Tecnologia e attrezzature di lavorazione ad alta precisione per pale sottili, con forme speciali e complesse dei motori aerei.

Come componente chiave per raggiungere le prestazioni dei motori aerei, le pale hanno caratteristiche tipiche come pareti sottili, forme speciali, strutture complesse, materiali difficili da lavorare e alte richieste per la precisione di lavorazione e la qualità della superficie. Come realizzare una lavorazione precisa ed efficiente delle pale è una sfida principale nel campo attuale della produzione dei motori aerei. Attraverso l'analisi dei fattori chiave che influiscono sulla precisione della lavorazione delle pale, viene fatta una sintesi completa dello stato attuale delle ricerche sulla tecnologia e gli equipaggiamenti di lavorazione precisa delle pale, e si prospetta la tendenza di sviluppo della tecnologia di lavorazione delle pale per i motori aerei.

Nell'industria aerospaziale, parti leggere, ad alta resistenza e a pareti sottili sono ampiamente utilizzate e rappresentano componenti chiave per raggiungere le prestazioni di importanti attrezzature come i motori aeronautici [1]. Ad esempio, le pale in lega di titanio dei motori a reazione con alto rapporto di bypass (vedi Figura 1) possono arrivare fino a 1 metro di lunghezza, con profili di pale complessi e strutture di piattaforma smorzanti, e la spessore della parte più sottile è solo di 1,2 mm, il che ne fa una tipica parte di grandi dimensioni a pareti sottili e forma speciale [2]. Come tipica parte a pareti sottili con forma speciale e rigidità debole, la pala è incline a deformazioni e vibrazioni durante l'elaborazione [3]. Questi problemi influiscono gravemente sulla precisione dell'elaborazione e sulla qualità superficiale della pala.

Le prestazioni del motore dipendono in gran parte dal livello di produzione dei nastri. Durante l'operazione del motore, i nastri devono funzionare in modo stabile in ambienti operativi estremi come alta temperatura e alta pressione. Ciò richiede che il materiale del nastro debba avere una buona resistenza, resistenza alla fatica e resistenza alla corrosione ad alta temperatura, garantendo la stabilità strutturale [2]. Di solito, vengono utilizzati legaggi di titanio o leghe ad alte temperature per i nastri dei motori a reazione. Tuttavia, le leghe di titanio e le leghe ad alte temperature hanno un basso grado di lavorabilità. Durante il processo di taglio, la forza di taglio è elevata e lo strumento si logora velocemente. Man mano che l'usura dello strumento aumenta, la forza di taglio aumenterà ulteriormente, causando una deformazione e delle vibrazioni più serie durante la lavorazione, risultando in una bassa precisione dimensionale e in una scarsa qualità superficiale delle parti. Al fine di soddisfare i requisiti di prestazioni di servizio del motore in condizioni di lavoro estreme, la precisione di lavorazione e la qualità superficiale dei nastri sono estremamente elevate. Prendendo ad esempio i nastri dell'elica in lega di titanio utilizzati in un motore turboventola nazionale con alto rapporto di derivazione, la lunghezza totale del nastro è di 681mm, mentre lo spessore è inferiore a 6mm. L'esigenza della forma è -0,12 a +0,03mm, la precisione dimensionale degli spigoli di ingresso ed uscita è -0,05 a +0,06mm, l'errore di torsione della sezione del nastro è entro ± 10′, e il valore di roughness della superficie Ra è migliore di 0.4 μ m. Ciò richiede generalmente un'elaborazione con macchine utensili CNC a cinque assi. Tuttavia, a causa della bassa rigidità della lamina, della struttura complessa e dei materiali difficili da lavorare, per garantire precisione e qualità durante l'elaborazione, il personale di produzione deve regolare più volte i parametri di taglio durante il processo, il che limita seriamente le prestazioni del centro di fresatura CNC causando un'enorme perdita di efficienza [4]. Pertanto, con lo sviluppo rapido della tecnologia di fresatura CNC, come realizzare il controllo della deformazione e la soppressione delle vibrazioni durante l'elaborazione di parti a parete sottile e sfruttare appieno le capacità di elaborazione dei centri di fresatura CNC è diventata una necessità urgente per le aziende di manifattura avanzata.

