Technologie et équipement d'usinage de précision pour les pales à parois minces, de formes spéciales et complexes des moteurs d'avion

En tant que composant clé pour atteindre les performances des moteurs d'avion, 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 matière de précision d'usinage et de qualité de surface. La manière d'obtenir un usinage précis et efficace des pales est un défi majeur dans le domaine actuel de la fabrication de moteurs d'avion. Grâce à l'analyse des facteurs clés affectant la précision de l'usinage des pales, l'état actuel de la recherche sur la technologie et l'équipement d'usinage de précision des pales est résumé de manière exhaustive et la tendance de développement de la technologie d'usinage des pales des moteurs d'avion est prospectée.

Dans l'industrie aérospatiale, les pièces à parois minces légères et à haute résistance sont largement utilisées et sont des composants clés pour atteindre les performances d'équipements importants tels que les moteurs d'avion [1]. Par exemple, les pales de ventilateur en alliage de titane des moteurs d'avion à taux de dilution élevé (voir la figure 1) peuvent mesurer jusqu'à 1 mètre de long, avec des profils de pales complexes et des structures de plate-forme d'amortissement, et l'épaisseur de la partie la plus fine n'est que de 1.2 mm, ce qui est une pièce de forme spéciale à paroi mince de grande taille typique [2]. En tant que pièce de faible rigidité à paroi mince typique, la pale est sujette à la déformation et aux vibrations pendant le traitement [3]. Ces problèmes affectent sérieusement la précision de traitement et la qualité de surface de la pale.

Les performances du moteur dépendent en grande partie du niveau de fabrication des pales. Pendant le fonctionnement du moteur, les pales doivent fonctionner de manière stable dans des environnements de fonctionnement extrêmes tels que des températures et des pressions élevées. Cela nécessite que le matériau de la pale ait une bonne résistance, une bonne résistance à la fatigue et une bonne résistance à la corrosion à haute température, et assure une stabilité structurelle [2]. Habituellement, des alliages de titane ou des alliages à haute température sont utilisés pour les pales de moteur d'avion. Cependant, les alliages de titane et les alliages à haute température ont une mauvaise 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 augmente encore, ce qui entraîne des déformations d'usinage et des vibrations plus graves, ce qui entraîne 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. Prenons comme exemple les pales de ventilateur en alliage de titane utilisées dans un turboréacteur à taux de dilution élevé produit dans le pays, la longueur totale de la pale est de 681 mm, tandis que l'épaisseur est inférieure à 6 mm. L'exigence de profil est de -0.12 à +0.03 mm, la précision dimensionnelle des bords d'entrée et d'échappement est de -0.05 à +0.06 mm, l'erreur de torsion de la section de la lame est comprise ±10», et la valeur de rugosité de surface Ra est meilleure que 0.4μm. 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 des matériaux difficiles à usiner, afin de garantir la précision et la qualité de l'usinage, le personnel de traitement doit ajuster les paramètres de coupe plusieurs fois au cours du processus d'usinage, ce qui limite sérieusement les performances du centre d'usinage CNC et entraîne un énorme gaspillage d'efficacité [4]. Par conséquent, avec le développement rapide de la technologie d'usinage CNC, comment obtenir le contrôle de la déformation et la suppression des vibrations pour l'usinage de pièces à parois minces et exploiter pleinement les capacités d'usinage des centres d'usinage CNC est devenu un besoin urgent pour les entreprises de fabrication de pointe.

Les recherches sur la technologie de contrôle de la déformation des pièces rigides à parois minces ont attiré l'attention des ingénieurs et des chercheurs depuis longtemps. Dans les premières pratiques de production, les gens utilisent souvent la stratégie de la ligne de flottaison consistant à alterner le fraisage des deux côtés des structures à parois minces, ce qui peut facilement réduire dans une certaine mesure les effets néfastes de la déformation et des vibrations sur la précision dimensionnelle. En outre, il existe également un moyen d'améliorer la rigidité de l'usinage en installant des structures sacrificielles préfabriquées telles que des nervures de renfort.

