles de cortar, los académicos nacionales y extranjeros han realizado investigaciones en profundidad desde las perspectivas de métodos de corte innovadores, materiales de herramientas de mecanizado óptimos y parámetros de corte optimizados.
En términos de investigación y desarrollo innovadores de métodos de corte, los académicos han introducido medios auxiliares como el calentamiento por láser y el enfriamiento criogénico para mejorar la maquinabilidad de los materiales y lograr un corte eficiente. El principio de funcionamiento del procesamiento asistido por calentamiento por láser [9] (ver Figura 3a) es enfocar un rayo láser de alta potencia en la superficie de la pieza de trabajo frente al borde de corte, ablandar el material mediante el calentamiento local del rayo, reducir el límite elástico del material, reduciendo así la fuerza de corte y el desgaste de la herramienta, y mejorando la calidad y la eficiencia del corte. El procesamiento asistido por enfriamiento criogénico [10] (ver Figura 3b) utiliza nitrógeno líquido, gas de dióxido de carbono a alta presión y otros medios de enfriamiento para rociar sobre la parte de corte para enfriar el proceso de corte, evitar el problema de la temperatura de corte local excesiva causada por la mala conductividad térmica del material y hacer que la pieza de trabajo sea localmente fría y quebradiza, mejorando así el efecto de rotura de viruta. La empresa Nuclear AMRC en el Reino Unido utilizó con éxito gas de dióxido de carbono a alta presión para enfriar el proceso de procesamiento de aleación de titanio. En comparación con el estado de corte en 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 de corte, sino que también reduce eficazmente el desgaste de la herramienta y aumenta la vida útil de la herramienta. 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 procesar. Al aplicar vibraciones de alta frecuencia y pequeña amplitud a la herramienta, se logra una separación intermitente entre la herramienta y la pieza de trabajo 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, reduce los valores de rugosidad de la superficie y reduce el desgaste de la herramienta. Sus excelentes efectos de proceso han recibido una amplia atención.
Para materiales difíciles de cortar, como las aleaciones de titanio, la optimización de los materiales de las herramientas puede mejorar eficazmente los resultados de corte [8, 13]. Los estudios han demostrado que para el procesamiento de aleaciones de titanio, se pueden seleccionar diferentes herramientas según la velocidad de procesamiento. Para el corte a baja velocidad, se utiliza acero de alta velocidad con alto contenido de cobalto, para el corte a velocidad media, se utilizan herramientas de carburo cementado con revestimiento de óxido de aluminio, y para el corte a alta velocidad, se utilizan herramientas de nitruro de boro cúbico (CBN); para el procesamiento de aleaciones de alta temperatura, se deben utilizar herramientas de acero de alta velocidad con alto contenido de vanadio o de carburo cementado YG con alta dureza y buena resistencia al desgaste para el procesamiento.
Los parámetros de corte también son un factor importante que afecta el efecto del mecanizado. El uso de parámetros de corte adecuados para los materiales correspondientes puede mejorar eficazmente la calidad y la eficiencia del mecanizado. Tomando el parámetro de velocidad de corte como ejemplo, una velocidad de corte baja puede formar fácilmente un área de borde acumulado en la superficie del material, reduciendo la precisión del mecanizado de la superficie; una velocidad de corte alta puede causar fácilmente acumulación de calor, causando quemaduras en la pieza de trabajo y la herramienta. En este sentido, el equipo del profesor Zhai Yuansheng en la Universidad de Ciencia y Tecnología de Harbin analizó las propiedades mecánicas y físicas de los materiales difíciles de mecanizar de uso común y resumió una tabla recomendada de velocidades de corte para materiales difíciles de mecanizar a través de experimentos de mecanizado ortogonal [14] (ver Tabla 1). El uso de las herramientas y las velocidades de corte recomendadas en la tabla para el mecanizado puede reducir eficazmente los defectos de mecanizado y el desgaste de la herramienta, y mejorar la calidad del mecanizado.