La ricerca sulle tecnologie di controllo della deformazione delle parti sottili a rigidità debole ha attirato l'attenzione degli ingegneri e dei ricercatori per un lungo periodo. Nelle prime pratiche produttive, le persone utilizzavano spesso la strategia dell'acqua alternata di fresatura su entrambi i lati delle strutture sottili, che può ridurre facilmente gli effetti negativi della deformazione e della vibrazione sull'esattezza dimensionale fino a un certo punto. Inoltre, esiste anche il metodo di migliorare la rigidità del processo impostando strutture sacrificali prefabbricate come costole di rinforzo.

Tecnologia di taglio per materiali difficili da tagliare

Al fine di soddisfare i requisiti di un servizio stabile in un ambiente ad alta temperatura e alta pressione, i materiali comunemente utilizzati per i palloni dei motori aerei sono leghe di titanio o leghe ad alte temperature. Negli ultimi anni, i composti intermetallici di titanio-aluminio sono diventati anche un materiale per le pale con un grande potenziale di applicazione. Le leghe di titanio hanno le caratteristiche di bassa conducibilità termica, bassa plasticità, basso modulo elastico e forte affinità, il che rende problematico tagliarle a causa di forze di taglio elevate, alta temperatura di taglio, grave indurimento meccanico e elevato logoramento degli strumenti durante l'operazione. Sono materiali tipicamente difficili da tagliare (vedi Figura 2a) [7]. Le principali caratteristiche delle leghe ad alte temperature sono alta plasticità e resistenza, scarsa conducibilità termica e una grande quantità di soluzione solida interna densa [8]. La deformazione plastica durante il taglio causa una grave distorsione della griglia cristallina, alta resistenza alla deformazione, forza di taglio elevata e fenomeno grave di indurimento freddo, che li rende anch'essi materiali tipicamente difficili da tagliare (vedi Figura 2b per la morfologia microstrutturale). Pertanto, è molto importante sviluppare tecnologie di taglio efficienti e precise per materiali difficili da tagliare come le leghe di titanio e le leghe ad alte temperature. Per ottenere un taglio efficiente e preciso di materiali difficili da tagliare, studiosi nazionali e internazionali hanno condotto ricerche approfondite in termini di metodi innovativi di taglio, materiali ottimali per gli utensili di lavorazione e parametri di taglio ottimizzati.

2.1 Innovazione dei metodi di lavorazione tagliente

In termini di ricerca e sviluppo innovativi per i metodi di taglio, gli studiosi hanno introdotto mezzi ausiliari come il riscaldamento laser e il raffreddamento a bassa temperatura per migliorare la lavorabilità dei materiali e raggiungere un taglio efficiente. Il principio di funzionamento del processo assistito da riscaldamento laser [9] (vedi Figura 3a) è quello di concentrare un fascio laser ad alta potenza sulla superficie del pezzo in corrispondenza della zona antecedente alla lama di taglio, ammorbidendo il materiale tramite il riscaldamento locale del fascio, riducendo la resistenza al flusso del materiale, e quindi diminuendo la forza di taglio e l'usura dello strumento, migliorando qualità ed efficienza del taglio. Il processo assistito da raffreddamento a bassa temperatura [10] (vedi Figura 3b) utilizza mezzi di raffreddamento come azoto liquido o gas anidride carbonica ad alta pressione per spruzzarli sulla parte di taglio, raffreddando il processo di taglio, evitando il problema di temperature elevate locali durante il taglio causate dalla scarsa conducibilità termica del materiale, rendendo il pezzo freddo e fragile localmente, e quindi migliorando l'effetto di spezzatura delle scaglie. La società britannica Nuclear AMRC ha avuto successo nell'utilizzo di gas anidride carbonica ad alta pressione per raffreddare il processo di lavorazione dell'alluminio titanico. Rispetto allo stato di taglio secco, l'analisi mostra che il processo assistito da raffreddamento a bassa temperatura non solo riduce la forza di taglio e migliora la qualità della superficie di taglio, ma riduce efficacemente l'usura degli strumenti e aumenta la loro durata. Inoltre, il processo assistito da vibrazione ultrasonica [11, 12] (vedi Figura 3c) è anch'esso un metodo efficace per il taglio efficiente di materiali difficili da lavorare. Applicando vibrazioni ad alta frequenza e piccola ampiezza all'attrezzo, si ottiene una separazione intermittente tra lo strumento e il pezzo durante il processo di lavorazione, modificando il meccanismo di rimozione del materiale, migliorando la stabilità del taglio dinamico, evitando efficacemente l'attrito tra lo strumento e la superficie lavorata, riducendo la temperatura di taglio e la forza di taglio, riducendo i valori di ruvidezza superficiale e l'usura dello strumento. I suoi eccellenti effetti di processo hanno ricevuto molta attenzione.