Technologie de coupe pour matériaux difficiles à couper

Français Afin de répondre aux exigences de service stable dans un environnement à haute température et haute pression, les matériaux couramment utilisés pour les aubes de moteurs d'avion sont des alliages de titane ou des alliages haute température. Ces dernières années, les composés intermétalliques titane-aluminium sont également devenus un matériau d'aube avec 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 pose des problèmes tels qu'une force de coupe importante, une température de coupe élevée, un écrouissage important et une usure importante de l'outil pendant la coupe. Ce sont des matériaux typiques difficiles à couper (morphologie de la microstructure, voir la figure 2a) [7]. Les principales caractéristiques des alliages haute température sont une plasticité et une résistance élevées, une mauvaise conductivité thermique et une grande quantité de solution solide dense à l'intérieur [8]. La déformation plastique pendant la coupe provoque une distorsion importante du réseau, une résistance élevée à la déformation, une force de coupe importante et un phénomène de durcissement à froid important, qui sont également des matériaux typiques difficiles à couper (morphologie de la microstructure, voir la figure 2b). Il est donc très important de développer une technologie de coupe efficace et précise pour les matériaux difficiles à couper tels que les alliages de titane et les alliages à haute température. Afin de parvenir à un usinage efficace et précis des matériaux difficiles à couper, des chercheurs nationaux et étrangers ont mené des recherches approfondies du point de vue des méthodes de coupe innovantes, des matériaux d'outils d'usinage optimaux et des paramètres de coupe optimisés.

2.1 Innovation des méthodes de traitement de coupe

Français En termes de recherche et développement innovants de méthodes de découpe, les chercheurs ont introduit des moyens auxiliaires tels que le chauffage au laser et le refroidissement cryogénique pour améliorer l'usinabilité des matériaux et obtenir une découpe efficace. Le principe de fonctionnement du traitement assisté par chauffage au laser [9] (voir la figure 3a) est de focaliser un faisceau laser haute puissance sur la surface de la pièce devant le tranchant, de ramollir le matériau par chauffage local du faisceau, de réduire la limite d'élasticité du matériau, réduisant ainsi la force de coupe et l'usure de l'outil, et améliorant la qualité et l'efficacité de la découpe. Le traitement assisté par refroidissement cryogénique [10] (voir la figure 3b) utilise de l'azote liquide, du gaz carbonique à haute pression et d'autres agents de refroidissement pour pulvériser sur la pièce de coupe afin de refroidir le processus de coupe, d'éviter le problème de la température de coupe locale excessive causée par une mauvaise conductivité thermique du matériau, et de rendre la pièce localement froide et cassante, améliorant ainsi l'effet de rupture des copeaux. La société Nuclear AMRC au Royaume-Uni a utilisé avec succès du gaz carbonique à haute pression pour refroidir le processus de traitement de l'alliage de titane. Français Comparé à l'état de coupe à sec, l'analyse montre que le traitement assisté par refroidissement cryogénique peut non seulement réduire la force de coupe et améliorer la qualité de la surface de coupe, mais aussi réduire efficacement l'usure de l'outil et augmenter la durée de vie de l'outil. De plus, le traitement assisté par vibrations ultrasoniques [11, 12] (voir Figure 3c) est également une méthode efficace pour la coupe efficace de matériaux difficiles à traiter. En appliquant des vibrations à haute fréquence et de faible amplitude à l'outil, une séparation intermittente entre l'outil et la pièce est obtenue pendant le processus d'usinage, ce qui modifie le mécanisme d'enlèvement de matière, améliore la stabilité de la coupe dynamique, évite efficacement le frottement entre l'outil et la surface usinée, réduit la température de coupe et la force de coupe, réduit les valeurs de rugosité de surface et réduit l'usure de l'outil. Ses excellents effets de processus ont reçu une large attention.