En los últimos años, con el rápido desarrollo de la industria aeronáutica y la creciente demanda del mercado, los requisitos para un procesamiento eficiente y preciso de palas de paredes delgadas han aumentado cada vez más, y la demanda de tecnología de control de deformación de mayor precisión se ha vuelto más urgente. En el contexto de la tecnología de fabricación inteligente, la combinación de tecnología de información electrónica moderna para lograr un control inteligente de la deformación y la vibración del procesamiento de las palas de los motores de las aeronaves se ha convertido en un tema candente para muchos investigadores. La introducción de sistemas CNC inteligentes en el procesamiento de precisión de superficies curvas complejas de palas y la compensación activa de errores en el proceso de procesamiento basados en sistemas CNC inteligentes pueden 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 el control de los parámetros de mecanizado como la trayectoria de la herramienta, es necesario obtener primero la influencia de los parámetros del proceso en la deformación y vibración del mecanizado. Hay dos métodos comúnmente utilizados: uno es analizar y razonar los resultados de cada pasada de herramienta a través de la medición en máquina y el análisis de errores [15]; el otro es establecer un modelo de predicción para la deformación y vibración del mecanizado a través de métodos como el análisis dinámico [16], el modelado de elementos finitos [17], experimentos [18] y redes neuronales [19] (ver Figura 4).
Basándose en el modelo de predicción anterior o en la tecnología de medición en máquina, las personas pueden optimizar e incluso controlar los parámetros de mecanizado en tiempo real. La dirección principal es compensar los errores causados por la deformación y la vibración replanificando la trayectoria de la herramienta. El método comúnmente utilizado en esta dirección es el "método de compensación de espejo" [20] (véase la Figura 5). Este método compensa la deformación de un único corte corrigiendo la trayectoria nominal de la herramienta. Sin embargo, una única compensación producirá una nueva deformación de mecanizado. Por tanto, es necesario establecer una relación iterativa entre la fuerza de corte y la deformación de mecanizado a través de múltiples compensaciones para corregir la deformación una a una. Además del método de compensación de error activo basado en la planificación de la trayectoria de la herramienta, muchos académicos también están estudiando cómo controlar la deformación y la vibración optimizando y controlando los parámetros de corte y los parámetros de la herramienta. Para el corte de un determinado tipo de pala de motor de avión, se cambiaron los parámetros de mecanizado para varias rondas de pruebas ortogonales. Con base en los datos de prueba, se analizó la influencia de cada parámetro de corte y parámetro de herramienta en la respuesta de vibración y deformación del mecanizado de la cuchilla [21-23]. Se estableció un modelo de predicción empírica para optimizar los parámetros de mecanizado, reducir eficazmente la deformación del mecanizado y suprimir la vibración del corte.
Basándose en los modelos y métodos anteriores, muchas empresas han desarrollado o mejorado los sistemas CNC de los centros de mecanizado CNC para lograr un control adaptativo en tiempo real de los parámetros de procesamiento de piezas de paredes delgadas. El sistema de fresado óptimo de la empresa israelí OMAT [24] es un representante típico en este campo. Ajusta principalmente la velocidad de alimentación a través de tecnología adaptativa para lograr el propósito de fresado de fuerza constante y lograr un procesamiento de alta eficiencia y alta calidad de productos complejos. Además, Beijing Jingdiao también aplicó una tecnología similar en el caso técnico clásico de completar el grabado del patrón de la superficie de la cáscara de huevo a través de la compensación adaptativa de medición en la máquina [25]. THERRIEN de GE en los Estados Unidos [26] propuso un método de corrección en tiempo real para los códigos de mecanizado CNC durante el mecanizado, que proporcionó un medio técnico básico para el mecanizado adaptativo y el control en tiempo real de hojas complejas de paredes delgadas. El sistema de reparación automatizada de componentes de turbinas de motores de aeronaves de la Unión Europea (AROSATEC) realiza un fresado de precisión adaptativo después de que la pala se repara mediante fabricación aditiva, y se ha aplicado a la producción de reparación de palas de la empresa alemana MTU y la empresa irlandesa SIFCO [27].
