Technologie et équipements de usinage précis pour les pales minces, spéciales et complexes des moteurs d'avion

En tant que composant clé pour atteindre les performances des moteurs aérospatiaux, les pales présentent des caractéristiques typiques telles que des parois minces, des formes spéciales, des structures complexes, des matériaux difficiles à usiner et des exigences élevées en termes de précision d'usinage et de qualité de surface. Comment réaliser un usinage précis et efficace des pales constitue un défi majeur dans le domaine actuel de la fabrication des moteurs aérospatiaux. À travers l'analyse des facteurs clés affectant la précision de l'usinage des pales, l'état actuel des recherches sur la technologie et les équipements d'usinage précis des pales est globalement résumé, et la tendance de développement de la technologie d'usinage des pales des moteurs aérospatiaux est prospectée.

Dans l'industrie aérospatiale, les pièces légères, à haute résistance et à parois minces sont largement utilisées et constituent des composants clés pour atteindre les performances d'équipements importants tels que les moteurs d'avion [1]. Par exemple, les pales en alliage de titane des moteurs d'avions à grand rapport de contournement (voir figure 1) peuvent mesurer jusqu'à 1 mètre de longueur, avec des profils complexes de pales et des structures de plateforme amortissante, et l'épaisseur de la partie la plus fine n'est que de 1,2 mm, ce qui en fait une pièce typique de grande taille, à paroi mince et de forme spéciale [2]. En tant que pièce typique à paroi mince, de forme spéciale et de rigidité faible, la pale est sujette aux déformations et vibrations lors du traitement [3]. Ces problèmes affectent gravement la précision du traitement et la qualité de surface de la pale.

Les performances du moteur dépendent en grande partie du niveau de fabrication des pales. Lors du fonctionnement du moteur, les pales doivent fonctionner de manière stable dans des environnements opérationnels extrêmes tels que haute température et haute pression. Cela nécessite que le matériau des pales ait une bonne résistance, une bonne résistance à la fatigue et une bonne résistance à la corrosion à haute température, tout en assurant la stabilité structurelle [2]. Généralement, des alliages de titane ou des alliages à haute température sont utilisés pour les pales des moteurs d'avion. Cependant, les alliages de titane et les alliages à haute température ont de mauvaises propriétés d'usinabilité. Pendant le processus de coupe, la force de coupe est importante et l'outil s'use rapidement. À mesure que l'usure de l'outil augmente, la force de coupe augmentera encore, entraînant une déformation et des vibrations plus importantes lors de l'usinage, ce qui provoque une faible précision dimensionnelle et une mauvaise qualité de surface des pièces. Afin de répondre aux exigences de performance de service du moteur dans des conditions de travail extrêmes, la précision d'usinage et la qualité de surface des pales sont extrêmement élevées. En prenant l'exemple des pales en alliage de titane utilisées dans un moteur turbofan national à grand rapport de contournement, la longueur totale de la pale est de 681 mm, tandis que l'épaisseur est inférieure à 6 mm. La tolérance en profil est de -0,12 à +0,03 mm, la précision dimensionnelle des bords d'entrée et de sortie est de -0,05 à +0,06 mm, et l'erreur de torsion de la section de la pale est dans ± 10′, et la valeur de rugosité de surface Ra est meilleure que 0,4 μ m. Cela nécessite généralement un usinage de précision sur une machine-outil CNC à cinq axes. Cependant, en raison de la faible rigidité de la lame, de sa structure complexe et de matériaux difficiles à usiner, pour garantir la précision et la qualité de l'usinage, le personnel de production doit ajuster plusieurs fois les paramètres d'usinage pendant le processus, ce qui limite gravement les performances du centre d'usinage CNC et entraîne une perte d'efficacité considérable [4]. Par conséquent, avec le développement rapide de la technologie d'usinage CNC, savoir comment contrôler la déformation et réduire les vibrations lors de l'usinage des pièces à paroi mince, tout en exploitant pleinement les capacités d'usinage des centres d'usinage CNC, est devenu un besoin urgent pour les entreprises de fabrication avancée.