2.2 Sélection des matériaux d'outils

Pour les matériaux difficiles à couper tels que les alliages de titane, l'optimisation des matériaux des outils peut améliorer efficacement les résultats de coupe [8, 13]. Des études ont montré que pour le traitement des alliages de titane, différents outils peuvent être sélectionnés en fonction de la vitesse de traitement. Pour la coupe à basse vitesse, on utilise de l'acier rapide à haute teneur en cobalt, pour la coupe à vitesse moyenne, des outils en carbure cémenté avec revêtement en oxyde d'aluminium sont utilisés et pour la coupe à grande vitesse, des outils en nitrure de bore cubique (CBN) sont utilisés ; pour le traitement des alliages à haute température, il convient d'utiliser de l'acier rapide à haute teneur en vanadium ou des outils en carbure cémenté YG avec une dureté élevée et une bonne résistance à l'usure pour le traitement.

2.3 Paramètres de coupe optimaux

Français Les paramètres de coupe sont également un facteur important affectant l'effet d'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 le paramètre de vitesse de coupe comme exemple, une faible vitesse de coupe peut facilement former une zone de bord accumulée sur la surface du matériau, réduisant la précision de l'usinage de surface ; une vitesse de coupe élevée peut facilement provoquer une accumulation de chaleur, provoquant des brûlures sur la pièce et 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 difficiles à usiner couramment utilisés et a résumé un tableau recommandé de vitesses de coupe pour les matériaux difficiles à usiner au moyen d'expériences d'usinage orthogonal [14] (voir tableau 1). L'utilisation des outils et des vitesses de coupe recommandés dans le tableau pour l'usinage peut réduire efficacement les défauts d'usinage et l'usure des outils, et améliorer la qualité de l'usinage.

3 Technologie d'usinage CNC de précision pour surfaces de lames complexes

Ces dernières années, avec le développement rapide de l'industrie aéronautique et la demande croissante du marché, les exigences en matière d'usinage efficace et précis des pales à parois minces ont augmenté de plus en plus, et la demande en technologie de contrôle de déformation de plus haute précision est devenue plus urgente. Dans le contexte de la technologie de fabrication intelligente, la combinaison de la technologie de l'information électronique moderne pour obtenir un contrôle intelligent de la déformation et des vibrations du traitement des pales de moteurs d'avion est devenue un sujet brûlant pour de nombreux chercheurs. L'introduction de systèmes CNC intelligents dans l'usinage de précision des surfaces courbes complexes des pales et la compensation active des erreurs dans le processus de traitement sur la base de systèmes CNC intelligents peuvent supprimer efficacement la déformation et les vibrations.

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

Français Sur la base du modèle de prédiction ci-dessus ou de la technologie de mesure sur machine, les personnes peuvent optimiser et même contrôler les paramètres d'usinage en temps réel. La direction dominante est de compenser les erreurs causées par la déformation et les vibrations en replanifiant la trajectoire de l'outil. La méthode couramment utilisée dans cette direction est la « méthode de compensation miroir » [20] (voir Figure 5). Cette méthode compense la déformation d'une seule coupe en corrigeant la trajectoire nominale de l'outil. Cependant, une seule compensation produira une nouvelle déformation d'usinage. Par conséquent, il est nécessaire d'établir une relation itérative entre la force de coupe et la déformation d'usinage par le biais de compensations multiples pour corriger la déformation une par une. En plus de la méthode de compensation active des erreurs basée sur la planification de la trajectoire 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 la découpe d'un certain type de pale de moteur d'avion, les paramètres d'usinage ont été modifiés pour plusieurs séries de tests orthogonaux. Sur la base des données de test, l'influence de chaque paramètre de coupe et 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 supprimer les vibrations de coupe.