El uso de equipos de proceso inteligentes para mejorar la rigidez del sistema de proceso y mejorar las características de amortiguación también es una forma eficaz de suprimir la deformación y la vibración del procesamiento de palas de paredes delgadas, mejorar la precisión del procesamiento y mejorar la calidad de la superficie. En los últimos años, se ha utilizado una gran cantidad de equipos de proceso diferentes en el procesamiento de varios tipos de palas de motores aeronáuticos [28]. Dado que las palas de motores aeronáuticos generalmente tienen características estructurales de paredes delgadas e irregulares, un área de sujeción y posicionamiento pequeña, baja rigidez de procesamiento y deformación local bajo la acción de cargas de corte, el equipo de procesamiento de palas generalmente aplica un soporte auxiliar a la pieza de trabajo sobre la base de satisfacer el principio de posicionamiento de seis puntos [29] para optimizar la rigidez del sistema de proceso y suprimir la deformación del procesamiento. Las superficies curvas irregulares y de paredes delgadas plantean dos requisitos para el posicionamiento y la sujeción de las herramientas: primero, la fuerza de sujeción o fuerza de contacto de las herramientas debe distribuirse lo más uniformemente posible en la superficie curva para evitar una deformación local grave de la pieza de trabajo bajo la acción de la fuerza de sujeción; En segundo lugar, los elementos de posicionamiento, sujeción y soporte auxiliar de la herramienta deben adaptarse mejor a la superficie curva compleja de la pieza de trabajo para generar una fuerza de contacto superficial uniforme en cada punto de contacto. En respuesta a estos dos requisitos, los académicos han propuesto un sistema de herramientas flexibles. Los sistemas de herramientas flexibles se pueden dividir en herramientas flexibles de cambio de fase y herramientas flexibles adaptativas. Las herramientas flexibles de cambio de fase utilizan los cambios de rigidez y amortiguación antes y después del cambio de fase del fluido: el fluido en la fase líquida o fase móvil tiene baja rigidez y amortiguación, y puede adaptarse a la superficie curva compleja de la pieza de trabajo bajo baja presión. Posteriormente, el fluido se transforma en una fase sólida o se consolida por fuerzas externas como electricidad/magnetismo/calor, y la rigidez y la amortiguación se mejoran en gran medida, proporcionando así un soporte uniforme y flexible para la pieza de trabajo y suprimiendo la deformación y la vibración.
El equipo de proceso en la tecnología de procesamiento tradicional de las palas de los motores de las aeronaves consiste en utilizar materiales de cambio de fase, como aleaciones de bajo punto de fusión, para rellenar el soporte auxiliar. Es decir, después de que la pieza de trabajo se coloca y se sujeta en seis puntos, la referencia de posicionamiento de la pieza de trabajo se funde en un bloque de fundición a través de la aleación de bajo punto de fusión para proporcionar un soporte auxiliar para la pieza de trabajo, y el posicionamiento complejo del punto se convierte en un posicionamiento regular de la superficie, y luego se lleva a cabo el procesamiento de precisión de la pieza a procesar (véase la Figura 6). Este método de proceso tiene defectos obvios: la conversión de la referencia de posicionamiento conduce a una disminución de la precisión del posicionamiento; la preparación de la producción es complicada y la fundición y fusión de la aleación de bajo punto de fusión también provoca problemas de residuos y limpieza en la superficie de la pieza de trabajo. Al mismo tiempo, las condiciones de fundición y fusión también son relativamente malas [30]. Para resolver los defectos del proceso anteriores, un método común es introducir una estructura de soporte de múltiples puntos combinada con un material de cambio de fase [31]. El extremo superior de la estructura de soporte entra en contacto con la pieza de trabajo para su posicionamiento, y el extremo inferior se sumerge en la cámara de aleación de bajo punto de fusión. El soporte auxiliar flexible se logra en función de las características de cambio de fase de la aleación de bajo punto de fusión. Aunque la introducción de una estructura de soporte puede evitar los defectos superficiales causados por las aleaciones de bajo punto de fusión que entran en contacto con las palas, debido a las limitaciones de rendimiento de los materiales de cambio de fase, las herramientas flexibles de cambio de fase no pueden cumplir simultáneamente los dos requisitos principales de alta rigidez y alta velocidad de respuesta, y son difíciles de aplicar a la producción automatizada de alta eficiencia.