Les recherches sur la technologie de contrôle des déformations des pièces à faible rigidité à parois minces ont attiré l'attention des ingénieurs et chercheurs depuis longtemps. Dans les pratiques de production initiales, on utilisait souvent la stratégie d'usinage alterné des deux côtés des structures à parois minces, ce qui peut réduire dans une certaine mesure les effets néfastes de la déformation et des vibrations sur la précision dimensionnelle. De plus, il existe également un moyen d'améliorer la rigidité de l'usinage en plaçant des structures sacrificielles préfabriquées telles que des renforts.

Technologie de coupe pour les matériaux difficiles à usiner

Pour répondre aux exigences d'un service stable dans un environnement à haute température et haute pression, les matériaux couramment utilisés pour les pales des moteurs d'avion sont les alliages de titane ou les alliages à haute température. Ces dernières années, les composés intermétalliques titane-aluminium sont également devenus un matériau de pale présentant un grand potentiel d'application. Les alliages de titane ont les caractéristiques d'une faible conductivité thermique, d'une faible plasticité, d'un faible module d'élasticité et d'une forte affinité, ce qui leur cause des problèmes tels qu'une grande force de coupe, une haute température de coupe, un durcissement important par travail et un usure importante des outils lors de l'usinage. Ce sont des matériaux typiquement difficiles à usiner (morphologie microstructurale voir Figure 2a) [7]. Les principales caractéristiques des alliages à haute température sont une grande plasticité et résistance, une mauvaise conductivité thermique, et une grande quantité de solution solide dense à l'intérieur [8]. La déformation plastique lors de l'usinage provoque une distorsion sévère du réseau cristallin, une grande résistance à la déformation, une grande force de coupe et un phénomène important de durcissement par refroidissement, ce qui en fait également des matériaux typiquement difficiles à usiner (morphologie microstructurale voir Figure 2b). Par conséquent, il est très important de développer des technologies d'usinage efficaces et précises pour les matériaux difficiles à usiner comme les alliages de titane et les alliages à haute température. Pour réaliser un usinage efficace et précis de ces matériaux difficiles à usiner, les chercheurs nationaux et internationaux ont mené des recherches approfondies sur des méthodes d'usinage innovantes, des matériaux optimaux pour les outils d'usinage et des paramètres d'usinage optimisés.

2.1 Innovation des méthodes de traitement par découpe

En ce qui concerne l'innovation dans la recherche et le développement des méthodes de coupe, les chercheurs ont introduit des moyens auxiliaires tels que le chauffage au laser et le refroidissement cryogénique pour améliorer la façonnabilité des matériaux et atteindre une coupe efficace. Le principe de fonctionnement du procédé assisté par chauffage au laser [9] (voir figure 3a) consiste à concentrer un faisceau laser de haute puissance sur la surface de la pièce avant l’arête de coupe, à adoucir le matériau par chauffage localisé du faisceau, à réduire la résistance à la traction du matériau, ce qui diminue ainsi la force de coupe et l'usure de l'outil, tout en améliorant la qualité et l'efficacité de la coupe. Le procédé assisté par refroidissement cryogénique [10] (voir figure 3b) utilise des fluides de refroidissement comme l'azote liquide ou du gaz dioxyde de carbone à haute pression pour pulvériser sur la zone de coupe afin de refroidir le processus de coupe, évitant ainsi le problème de température excessive locale causée par une mauvaise conductivité thermique du matériau, et rendant la pièce localement froide et fragile, ce qui améliore l'effet de rupture des copeaux. La société Nuclear AMRC au Royaume-Uni a réussi à utiliser du dioxyde de carbone à haute pression pour refroidir le processus de traitement de l'alliage de titane. Comparé à l'état de coupe sèche, l'analyse montre que le refroidissement cryogénique peut non seulement réduire la force de coupe et améliorer la qualité de la surface coupée, mais aussi réduire efficacement l'usure de l'outil et augmenter sa durée de vie. De plus, le procédé assisté par vibration ultrasonore [11, 12] (voir figure 3c) est également une méthode efficace pour couper des matériaux difficiles à usiner. En appliquant des vibrations de haute fréquence et d'amplitude faible à l'outil, on obtient une séparation intermittente entre l'outil et la pièce pendant le processus d'usinage, ce qui modifie le mécanisme de décolletage, renforce la stabilité de la coupe dynamique, évite efficacement les frottements entre l'outil et la surface usinée, réduit la température de coupe et la force de coupe, diminue les valeurs de rugosité de surface et réduit l'usure de l'outil. Ses excellents effets de traitement ont suscité une attention considérable.