2.2 Selezione dei materiali per gli strumenti

Per materiali difficili da tagliare come leghe di titanio, l'ottimizzazione dei materiali degli strumenti può migliorare efficacemente i risultati del taglio [8, 13]. Studi hanno dimostrato che per la lavorazione delle leghe di titanio, è possibile selezionare strumenti diversi in base alla velocità di lavorazione. Per il taglio a bassa velocità, si utilizza acciaio ad alta velocità con alto contenuto di cobalto, per il taglio a velocità media, si usano strumenti in carburo metallico con rivestimento in ossido di alluminio e per il taglio a alta velocità, si usano strumenti in nitruro cubico di borio (CBN); per la lavorazione delle leghe a temperatura elevata, dovrebbero essere utilizzati strumenti in acciaio ad alta velocità con alto contenuto di vanadio o strumenti in carburo YG con durezza elevata e buona resistenza all'usura.

2.3 Parametri di taglio ottimali

I parametri di taglio sono un fattore importante che influisce sull'effetto di lavorazione. L'utilizzo di parametri di taglio appropriati per i materiali corrispondenti può migliorare efficacemente la qualità e l'efficienza della lavorazione. Prendendo ad esempio il parametro di velocità di taglio, una bassa velocità di taglio può facilmente formare un'area di accumulo sul superficie del materiale, riducendo la precisione della lavorazione superficiale; una velocità di taglio elevata può facilmente causare un accumulo di calore, provocando bruciature all'operazzo e all'attrezzo. In merito a ciò, il team del Professor Zhai Yuansheng dell'Università di Scienza e Tecnologia di Harbin ha analizzato le proprietà meccaniche e fisiche dei materiali comunemente utilizzati difficili da lavorare e ha riassunto una tabella consigliata di velocità di taglio per materiali difficili da lavorare attraverso esperimenti di lavorazione ortogonale [14] (vedi Tabella 1). L'utilizzo degli attrezzi e delle velocità di taglio consigliate nella tabella per la lavorazione può ridurre efficacemente i difetti di lavorazione e l'usura degli attrezzi, migliorando la qualità della lavorazione.

3 Tecnologia di fresatura CNC per superfici complesse delle pale

Negli ultimi anni, con lo sviluppo rapido dell'industria aerospaziale e l'aumento della domanda di mercato, le esigenze di un processo efficiente e preciso per le pale a parete sottile sono aumentate sempre più, e la richiesta di una tecnologia di controllo della deformazione più precisa è diventata più urgente. Nel contesto della tecnologia di produzione intelligente, combinare la tecnologia moderna di informatica elettronica per raggiungere il controllo intelligente della deformazione e della vibrazione durante l'elaborazione delle pale dei motori aeronautici è diventato un argomento caldo per molti ricercatori. Introdurre sistemi CNC intelligenti nel trattamento preciso delle superfici curve complesse delle pale e compensare attivamente gli errori durante il processo di lavorazione basandosi sui sistemi CNC intelligenti può sopprimere efficacemente la deformazione e la vibrazione.

Per la compensazione attiva degli errori nel processo di lavorazione, al fine di ottenere l'ottimizzazione e il controllo dei parametri di lavorazione come il percorso dell'attrezzo, è necessario prima di tutto ottenere l'influenza dei parametri del processo sulla deformazione e la vibrazione durante la lavorazione. Esistono due metodi comunemente utilizzati: uno consiste nell'analizzare e dedurre i risultati di ogni passata dell'attrezzo attraverso misurazioni a macchina e analisi degli errori [15]; l'altro consiste nel creare un modello predittivo per la deformazione e la vibrazione durante la lavorazione utilizzando metodi come l'analisi dinamica [16], la modellazione agli elementi finiti [17], gli esperimenti [18] e le reti neurali [19] (vedi Figura 4).