Français Sur la base des modèles et méthodes ci-dessus, de nombreuses entreprises ont développé ou amélioré les systèmes CNC des centres d'usinage CNC pour obtenir un contrôle adaptatif en temps réel des paramètres de traitement des pièces à parois minces. Le système de fraisage optimal de la société israélienne OMAT [24] est un représentant typique dans ce domaine. Il ajuste principalement la vitesse d'avance grâce à une technologie adaptative pour atteindre l'objectif de fraisage à force constante et réaliser un traitement à haute efficacité et de haute qualité de produits complexes. En outre, Beijing Jingdiao a également appliqué une technologie similaire dans le cas technique classique de réalisation de la gravure du motif de surface de la coquille d'œuf grâce à une compensation adaptative de mesure sur machine [25]. THERRIEN de GE aux États-Unis [26] a proposé une méthode de correction en temps réel des codes d'usinage CNC pendant l'usinage, qui a fourni un moyen technique de base pour l'usinage adaptatif et le contrôle en temps réel des lames complexes à parois minces. Le système de réparation automatisé de l'Union européenne pour les composants de turbines de moteurs d'avions (AROSATEC) réalise un fraisage de précision adaptatif après la réparation de la pale par fabrication additive, et a été appliqué à la production de réparation de pales de la société allemande MTU et de la société irlandaise SIFCO [27].

4. Amélioration de la rigidité du traitement grâce à des équipements de traitement intelligents

L'utilisation d'équipements de traitement intelligents pour améliorer la rigidité du système de traitement et améliorer les caractéristiques d'amortissement est également un moyen efficace de supprimer la déformation et les vibrations du traitement des pales à parois minces, d'améliorer la précision du traitement et d'améliorer la qualité de surface. Ces dernières années, un grand nombre d'équipements de traitement différents ont été utilisés dans le traitement de divers types d'aubes de moteurs d'avion [28]. Étant donné que les pales de moteurs d'avion ont généralement des caractéristiques structurelles à parois minces et irrégulières, une petite zone de serrage et de positionnement, une faible rigidité de traitement et une déformation locale sous l'action des charges de coupe, l'équipement de traitement des pales applique généralement un support auxiliaire à la pièce sur la base de la satisfaction du principe de positionnement en six points [29] pour optimiser la rigidité du système de traitement et supprimer la déformation du traitement. Les surfaces courbes à parois minces et irrégulières posent deux exigences pour le positionnement et le serrage de l'outillage : premièrement, la force de serrage ou la force de contact de l'outillage doit être répartie aussi uniformément que possible sur la surface courbe pour éviter une déformation locale grave de la pièce sous l'action de la force de serrage ; Deuxièmement, les éléments de positionnement, de serrage et de support auxiliaire de l'outillage doivent mieux s'adapter à la surface courbe complexe de la pièce à usiner pour générer une force de contact de surface 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 outillage flexible à changement de phase et outillage flexible adaptatif. L'outillage flexible à changement de phase utilise les changements de rigidité et d'amortissement avant et après le changement de phase du fluide : le fluide en phase liquide ou en phase mobile a une faible rigidité et un faible amortissement, et peut s'adapter à la surface courbe complexe de la pièce à usiner sous basse pression. Ensuite, le fluide est transformé en phase solide ou consolidé par des forces externes telles que l'électricité/le magnétisme/la chaleur, et la rigidité et l'amortissement sont considérablement améliorés, offrant ainsi un support uniforme et flexible à la pièce à usiner et supprimant la déformation et les vibrations.