2.2 Sélection des matériaux d'outils

Pour les matériaux difficiles à usiner, tels que les alliages de titane, l'optimisation des matériaux d'outils peut améliorer efficacement les résultats d'usinage [8, 13]. Des études ont montré qu'en ce qui concerne le traitement des alliages de titane, différents outils peuvent être choisis en fonction de la vitesse de traitement. Pour l'usinage à faible vitesse, on utilise de l'acier rapide à haute teneur en cobalt, pour l'usinage à vitesse moyenne, on utilise des outils en carbure de métal avec une couche d'oxyde d'aluminium, et pour l'usinage à haute vitesse, on utilise des outils en nitrure cubique de bore (CBN). Pour l'usinage des alliages à haute température, il est recommandé d'utiliser des aciers rapides riches en vanadium ou des outils en carbure YG avec une grande dureté et une bonne résistance à l'usure.

2.3 Paramètres d'usinage optimaux

Les paramètres de coupe sont également un facteur important affectant l'efficacité de l'usinage. L'utilisation de paramètres de coupe appropriés pour les matériaux correspondants peut améliorer efficacement la qualité et l'efficacité de l'usinage. En prenant l'exemple du paramètre de vitesse de coupe, une faible vitesse de coupe peut facilement entraîner la formation d'une zone d'accrochage sur la surface du matériau, réduisant ainsi la précision de l'usinage de la surface ; une vitesse de coupe élevée peut facilement provoquer un accumulation de chaleur, causant des brûlures à la pièce et à l'outil. À cet égard, l'équipe du Professeur Zhai Yuansheng de l'Université des Sciences et Technologies de Harbin a analysé les propriétés mécaniques et physiques des matériaux couramment utilisés difficiles à usiner et a résumé un tableau recommandé des vitesses de coupe pour les matériaux difficiles à usiner grâce à des expériences d'usinage orthogonales [14] (voir Tableau 1). L'utilisation des outils et des vitesses de coupe recommandées dans le tableau pour l'usinage peut réduire efficacement les défauts d'usinage et l'usure de l'outil, et améliorer la qualité de l'usinage.

3 La technologie de fraisage CNC précise pour des surfaces de pales complexes

Ces dernières années, avec le développement rapide de l'industrie aéronautique et l'augmentation de la demande sur le marché, les exigences en matière de traitement efficace et précis des pales à parois minces ont augmenté de plus en plus, et la demande de technologies de contrôle de déformation plus précises est devenue plus urgente. Dans le contexte de la technologie de fabrication intelligente, combiner les technologies modernes d'électronique et d'information pour réaliser un contrôle intelligent de la déformation et des vibrations lors du traitement des pales des moteurs d'avion est devenu un sujet brûlant pour de nombreux chercheurs. L'introduction de systèmes CNC intelligents dans le traitement précis des surfaces courbes complexes des pales, et la compensation active des erreurs lors du processus de traitement basée sur des systèmes CNC intelligents, peut effectivement réprimer la déformation et les vibrations.