Basandosi sul modello di previsione sopra descritto o sulla tecnologia di misura a macchina, le persone possono ottimizzare e persino controllare i parametri di lavorazione in tempo reale. La direzione principale è quella di compensare gli errori causati dalla deformazione e dalle vibrazioni ripianificando il percorso dell'utensile. Il metodo comunemente utilizzato in questa direzione è il "metodo di compensazione speculare" [20] (vedi Figura 5). Questo metodo compensa la deformazione di un singolo taglio correggendo la traiettoria nominale dell'utensile. Tuttavia, una singola compensazione può generare una nuova deformazione durante la lavorazione. Pertanto, è necessario stabilire una relazione iterativa tra la forza di taglio e la deformazione della lavorazione attraverso più compensazioni per correggere le deformazioni una per una. Oltre al metodo di compensazione attiva degli errori basato sulla pianificazione del percorso dell'utensile, molti studiosi stanno anche studiando come controllare la deformazione e le vibrazioni ottimizzando e controllando i parametri di taglio e quelli dell'utensile. Per il taglio di un certo tipo di lamiera per motore aeronautico, i parametri di lavorazione sono stati modificati attraverso diversi cicli di test ortogonali. Basandosi sui dati dei test, è stata analizzata l'influenza di ciascun parametro di taglio e dell'utensile sulla deformazione della lavorazione della lamiera e sulla risposta alle vibrazioni [21-23]. È stato stabilito un modello empirico di previsione per ottimizzare i parametri di lavorazione, ridurre efficacemente la deformazione della lavorazione e sopprimere le vibrazioni di taglio.

Basandosi sui modelli e metodi sopra descritti, molte aziende hanno sviluppato o migliorato i sistemi CNC dei centri di lavorazione per raggiungere il controllo adattivo in tempo reale dei parametri di lavorazione delle parti a parete sottile. Il sistema di fresatura ottimale dell'azienda israeliana OMAT [24] è un tipico rappresentante in questo campo. Si basa principalmente sul regolamento della velocità di avanzamento tramite tecnologia adattiva per raggiungere lo scopo del fresaggio a forza costante e realizzare la lavorazione efficiente e di alta qualità di prodotti complessi. Inoltre, Beijing Jingdiao ha applicato una tecnologia simile nel caso tecnico classico di incisione di motivi sulla superficie di una conchiglia d'uovo attraverso il compensazione adattiva misurata direttamente sulla macchina [25]. THERRIEN di GE negli Stati Uniti [26] ha proposto un metodo di correzione in tempo reale dei codici CNC durante la lavorazione, fornendo un mezzo tecnico base per la lavorazione adattiva e il controllo in tempo reale delle pale a parete sottile complesse. Il sistema di riparazione automatizzato per componenti del turbocompressore del motore aeronautico (AROSATEC) dell'Unione Europea realizza il fresaggio adattivo di precisione dopo che la pala è stata riparata mediante manifattura additiva, ed è stato applicato alla produzione di riparazione delle pale dell'azienda tedesca MTU e dell'azienda irlandese SIFCO [27].

4. Miglioramento della rigidità di elaborazione basato su attrezzature di processo intelligenti

L'utilizzo di attrezzature processuali intelligenti per migliorare la rigidità del sistema di processo e migliorare le caratteristiche di smorzamento è inoltre un modo efficace per sopprimere la deformazione e la vibrazione durante l'elaborazione delle pale a parete sottile, migliorare la precisione del processo e migliorare la qualità della superficie. Negli ultimi anni, sono state utilizzate numerose attrezzature processuali diverse per l'elaborazione di vari tipi di pale di motori a reazione [28]. Poiché le pale dei motori a reazione hanno generalmente caratteristiche strutturali irregolari a parete sottile, una piccola area di fissaggio e posizionamento, una bassa rigidità di elaborazione e una deformazione locale sotto l'azione dei carichi di taglio, le attrezzature per il trattamento delle pale applicano di solito un supporto ausiliario al pezzo lavorato sulla base del principio di posizionamento a sei punti [29] per ottimizzare la rigidità del sistema di processo e sopprimere la deformazione durante l'elaborazione. Le superfici curve a parete sottile e irregolari pongono due requisiti per il posizionamento e il fissaggio degli attrezzi: innanzitutto, la forza di fissaggio o la forza di contatto dell'attrezzo deve essere distribuita il più uniformemente possibile sulla superficie curva per evitare una grave deformazione locale del pezzo lavorato sotto l'azione della forza di fissaggio; in secondo luogo, gli elementi di posizionamento, fissaggio e supporto ausiliario dell'attrezzo devono adattarsi meglio alla superficie curva complessa del pezzo lavorato per generare una forza di contatto superficiale uniforme in ogni punto di contatto. In risposta a questi due requisiti, gli studiosi hanno proposto un sistema flessibile di attrezzatura. I sistemi flessibili di attrezzatura possono essere suddivisi in attrezzature flessibili a cambio di fase e attrezzature flessibili adattive. Le attrezzature flessibili a cambio di fase utilizzano i cambiamenti di rigidità e smorzamento prima e dopo il cambio di fase del fluido: il fluido nella fase liquida o mobile ha una bassa rigidità e smorzamento, e può adattarsi alla superficie curva complessa del pezzo lavorato sotto bassa pressione. Successivamente, il fluido viene trasformato in fase solida o consolidato da forze esterne come elettricità/magnetismo/calore, e la rigidità e lo smorzamento aumentano notevolmente, fornendo così un supporto uniforme e flessibile al pezzo lavorato e sopprimendo deformazione e vibrazione.