Para resolver los inconvenientes de las herramientas flexibles de cambio de fase, muchos académicos han incorporado el concepto de adaptación en la investigación y el desarrollo de herramientas flexibles. Las herramientas flexibles adaptativas pueden adaptarse de forma adaptativa a formas de pala complejas y posibles errores de forma a través de sistemas electromecánicos. Para garantizar que la fuerza de contacto se distribuya uniformemente en toda la pala, las herramientas suelen utilizar soportes auxiliares multipunto 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 multipunto adecuado para el procesamiento de palas de forma casi neta [32, 33] (consulte la Figura 7). Las herramientas utilizan múltiples elementos de sujeción de material flexible para ayudar a soportar la superficie de la pala de la pala de forma casi neta, lo que aumenta el área de contacto de Cada área de contacto y asegurando que la fuerza de sujeción se distribuya 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 pasivos de libertad, que pueden adaptarse de forma adaptativa a la forma de la hoja y su error al tiempo que evitan el posicionamiento excesivo. Además de lograr un soporte adaptativo a través de materiales flexibles, el principio de inducción electromagnética también se aplica a la investigación y el desarrollo de herramientas flexibles adaptativas. El equipo de Yang Yiqing en la Universidad de Aeronáutica y Astronáutica de Beijing 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, que puede cambiar las características de amortiguación del sistema de proceso. Durante el proceso de sujeción, el soporte auxiliar se adapta de forma adaptativa a la forma de la pieza de trabajo bajo la acción de un imán permanente. Durante el procesamiento, la vibración generada por la pieza de trabajo se transmitirá al soporte auxiliar, y la fuerza electromagnética inversa se excitará de acuerdo con el principio de inducción electromagnética, suprimiendo así la vibración del procesamiento de piezas de trabajo de paredes delgadas.
En la actualidad, en el proceso de diseño de equipos de proceso, generalmente se utilizan análisis de elementos finitos, algoritmos genéticos y otros métodos para optimizar el diseño de soportes auxiliares multipunto [35]. Sin embargo, el resultado de la optimización generalmente solo puede garantizar que se minimice la deformación de procesamiento en un punto y no puede garantizar que se pueda lograr el mismo efecto de supresión de deformación en otras piezas de procesamiento. En el proceso de procesamiento de la cuchilla, generalmente se realizan una serie de pasadas de herramienta en la pieza de trabajo en la misma máquina herramienta, pero los requisitos de sujeción para procesar diferentes piezas son diferentes e incluso pueden variar en el tiempo. Para el método de soporte multipunto estático, si se mejora la rigidez del sistema de proceso al aumentar el número de soportes auxiliares, por un lado, aumentará la masa y el volumen de la herramienta y, por otro lado, se comprimirá el espacio de movimiento de la herramienta. Si se restablece la posición del soporte auxiliar al procesar diferentes piezas, el proceso de procesamiento se interrumpirá inevitablemente y se reducirá la eficiencia del procesamiento. Por lo tanto, se ha propuesto un equipo de proceso de seguimiento [36-38] que ajusta automáticamente el diseño del soporte y la fuerza de soporte en línea de acuerdo con el proceso de procesamiento. El equipo de proceso de seguimiento (ver Figura 8) puede lograr un soporte dinámico a través de la cooperación coordinada de la herramienta y las herramientas en función de la trayectoria de la herramienta y los cambios de las condiciones de trabajo del proceso de corte variable en el tiempo antes de que comience cualquier procedimiento de procesamiento: primero mueva el soporte auxiliar a una posición que ayude a suprimir la deformación de procesamiento actual, de modo que el área de procesamiento de La pieza de trabajo se sujeta activamente, mientras que otras partes de la pieza de trabajo permanecen en posición con el menor contacto posible, ajustándose así a los requisitos de sujeción que varían con el tiempo durante el proceso de procesamiento.