Pour une compensation active des erreurs dans le processus d'usinage, afin d'optimiser et de contrôler les paramètres d'usinage tels que la trajectoire de l'outil, il est nécessaire en premier lieu d'obtenir l'influence des paramètres du procédé sur la déformation et les vibrations lors de l'usinage. Il existe deux méthodes couramment utilisées : l'une consiste à analyser et raisonner les résultats de chaque passage d'outil grâce aux mesures en ligne et à l'analyse d'erreur [15] ; l'autre consiste à établir un modèle de prédiction pour la déformation et les vibrations d'usinage par des méthodes telles que l'analyse dynamique [16], la modélisation par éléments finis [17], les expériences [18] et les réseaux de neurones [19] (voir la figure 4).

Sur la base du modèle de prédiction ou de la technologie de mesure en ligne mentionnée ci-dessus, les gens peuvent optimiser et même contrôler les paramètres d'usinage en temps réel. La direction principale consiste à compenser les erreurs causées par la déformation et les vibrations en replanifiant le chemin de l'outil. La méthode couramment utilisée dans cette direction est la "méthode de compensation miroir" [20] (voir la figure 5). Cette méthode compense la déformation d'un seul passage de coupe en corrigeant la trajectoire nominale de l'outil. Cependant, une seule compensation peut engendrer une nouvelle déformation lors de l'usinage. Par conséquent, il est nécessaire d'établir une relation itérative entre la force de coupe et la déformation d'usinage via plusieurs compensations pour corriger les déformations une par une. En plus de la méthode de compensation active des erreurs basée sur la planification du chemin de l'outil, de nombreux chercheurs étudient également comment contrôler la déformation et les vibrations en optimisant et en contrôlant les paramètres de coupe et les paramètres de l'outil. Pour l'usinage d'une certaine forme de pale de moteur d'avion, plusieurs séries de tests orthogonaux ont été effectuées en changeant les paramètres d'usinage. Sur la base des données de test, l'influence de chaque paramètre de coupe et de chaque paramètre d'outil sur la déformation d'usinage de la pale et la réponse vibratoire a été analysée [21-23]. Un modèle de prédiction empirique a été établi pour optimiser les paramètres d'usinage, réduire efficacement la déformation d'usinage et atténuer les vibrations de coupe.

Sur la base des modèles et méthodes mentionnés ci-dessus, de nombreuses entreprises ont développé ou amélioré les systèmes CNC des centres d'usinage pour réaliser un contrôle adaptatif en temps réel des paramètres de traitement des pièces à parois minces. Le système d'usinage optimal de l'entreprise israélienne OMAT [24] est un représentant typique dans ce domaine. Il ajuste principalement la vitesse d'avance grâce à la technologie adaptative afin d'atteindre l'objectif de fraiseuse à force constante et de réaliser un usinage efficace et de haute qualité de produits complexes. De plus, Beijing Jingdiao a également appliqué une technologie similaire dans un cas technique classique consistant à graver des motifs sur la surface d'une coquille d'œuf grâce à une compensation adaptative mesurée sur machine [25]. THERRIEN de General Electric aux États-Unis [26] a proposé une méthode de correction en temps réel des codes d'usinage CNC pendant le processus d'usinage, offrant ainsi un moyen technique de base pour l'usinage adaptatif et le contrôle en temps réel des pales à parois minces complexes. Le système de réparation automatisé des composants de turbines de moteurs d'avion de l'Union européenne (AROSATEC) permet une fraiseuse précise adaptative après la réparation des pales par fabrication additive, et a été mis en application dans la production de réparation des pales de l'entreprise allemande MTU et de l'entreprise irlandaise SIFCO [27].