L'attrezzatura del processo nella tecnologia di lavorazione tradizionale delle pale dei motori aeronautici prevede l'uso di materiali a cambio di fase, come leghe ad alto punto di fusione, per il riempimento e il supporto ausiliario. Ciò significa che, dopo aver posizionato e bloccato la semilavorazione in sei punti, il riferimento di posizionamento della parte viene fuso in un blocco attraverso una lega ad alto punto di fusione per fornire un supporto ausiliario alla componente, convertendo il posizionamento complesso in un posizionamento regolare su superfici, dopodiché si procede con la lavorazione precisa della parte da processare (vedi Figura 6). Questo metodo di processo presenta evidenti difetti: la conversione del riferimento di posizionamento causa una riduzione della precisione; la preparazione della produzione è complessa, e il fusione e la solidificazione della lega ad alto punto di fusione causano anche problemi di residui e pulizia sulla superficie della parte. Inoltre, le condizioni di fusione e solidificazione non sono ideali [30]. Per risolvere i suddetti difetti del processo, un metodo comune è quello di introdurre una struttura di supporto multipunto combinata con un materiale a cambio di fase [31]. L'estremità superiore della struttura di supporto entra in contatto con la parte per il posizionamento, mentre l'estremità inferiore è immersa nella camera della lega ad alto punto di fusione. Si raggiunge un supporto ausiliario flessibile basato sulle caratteristiche di cambio di fase della lega ad alto punto di fusione. Sebbene l'introduzione di una struttura di supporto possa evitare difetti superficiali causati dal contatto diretto tra le leghe ad alto punto di fusione e le pale, a causa delle limitazioni delle prestazioni dei materiali a cambio di fase, gli attrezzi flessibili con cambio di fase non riescono a soddisfare contemporaneamente i due requisiti principali di alta rigidezza e alta velocità di risposta, rendendoli difficili da applicare alla produzione automatizzata ad alta efficienza.

Al fine di risolvere i problemi legati al cambio di fase dell'attrezzatura flessibile, molti studiosi hanno incorporato il concetto di adattamento nella ricerca e sviluppo di attrezzature flessibili. L'attrezzatura flessibile adattiva può adattarsi alle forme complesse dei fili e agli eventuali errori di forma attraverso sistemi elettromeccanici. Per garantire che la forza di contatto sia distribuita uniformemente su tutta la lamina, l'attrezzatura utilizza generalmente supporti ausiliari multi-punto per formare una matrice di supporto. La squadra di Wang Hui all'Università di Tsinghua ha proposto un equipaggiamento di processo con supporto ausiliario flessibile multipunto adatto alla lavorazione di lame quasi-finiture [32, 33] (vedi Figura 7). L'attrezzatura utilizza numerosi elementi di serraggio in materiale flessibile per assistere nel supporto della superficie della lama quasi-finita, aumentando l'area di contatto. ​​ ogni area di contatto e garantendo che la forza di serraggio sia distribuita uniformemente su ciascuna parte di contatto e sull'intera lama, migliorando così la rigidezza del sistema di processo e prevenendo efficacemente la deformazione locale della lama. Lo strumento dispone di più gradi di libertà passivi, che possono adattarsi alla forma della lama e ai suoi errori evitando sovra-posizionamento. Oltre a raggiungere un supporto adattivo attraverso materiali flessibili, il principio dell'induzione elettromagnetica viene anche applicato allo sviluppo di attrezzature flessibili adattive. La squadra di Yang Yiqing all'Università di Scienze e Tecnologie Aeronautiche e Astronautiche di Pechino ha inventato un dispositivo di supporto ausiliario basato sul principio dell'induzione elettromagnetica [34]. Lo strumento utilizza un supporto ausiliario flessibile eccitato da un segnale elettromagnetico, che può modificare le caratteristiche di smorzamento del sistema di processo. Durante il processo di serraggio, il supporto ausiliario si adatta alla forma del pezzo in lavorazione sotto l'azione di un magnete permanente. Durante la lavorazione, le vibrazioni generate dal pezzo in lavorazione verranno trasmesse al supporto ausiliario, e una forza elettromagnetica inversa verrà eccitata in base al principio dell'induzione elettromagnetica, sopprimendo così le vibrazioni della lavorazione dei pezzi con pareti sottili.