L'équipement de traitement 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 bas point de fusion pour remplir le support auxiliaire. C'est-à-dire qu'après que l'ébauche de pièce est positionnée et serrée en six points, la référence de positionnement de la pièce est coulée dans un bloc de coulée à travers l'alliage à bas point de fusion pour fournir un support auxiliaire à la pièce, et le positionnement de point complexe est converti en positionnement de surface régulier, puis le traitement de précision de la pièce à traiter est effectué (voir la figure 6). Ce procédé de traitement présente des défauts évidents : la conversion de la référence de positionnement conduit à une diminution de la précision de positionnement ; la préparation de la production est compliquée et la coulée et la fusion de l'alliage à bas point de fusion entraînent également des problèmes de résidus et de nettoyage sur la surface de la pièce. Dans le même temps, les conditions de coulée et de fusion sont également relativement médiocres [30]. Afin de résoudre les défauts de processus ci-dessus, une méthode courante consiste à introduire une structure de support multipoint combinée à un matériau à changement de phase [31]. L'extrémité supérieure de la structure de support entre en contact avec la pièce pour le positionnement, et l'extrémité inférieure est immergée dans la chambre en alliage à bas point de fusion. Le support auxiliaire flexible est obtenu sur la base des caractéristiques de changement de phase de l'alliage à bas point de fusion. Bien que l'introduction d'une structure de support puisse éviter les défauts de surface causés par les alliages à bas point de fusion en contact avec les lames, en raison des limitations de performance des matériaux à changement de phase, l'outillage flexible à changement de phase ne peut pas répondre simultanément aux deux exigences majeures de rigidité élevée et de vitesse de réponse élevée, et est difficile à appliquer à la production automatisée à haut rendement.

Afin de 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 de l'outillage flexible. L'outillage flexible adaptatif peut s'adapter de manière adaptative aux formes de lame complexes et aux éventuelles erreurs de forme grâce à des systèmes électromécaniques. Afin de garantir que la force de contact est répartie uniformément sur toute la lame, l'outillage utilise généralement des supports auxiliaires multipoints pour former une matrice de support. L'équipe de Wang Hui à l'Université Tsinghua a proposé un équipement de processus de support auxiliaire flexible multipoint adapté au traitement des lames de forme quasi nette [32, 33] (voir Figure 7). L'outillage utilise plusieurs éléments de serrage en matériau flexible pour aider à soutenir la surface de la lame de forme quasi nette, augmentant ainsi la zone de contact de â € <â € <L'outillage est doté de plusieurs degrés de liberté passifs, qui peuvent s'adapter de manière adaptative à la forme de la lame et à son erreur tout en évitant le surpositionnement. En plus d'obtenir un support adaptatif grâce à des matériaux flexibles, le principe de l'induction électromagnétique est également appliqué à la recherche et au développement d'outillages flexibles adaptatifs. L'équipe de Yang Yiqing à l'Université d'aéronautique et d'astronautique de Pékin a inventé un dispositif de support auxiliaire basé sur le principe de l'induction électromagnétique [34]. L'outillage utilise un support auxiliaire flexible excité par un signal électromagnétique, qui peut modifier les caractéristiques d'amortissement du système de processus. Pendant le processus de serrage, le support auxiliaire épouse de manière adaptative la forme de la pièce sous l'action d'un aimant permanent. Pendant le traitement, la vibration générée par la pièce sera transmise au support auxiliaire et la force électromagnétique inverse sera excitée selon le principe de l'induction électromagnétique, supprimant ainsi la vibration du traitement de la pièce à paroi mince.

Actuellement, dans le processus de conception d'équipements de traitement, l'analyse par éléments finis, l'algorithme génétique et d'autres méthodes sont généralement utilisés pour optimiser la disposition des supports auxiliaires multipoints [35]. Cependant, le résultat de l'optimisation ne peut généralement garantir que la déformation de traitement à un point est minimisée et ne peut pas garantir que le même effet de suppression de déformation peut être obtenu dans d'autres pièces de traitement. Dans le processus de traitement des lames, une série de passes d'outils sont généralement effectuées sur la pièce sur la même machine-outil, mais les exigences de serrage pour le traitement de différentes pièces sont différentes et peuvent même varier dans le temps. Pour la méthode de support multipoint statique, si la rigidité du système de traitement 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 pièces, le processus de traitement sera inévitablement interrompu et l'efficacité du traitement sera réduite. Par conséquent, un équipement de processus de suivi [36-38] qui ajuste automatiquement la disposition du support et la force de support en ligne en fonction du processus de traitement a été proposé. L'équipement de processus de suivi (voir la figure 8) peut obtenir un support dynamique grâce à la coopération coordonnée de l'outil et de l'outillage en fonction de la trajectoire de l'outil et des changements de conditions de travail du processus de coupe variable dans le temps avant le début de toute procédure de traitement : déplacez d'abord le support auxiliaire vers une position qui aide à supprimer la déformation de traitement actuelle, de sorte que la zone de traitement de la pièce est soutenue activement, tandis que les autres parties de la pièce restent en position avec le moins de contact possible, répondant ainsi aux exigences de serrage variables dans le temps pendant le processus de traitement.