4. Amélioration de la rigidité de traitement basée sur des équipements de processus intelligents

L'utilisation d'équipements de processus intelligents pour améliorer la rigidité du système de processus et les caractéristiques d'amortissement est également un moyen efficace pour réprimer la déformation et les vibrations lors du traitement des pales à paroi fine, améliorer la précision du traitement et la qualité de surface. Ces dernières années, une grande variété d'équipements de processus différents ont été utilisés pour le traitement de divers types de pales de moteurs aérospatiaux [28]. Étant donné que les pales des moteurs aérospatiaux présentent généralement des caractéristiques structurales fines et irrégulières, une petite zone de serrage et de positionnement, une faible rigidité de traitement et une déformation locale sous l'effet des charges de coupe, les équipements de traitement des pales appliquent généralement un soutien auxiliaire à la pièce en respectant le principe de positionnement à six points [29] afin d'optimiser la rigidité du système de processus et de réprimer la déformation du traitement. Les surfaces courbes à paroi fine et irrégulière posent deux exigences pour le positionnement et le serrage des outillages : premièrement, la force de serrage ou la force de contact de l'outil doit être répartie aussi uniformément que possible sur la surface courbe pour éviter une déformation locale importante de la pièce sous l'effet de la force de serrage ; deuxièmement, les éléments de positionnement, de serrage et de soutien auxiliaire de l'outil doivent mieux s'adapter à la surface courbe complexe de la pièce pour générer une force de contact superficielle uniforme à chaque point de contact. En réponse à ces deux exigences, les chercheurs ont proposé un système d'outillage flexible. Les systèmes d'outillage flexible peuvent être divisés en outils flexibles à changement de phase et en outils flexibles adaptatifs. Les outils flexibles à changement de phase utilisent les variations de rigidité et d'amortissement avant et après le changement de phase du fluide : le fluide dans sa phase liquide ou mobile présente une faible rigidité et amortissement, et peut s'adapter à la surface courbe complexe de la pièce sous basse pression. Par la suite, le fluide est transformé en phase solide ou consolidé par des forces externes telles que l'électricité/le magnétisme/la chaleur, ce qui améliore considérablement la rigidité et l'amortissement, offrant ainsi un soutien uniforme et flexible à la pièce tout en réprimant la déformation et les vibrations.

L'équipement de processus dans la technologie de traitement traditionnelle des pales de moteur d'avion consiste à utiliser des matériaux à changement de phase, tels que des alliages à faible point de fusion, pour le remplissage et le soutien auxiliaire. Cela signifie que, après que l'ébauche a été positionnée et serrée en six points, la référence de positionnement de la pièce est coulée en un bloc de fonderie grâce à l'alliage à faible point de fusion, fournissant ainsi un soutien auxiliaire à la pièce, et convertissant le positionnement complexe en un positionnement régulier de surface, puis procédant au traitement précis de la pièce à traiter (voir la figure 6). Cette méthode de processus présente des défauts évidents : la conversion de la référence de positionnement entraîne une diminution de la précision du positionnement ; la préparation de production est complexe, et la fonte et la fusion de l'alliage à faible point de fusion provoquent également des problèmes de résidus et de nettoyage sur la surface de la pièce. En même temps, les conditions de fonte et de fusion sont également relativement mauvaises [30]. Afin de résoudre les défauts de processus susmentionnés, une méthode courante consiste à introduire une structure de support multipoint combinée avec un matériau à changement de phase [31]. L'extrémité supérieure de la structure de support entre en contact avec la pièce pour le positionnement, tandis que l'extrémité inférieure est immergée dans la chambre contenant l'alliage à faible point de fusion. Un soutien auxiliaire flexible est réalisé grâce aux caractéristiques de changement de phase de l'alliage à faible point de fusion. Bien que l'introduction d'une structure de support permette d'éviter les défauts de surface causés par le contact des alliages à faible point de fusion avec les pales, en raison des limitations des performances des matériaux à changement de phase, l'outillage flexible à changement de phase ne peut pas simultanément répondre aux deux exigences majeures de rigidité élevée et de vitesse de réponse élevée, ce qui rend difficile son application à la production automatisée haute efficacité.