Attualmente, nel processo di progettazione dell'attrezzatura del processo, vengono generalmente utilizzati metodi come l'analisi agli elementi finiti, l'algoritmo genetico e altri per ottimizzare la disposizione dei supporti ausiliari multi-punto [35]. Tuttavia, il risultato dell'ottimizzazione può solitamente garantire solo che la deformazione di elaborazione in un punto venga minimizzata, senza poter assicurare lo stesso effetto di riduzione della deformazione in altre parti di elaborazione. Nel processo di lavorazione delle pale, viene solitamente eseguita una serie di passate dello strumento sul pezzo operativo sulla stessa macchina utensile, ma i requisiti di fissaggio per l'elaborazione di diverse parti sono diversi e possono persino variare nel tempo. Per il metodo statico di supporto multi-punto, se la rigidità del sistema di processo viene migliorata aumentando il numero di supporti ausiliari, da un lato l' massa e il volume dell'attrezzatura aumenteranno, e dall'altro, lo spazio di movimento dello strumento verrà compresso. Se la posizione del supporto ausiliario viene reimpostata durante l'elaborazione di parti diverse, il processo di elaborazione verrà inevitabilmente interrotto e l'efficienza di elaborazione diminuirà. Pertanto, è stata proposta attrezzatura di processo successiva [36-38] che regola automaticamente la disposizione del supporto e la forza di supporto online in base al processo di elaborazione. L'attrezzatura di processo successiva (vedi Figura 8) può raggiungere un supporto dinamico attraverso la cooperazione coordinata tra lo strumento e l'attrezzatura, basandosi sulla traiettoria dello strumento e sui cambiamenti delle condizioni operative del processo di taglio variabile nel tempo prima che inizi qualsiasi procedura di elaborazione: prima muovere il supporto ausiliario in una posizione che aiuti a sopprimere la deformazione corrente di elaborazione, in modo che l'area di elaborazione  la semilavorazione è supportata attivamente, mentre altre parti della semilavorazione rimangono nella posizione con il minimo contatto possibile, adattandosi così ai requisiti di fissaggio variabili nel tempo durante il processo di lavorazione.