Afin d'améliorer encore la capacité de support dynamique adaptatif des équipements de traitement, de répondre aux exigences de serrage plus complexes du processus de traitement et d'améliorer la qualité et l'efficacité de la production de traitement des lames, le support auxiliaire de suivi est étendu à un groupe formé de plusieurs supports auxiliaires dynamiques. Chaque support auxiliaire dynamique est nécessaire pour coordonner les actions et reconstruire automatiquement et rapidement le contact entre le groupe de support et la pièce en fonction des exigences variables dans le temps du processus de fabrication. Le processus de reconstruction n’interfère pas avec le positionnement de l’ensemble de la pièce et ne provoque pas de déplacement ni de vibration locale. L'équipement de processus basé sur ce concept est appelé un équipement de groupe auto-reconfigurable [39], qui présente les avantages de la flexibilité, de la reconfigurabilité et de l'autonomie. Le dispositif de groupe auto-reconfigurable peut attribuer plusieurs supports auxiliaires à différentes positions sur la surface supportée en fonction des exigences du processus de fabrication et peut s'adapter à des pièces de forme complexe avec une grande surface, tout en garantissant une rigidité suffisante et en éliminant les supports redondants. Le mode de fonctionnement du dispositif est le suivant : le contrôleur envoie des instructions selon le programme programmé et la base mobile amène l'élément de support à la position cible selon les instructions. L'élément de support s'adapte à la forme géométrique locale de la pièce pour obtenir un support conforme. Les caractéristiques dynamiques (rigidité et amortissement) de la zone de contact entre un élément de support unique et la pièce locale peuvent être contrôlées en modifiant les paramètres de l'élément de support (par exemple, l'élément de support hydraulique peut généralement modifier la pression hydraulique d'entrée pour modifier 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 support et la pièce, et sont liées aux paramètres de chaque élément de support et à la disposition du groupe d'éléments de support. La conception du schéma de reconstruction du support multipoint du dispositif de groupe auto-reconfigurable doit prendre en compte les trois problèmes suivants : l'adaptation à la forme géométrique de la pièce, le repositionnement rapide des éléments de support et la coopération coordonnée de plusieurs points de support [40]. Par conséquent, lors de l'utilisation du dispositif de groupe auto-reconfigurable, il est nécessaire d'utiliser la forme de la pièce, les caractéristiques de charge et les conditions limites inhérentes comme entrée pour résoudre la disposition du support multipoint et les paramètres de support dans différentes conditions de traitement, planifier le chemin de mouvement du support multipoint, générer un code de contrôle à partir des résultats de la solution et l'importer dans le contrôleur. À l’heure actuelle, des chercheurs nationaux et étrangers ont mené des recherches et des tentatives sur des dispositifs de groupe auto-reconfigurables. À l'étranger, le projet européen SwarmItFIX a développé un nouveau système de fixation auto-reconfigurable hautement adaptable [41], qui utilise un ensemble de supports auxiliaires mobiles pour se déplacer librement sur l'établi et se repositionner en temps réel pour mieux soutenir les pièces traitées. Le prototype du système SwarmItFIX a été implémenté dans ce projet (voir Figure 9a) et testé sur le site d'un constructeur aéronautique italien. En Chine, l'équipe de Wang Hui à l'Université Tsinghua a développé un établi de support de serrage à quatre points qui peut être contrôlé en coordination avec une machine-outil [42] (voir Figure 9b). Cet établi permet de supporter le tenon en porte-à-faux et d'éviter automatiquement l'outil lors de l'usinage fin du tenon d'une aube de turbine.