Pour résoudre les inconvénients de l'outillage flexible à changement de phase, de nombreux chercheurs ont intégré le concept d'adaptation dans la recherche et le développement d'outillages flexibles. L'outillage flexible adaptatif peut s'adapter aux formes complexes des pales et aux éventuelles erreurs de forme grâce à des systèmes électromécaniques. Afin de garantir que la force de contact soit répartie uniformément sur toute la lame, l'outillage utilise généralement des supports auxiliaires multi-points pour former une matrice de soutien. L'équipe de Wang Hui à l'Université de Tsinghua a proposé un équipement de processus avec un support auxiliaire flexible multi-points adapté au traitement de pales presque nettes [32, 33] (voir Figure 7). L'outillage utilise plusieurs éléments de serrage en matériaux flexibles pour aider à soutenir la surface de la pale presque nette, augmentant ainsi la surface de contact. ​​ chaque zone de contact et en s'assurant que la force de serrage est répartie uniformément sur chaque partie de contact et l'ensemble de la lame, améliorant ainsi la rigidité du système de processus et prévenant efficacement les déformations locales de la lame. L'outillage possède plusieurs degrés de liberté passifs, qui peuvent s'adapter à la forme de la lame et à ses erreurs tout en évitant un positionnement excessif. En plus d'atteindre un soutien adaptable grâce à des matériaux flexibles, le principe d'induction électromagnétique est également appliqué au développement d'outillages flexibles adaptatifs. L'équipe de Yang Yiqing à l'Université de la Science et de la Technologie Aéronautique et Astronautique de Pékin a inventé un dispositif de soutien auxiliaire basé sur le principe d'induction électromagnétique [34]. L'outillage utilise un support auxiliaire flexible excité par un signal électromagnétique, ce qui peut modifier les caractéristiques d'amortissement du système de processus. Pendant le serrage, le support auxiliaire s'adapte à la forme de la pièce sous l'action d'un aimant permanent. Pendant l'usinage, les vibrations générées par la pièce seront transmises au support auxiliaire, et une force électromagnétique inverse sera excitée selon le principe d'induction électromagnétique, supprimant ainsi les vibrations lors de l'usinage des pièces minces.

Actuellement, dans le processus de conception des équipements de procédé, des méthodes telles que l'analyse par éléments finis, l'algorithme génétique et d'autres sont généralement utilisées pour optimiser la disposition des supports auxiliaires multi-points [35]. Cependant, le résultat d'optimisation ne peut généralement garantir que la déformation de traitement à un seul point est minimisée, sans pouvoir assurer le même effet de réduction de déformation dans d'autres parties du traitement. Dans le processus de traitement des pales, une série de passages d'outil sont habituellement effectués sur la pièce sur la même machine-outil, mais les exigences de serrage pour traiter différentes parties peuvent être différentes et varier même avec le temps. Pour la méthode statique de support multi-points, si la rigidité du système de procédé est améliorée en augmentant le nombre de supports auxiliaires, d'une part, la masse et le volume de l'outillage augmenteront, et d'autre part, l'espace de mouvement de l'outil sera comprimé. Si la position du support auxiliaire est réinitialisée lors du traitement de différentes parties, le processus de traitement sera inévitablement interrompu et l'efficacité de traitement diminuera. Par conséquent, des équipements de procédé suivants [36-38] qui ajustent automatiquement la disposition et la force de support en ligne selon le processus de traitement ont été proposés. Les équipements de procédé suivants (voir Figure 8) peuvent réaliser un soutien dynamique grâce à la coopération coordonnée entre l'outil et l'outillage basée sur la trajectoire de l'outil et les changements de conditions opératoires du processus d'usinage variant dans le temps avant le début de toute procédure de traitement : d'abord, déplacer le support auxiliaire vers une position qui aide à réduire la déformation actuelle du traitement, afin que la zone de traitement soit  la pièce travaillée est activement soutenue, tandis que d'autres parties de la pièce restent en position avec le moins de contact possible, ce qui permet de répondre aux exigences de serrage variables dans le temps pendant le processus de traitement.