Para mejorar aún más la capacidad de soporte dinámico adaptativo del equipo de proceso, adaptarse a los requisitos de sujeción más complejos en el proceso de procesamiento y mejorar la calidad y la eficiencia de la producción de procesamiento de cuchillas, el soporte auxiliar de seguimiento se expande a un grupo formado por múltiples soportes auxiliares dinámicos. Cada soporte auxiliar dinámico es necesario para coordinar acciones y reconstruir de forma automática y rápida el contacto entre el grupo de soporte y la pieza de trabajo según los requisitos variables en el tiempo del proceso de fabricación. El proceso de reconstrucción no interfiere en el posicionamiento de toda la pieza de trabajo y no provoca desplazamientos ni vibraciones locales. El equipo de proceso basado en este concepto se denomina dispositivo de grupo autorreconfigurable [39], que tiene las ventajas de flexibilidad, reconfigurabilidad y autonomía. El dispositivo de fijación de grupo auto-reconfigurable puede asignar múltiples soportes auxiliares a diferentes posiciones en la superficie soportada según los requisitos del proceso de fabricación, y puede adaptarse a piezas de trabajo de formas complejas con un área grande, al tiempo que garantiza suficiente rigidez y elimina soportes redundantes. El método de funcionamiento del dispositivo es que el controlador envía instrucciones según el programa programado y la base móvil lleva el elemento de soporte a la posición de destino según las instrucciones. El elemento de soporte se adapta a la forma geométrica local de la pieza de trabajo para lograr un soporte compatible. Las características dinámicas (rigidez y amortiguación) del área de contacto entre un solo elemento de soporte y la pieza de trabajo local se pueden controlar cambiando los parámetros del elemento de soporte (por ejemplo, el elemento de soporte hidráulico normalmente puede cambiar 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 del área de contacto entre múltiples elementos de soporte y la pieza de trabajo, 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 soporte de múltiples puntos del dispositivo de grupo auto-reconfigurable debe considerar las tres cuestiones siguientes: adaptación a la forma geométrica de la pieza de trabajo, reposicionamiento rápido de los elementos de soporte y cooperación coordinada de múltiples puntos de soporte [40]. Por lo tanto, al utilizar el dispositivo de grupo auto-reconfigurable, es necesario utilizar la forma de la pieza de trabajo, las características de carga y las condiciones de contorno inherentes como entrada para resolver el diseño del soporte multipunto y los parámetros de soporte en diferentes condiciones de procesamiento, planificar la ruta de movimiento del soporte multipunto, generar un código de control a partir de los resultados de la solución e importarlo al controlador. En la actualidad, investigadores nacionales y extranjeros han realizado algunas investigaciones e intentos de crear dispositivos grupales auto-reconfigurables. En países extranjeros, el proyecto SwarmItFIX de la UE ha desarrollado un nuevo sistema de fijación autoconfigurable altamente adaptable [41], que utiliza un conjunto de soportes auxiliares móviles para moverse libremente en el banco de trabajo y reposicionarse en tiempo real para soportar mejor las piezas procesadas. El prototipo del sistema SwarmItFIX se ha implementado en este proyecto (ver Figura 9a) y se ha probado en las instalaciones de un fabricante de aviones italiano. En China, el equipo de Wang Hui en la Universidad de Tsinghua ha desarrollado un banco de trabajo con soporte de sujeción de cuatro puntos que se puede controlar en coordinación con una máquina herramienta [42] (ver Figura 9b). Este banco de trabajo puede soportar la espiga en voladizo y evitar automáticamente la herramienta durante el mecanizado fino de la espiga de un álabe de turbina.