5 Discussion sur les tendances futures du développement

5.1 Nouveaux matériaux

Les exigences de conception en matière de rapport poussée/poids des moteurs d'avion ne cessant d'augmenter, le nombre de pièces est progressivement réduit et le niveau de contrainte des pièces est de plus en plus élevé. Les performances des deux principaux matériaux structurels traditionnels à haute température ont atteint leurs limites. Ces dernières années, de nouveaux matériaux pour les pales des moteurs d'avion se sont développés rapidement et de plus en plus de matériaux hautes performances sont utilisés pour fabriquer des pales à parois minces. Parmi eux, γ-L'alliage TiAl[43] présente d'excellentes propriétés telles qu'une résistance spécifique élevée, une résistance à haute température et une bonne résistance à l'oxydation. En même temps, sa densité est de 3.9 g/cm3, ce qui ne représente que la moitié de celle des alliages haute température. À l'avenir, il a un grand potentiel en tant que lame dans la plage de températures de 700 à 800℃. Bien γ-L'alliage TiAl présente d'excellentes propriétés mécaniques, sa dureté élevée, sa faible conductivité thermique, sa faible ténacité à la rupture et sa grande fragilité entraînent une mauvaise intégrité de surface et une faible précision de γ-Matériau en alliage TiAl lors de la découpe, ce qui affecte sérieusement la durée de vie des pièces. Par conséquent, la recherche sur le traitement de γ-L'alliage TiAl a une signification et une valeur théoriques importantes et constitue une direction de recherche importante de la technologie actuelle de traitement des lames.

5.2 Traitement adaptatif variable dans le temps

Les pales des moteurs d'avion ont des surfaces courbes complexes et nécessitent une grande précision de forme. Actuellement, leur usinage de précision utilise principalement des méthodes d'usinage adaptatif géométrique basées sur la planification de trajectoire et la reconstruction de modèle. Cette méthode peut réduire efficacement l'impact des erreurs causées par le positionnement, le serrage, etc. sur la précision d'usinage des pales. Influence. Cependant, en raison de l'épaisseur inégale de l'ébauche de pale forgée, la profondeur de coupe dans différentes zones de l'outil est différente pendant le processus de coupe selon le chemin prévu, ce qui apporte des facteurs d'incertitude au processus de coupe et affecte la stabilité du traitement. À l'avenir, pendant le processus d'usinage adaptatif CNC, les changements d'état d'usinage réels devraient être mieux suivis [44], améliorant ainsi considérablement la précision d'usinage des surfaces courbes complexes et formant une méthode d'usinage adaptatif à contrôle variable dans le temps qui ajuste les paramètres de coupe en fonction des données de rétroaction en temps réel.

5.3 Équipements de processus intelligents

En tant que plus grand type de pièces du moteur, l'efficacité de fabrication des pales affecte directement l'efficacité de fabrication globale du moteur, et la qualité de fabrication des pales affecte directement les performances et la durée de vie du moteur. Par conséquent, l'usinage de précision intelligent des pales est devenu la direction du développement de la fabrication des pales de moteur dans le monde d'aujourd'hui. La recherche et le développement de machines-outils et d'équipements de traitement sont la clé pour réaliser un usinage intelligent des pales. Avec le développement de la technologie CNC, le niveau d'intelligence des machines-outils s'est rapidement amélioré et la capacité de traitement et de production a été considérablement améliorée. Par conséquent, la recherche et le développement et l'innovation d'équipements de traitement intelligents constituent une direction de développement importante pour l'usinage efficace et précis des pales à parois minces. Des machines-outils CNC hautement intelligentes sont combinées à des équipements de traitement pour former un système de traitement de lame intelligent (voir la figure 10), qui réalise un usinage CNC de haute précision, de haute efficacité et adaptatif des pales à parois minces.