Afin d'améliorer encore la capacité de soutien dynamique adaptatif des équipements de processus, de répondre aux exigences de serrage plus complexes dans le processus de traitement et d'améliorer la qualité et l'efficacité de la production de traitement des pales, le soutien auxiliaire ultérieur est étendu en un groupe constitué de plusieurs supports auxiliaires dynamiques. Chaque support auxiliaire dynamique doit coordonner ses actions et reconstruire automatiquement et rapidement le contact entre le groupe de supports et la pièce selon les exigences variables du processus de fabrication. Le processus de reconstruction n'interfère pas avec l'emplacement de toute la pièce et ne provoque ni déplacement local ni vibration. L'équipement de processus basé sur ce concept est appelé fixture à groupe auto-réconfigurable [39], qui présente les avantages de flexibilité, de réconfigurabilité et d'autonomie. La fixture auto-réconfigurable peut attribuer plusieurs supports auxiliaires à différentes positions sur la surface de soutien selon les exigences du processus de fabrication, et peut s'adapter aux pièces complexes de grande taille tout en assurant une rigidité suffisante et en éliminant les supports redondants. Le mode de fonctionnement de la fixture consiste en ce que le contrôleur envoie des instructions conformément au programme programmé, et que la base mobile amène l'élément de soutien à la position cible selon les instructions. L'élément de soutien s'adapte à la forme géométrique locale de la pièce pour assurer un soutien conforme. Les caractéristiques dynamiques (raideur et amortissement) de la zone de contact entre un seul élément de soutien et la pièce locale peuvent être contrôlées en modifiant les paramètres de l'élément de soutien (par exemple, l'élément de soutien hydraulique peut généralement modifier la pression hydraulique d'entrée pour changer les caractéristiques de contact). Les caractéristiques dynamiques du système de processus sont formées par le couplage des caractéristiques dynamiques de la zone de contact entre plusieurs éléments de soutien et la pièce, et sont liées aux paramètres de chaque élément de soutien et à la disposition du groupe d'éléments de soutien. La conception du schéma de reconstruction de soutien multi-points de la fixture à groupe auto-réconfigurable doit prendre en compte les trois problèmes suivants : s'adapter à la forme géométrique de la pièce, repositionner rapidement les éléments de soutien, et coopérer de manière coordonnée entre plusieurs points de soutien [40]. Par conséquent, lors de l'utilisation de la fixture à groupe auto-réconfigurable, il est nécessaire d'utiliser la forme de la pièce, les caractéristiques de charge et les conditions limites inhérentes comme entrées pour résoudre la disposition de soutien multi-points et les paramètres de soutien sous différentes conditions de traitement, planifier le chemin de mouvement du soutien multi-points, générer un code de contrôle à partir des résultats de la solution, et l'importer dans le contrôleur. Actuellement, les chercheurs nationaux et internationaux ont mené certaines recherches et tentatives sur les fixtures à groupes auto-réconfigurables. À l'étranger, le projet européen SwarmItFIX a développé un nouveau système de fixture auto-réconfigurable hautement adaptable [41], qui utilise un ensemble de supports auxiliaires mobiles pour se déplacer librement sur la table de travail et se repositionner en temps réel afin de mieux soutenir les pièces traitées. Le prototype du système SwarmItFIX a été réalisé dans ce projet (voir figure 9a) et testé sur le site d'un fabricant italien d'avions. En Chine, l'équipe de Wang Hui de l'Université Tsinghua a développé une table de soutien à quatre points de serrage qui peut être contrôlée en coordination avec une machine-outil [42] (voir figure 9b). Cette table peut soutenir l'onglet en porte-à-faux et éviter automatiquement l'outil pendant l'usinage fin de l'onglet d'une pale de turbine. Pendant le processus d'usinage, le soutien auxiliaire à quatre points coopère avec le centre d'usinage CNC pour reconstruire l'état de contact à quatre points selon la position de mouvement de l'outil, ce qui non seulement évite les interférences entre l'outil et le soutien auxiliaire, mais assure également l'effet de soutien.