A medida que aumentan los requisitos de diseño de la relación empuje-peso de los motores de aeronaves, el número de piezas se reduce gradualmente y el nivel de tensión de las piezas es cada vez mayor. El rendimiento de los dos principales materiales estructurales tradicionales de alta temperatura ha llegado a su límite. En los últimos años, se han desarrollado rápidamente nuevos materiales para las palas de los motores de aeronaves y se utilizan cada vez más materiales de alto rendimiento para fabricar palas de paredes delgadas. Entre ellos, γ-La aleación TiAl[43] tiene excelentes propiedades como alta resistencia específica, resistencia a altas temperaturas y buena resistencia a la oxidación. Al mismo tiempo, su densidad es de 3.9 g/cm3, que es solo la mitad de la de las aleaciones de alta temperatura. En el futuro, tiene un gran potencial como cuchilla en el rango de temperatura de 700 a 800℃. Aunque γ-La aleación TiAl tiene excelentes propiedades mecánicas, su alta dureza, baja conductividad térmica, baja tenacidad a la fractura y alta fragilidad conducen a una mala integridad de la superficie y una baja precisión de γ-Material de aleación de TiAl durante el corte, lo que afecta gravemente la vida útil de las piezas. Por lo tanto, la investigación de procesamiento de γ-La aleación TiAl tiene una importancia y un valor teórico importantes y es una dirección de investigación importante de la tecnología actual de procesamiento de cuchillas.
Las palas de los motores de aviación tienen superficies curvas complejas y requieren una alta precisión de forma. Actualmente, su mecanizado de precisión utiliza principalmente métodos de mecanizado adaptativo geométrico basados en la planificación de trayectorias y la reconstrucción de modelos. Este método puede reducir eficazmente el impacto de los errores causados por el posicionamiento, la sujeción, etc. en la precisión del mecanizado de las palas. Influencia. Sin embargo, debido al espesor desigual de la pieza bruta de la pala forjada en matriz, la profundidad de corte en diferentes áreas de la herramienta es diferente durante el proceso de corte de acuerdo con la trayectoria planificada, lo que aporta factores inciertos al proceso de corte y afecta la estabilidad del procesamiento. En el futuro, durante el proceso de mecanizado adaptativo CNC, los cambios reales del estado de mecanizado deberían rastrearse mejor [44], mejorando así significativamente la precisión del mecanizado de superficies curvas complejas y formando un método de mecanizado adaptativo de control variable en el tiempo que ajusta los parámetros de corte en función de los datos de retroalimentación en tiempo real.
Como el tipo de piezas más grande del motor, la eficiencia de fabricación de las palas afecta directamente la eficiencia de fabricación general del motor, y la calidad de fabricación de las palas afecta directamente el rendimiento y la vida útil del motor. Por lo tanto, el mecanizado de precisión inteligente de las palas se ha convertido en la dirección de desarrollo de la fabricación de palas de motor en el mundo actual. La investigación y el desarrollo de máquinas herramienta y equipos de proceso es la clave para lograr el procesamiento inteligente de las 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 mejorado enormemente. Por lo tanto, la investigación, el desarrollo y la innovación de equipos de proceso inteligentes es una dirección de desarrollo importante para el mecanizado eficiente y preciso de palas de paredes delgadas. Las máquinas herramienta CNC altamente inteligentes se combinan con equipos de proceso para formar un sistema de procesamiento de palas inteligente (ver Figura 10), que logra un mecanizado CNC de alta precisión, alta eficiencia y adaptativo de palas de paredes delgadas.
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