5 Discussion sur les tendances de développement futur

5.1 Nouveaux matériaux

À mesure que les exigences de conception du rapport poussée-poids des moteurs d'avion continuent d'augmenter, le nombre de pièces est progressivement réduit et le niveau de contrainte des pièces devient de plus en plus élevé. Les performances des deux principaux matériaux structuraux traditionnels à haute température ont atteint leur limite. Au cours des dernières années, les nouveaux matériaux pour les pales des moteurs d'avion se sont développés rapidement, et de plus en plus de matériaux performants sont utilisés pour fabriquer des pales à paroi fine. Parmi eux, γ - alliage TiAl[43] présente d'excellentes propriétés telles qu'une grande résistance spécifique, une bonne résistance à la chaleur et une excellente résistance à l'oxydation. En outre, sa densité est de 3,9g/cm3, soit seulement la moitié de celle des alliages à haute température. À l'avenir, il a un grand potentiel comme pale dans la plage de température de 700 à 800 ℃ . Bien que γ -L'alliage TiAl présente d'excellentes propriétés mécaniques, mais sa grande dureté, sa faible conductivité thermique, sa faible toughness à la fracture et sa fragilité élevée entraînent une qualité de surface médiocre et une faible précision lors de γ -l'usinage du matériau en alliage TiAl, ce qui affecte gravement la durée de vie des pièces. Par conséquent, la recherche sur l'usinage de γ -l'alliage TiAl revêt une importance théorique significative et est une direction de recherche clé dans les technologies actuelles d'usinage des pales.

5.2 Usinage adaptatif temporel

Les pales de moteurs aéronautiques ont des surfaces courbes complexes et nécessitent une grande précision de forme. Actuellement, leur usinage de précision repose principalement sur des méthodes d'usinage géométrique adaptatif basées sur la planification de trajectoire et la reconstruction de modèle. Cette méthode peut réduire efficacement l'impact des erreurs dues au positionnement, à l'étauage, etc., sur la précision de l'usinage des pales. Cependant, en raison de l'épaisseur inégale du lingot brut forgé des pales, la profondeur de coupe varie dans différentes zones de l'outil lors du processus d'usinage selon le chemin prévu, ce qui introduit des facteurs incertains dans le processus de coupe et affecte la stabilité de l'usinage. À l'avenir, pendant le processus d'usinage CNC adaptatif, les changements d'état réel de l'usinage devraient être mieux suivis [44], permettant ainsi d'améliorer considérablement la précision de l'usinage des surfaces courbes complexes et de développer une méthode d'usinage adaptatif à commande variant dans le temps qui ajuste les paramètres de coupe en fonction des données de retour en temps réel.

5.3 Équipements de production intelligents

En tant que plus grand type de pièces dans le moteur, l'efficacité de fabrication des pales influence directement l'efficacité globale de fabrication du moteur, et la qualité de fabrication des pales affecte directement les performances et la durée de vie du moteur. Par conséquent, le traitement intelligent et précis des pales est devenu la direction de développement de la fabrication des pales d'engine à travers le monde aujourd'hui. La recherche et le développement des centres d'usinage et des équipements de procédés sont la clé pour réaliser le traitement intelligent des pales. Avec le développement de la technologie CNC, le niveau d'intelligence des centres d'usinage a rapidement progressé, et la capacité de production a été considérablement améliorée. Par conséquent, la recherche, le développement et l'innovation des équipements de procédés intelligents constituent une direction de développement importante pour l'usinage efficace et précis des pales à paroi fine. Les centres d'usinage CNC hautement intelligents sont combinés avec des équipements de procédés pour former un système intelligent de traitement des pales (voir figure 10), qui permet l'usinage CNC précis, efficace et adaptatif des pales à paroi fine.