Al fine di migliorare ulteriormente la capacità di supporto dinamico adattivo dell'attrezzatura del processo, soddisfare requisiti di fissaggio più complessi durante il processo e migliorare la qualità ed efficienza della produzione di lavorazione delle pale, il supporto ausiliario successivo viene espanso in un gruppo formato da numerosi supporti ausiliari dinamici. Ogni supporto ausiliario dinamico deve coordinare le azioni e ricostruire automaticamente e velocemente il contatto tra il gruppo di supporto e la pièce in base alle esigenze variabili del processo produttivo. Il processo di ricostruzione non interferisce con la posizionatura dell'intera pièce e non causa spostamenti o vibrazioni locali. L'attrezzatura del processo basata su questo concetto è chiamata fixture a gruppo auto-riconfigurabile [39], che offre i vantaggi di flessibilità, riconfigurabilità e autonomia. Il fixture auto-riconfigurabile può allocare numerosi supporti ausiliari in diverse posizioni sulla superficie sostenuta in base alle esigenze del processo produttivo e può adattarsi a pezzi di forma complessa con una grande area, garantendo al contempo una rigidezza sufficiente ed eliminando i supporti ridondanti. Il funzionamento del fixture prevede che il controller invii istruzioni in base al programma programmato, e la base mobile porti l'elemento di supporto alla posizione di destinazione in base alle istruzioni. L'elemento di supporto si adatta alla forma geometrica locale della pièce per fornire un supporto conforme. Le caratteristiche dinamiche (rigidità e smorzamento) dell'area di contatto tra un singolo elemento di supporto e la parte locale della pièce possono essere controllate modificando i parametri dell'elemento di supporto (ad esempio, l'elemento di supporto idraulico può solitamente cambiare la pressione idraulica di ingresso per modificare le caratteristiche di contatto). Le caratteristiche dinamiche del sistema di processo sono formate dal couplage delle caratteristiche dinamiche dell'area di contatto tra diversi elementi di supporto e la pièce, e sono correlate ai parametri di ciascun elemento di supporto e alla disposizione del gruppo di elementi di supporto. La progettazione dello schema di ricostruzione del supporto multipunto del fixture a gruppo auto-riconfigurabile deve considerare i seguenti tre problemi: adattarsi alla forma geometrica della pièce, ri-posizionamento rapido degli elementi di supporto e cooperazione coordinata di più punti di supporto [40]. Pertanto, quando si utilizza il fixture a gruppo auto-riconfigurabile, è necessario utilizzare la forma della pièce, le caratteristiche di carico e le condizioni limite intrinseche come input per risolvere la disposizione del supporto multipunto e i parametri di supporto sotto diverse condizioni di lavorazione, pianificare il percorso di movimento del supporto multipunto, generare codice di controllo dai risultati della soluzione e importarlo nel controller. Attualmente, studiosi nazionali e stranieri hanno condotto alcune ricerche e tentativi sui fixtures a gruppo auto-riconfigurabile. All'estero, il progetto UE SwarmItFIX ha sviluppato un nuovo sistema di fixture auto-riconfigurabile altamente adattabile [41], che utilizza un insieme di supporti ausiliari mobili per muoversi liberamente sul banco di lavoro e riposizionarsi in tempo reale per supportare meglio le parti lavorate. Il prototipo del sistema SwarmItFIX è stato implementato in questo progetto (vedi Figura 9a) e testato presso il sito di un costruttore aeronautico italiano. In Cina, il team di Wang Hui all'Università di Tsinghua ha sviluppato un banco di supporto a quattro punti di fissaggio che può essere controllato in coordinamento con una macchina utensile [42] (vedi Figura 9b). Questo banco può supportare lo zenzero a cantilever e evitarlo automaticamente durante la lavorazione finita dello zenzero di una pala turbinica. Durante il processo di lavorazione, il supporto ausiliario a quattro punti collabora con il centro di lavorazione CNC per ricostruire lo stato di contatto a quattro punti in base alla posizione del movimento dello strumento, il che non solo evita interferenze tra lo strumento e il supporto ausiliario, ma garantisce anche l'effetto di supporto.

5 Discussione sui trend di sviluppo futuro

5.1 Nuovi Materiali

Con l'aumento dei requisiti di progettazione del rapporto spinta-peso dei motori aeronautici, il numero di componenti si riduce gradualmente e il livello di stress delle parti diventa sempre più elevato. Le prestazioni dei due principali materiali strutturali ad alte temperature tradizionali hanno raggiunto il loro limite. Negli ultimi anni, i nuovi materiali per le pale dei motori aeronautici hanno registrato un rapido sviluppo e sempre più materiali ad alte prestazioni vengono utilizzati per produrre pale a parete sottile. Tra questi, γ -lega TiAl[43] presenta eccellenti proprietà come alta resistenza specifica, resistenza al calore e buona resistenza all'ossidazione. Allo stesso tempo, la sua densità è di 3.9g/cm3, che è solo la metà di quella degli alleghi ad alte temperature. Nel futuro, ha un grande potenziale come pala nel range di temperatura di 700-800 ℃ . Anche se γ -L'alluminio titanio ha eccellenti proprietà meccaniche, la sua alta durezza, bassa conducibilità termica, bassa tenuta a frattura e alta fragilità portano a una scarsa integrità della superficie e a una bassa precisione di γ -materiale in lega di TiAl durante la lavorazione, il che influisce notevolmente sulla durata dei componenti. Pertanto, la ricerca sulla lavorazione di γ -lega TiAl riveste un'importante significato teorico e valore, ed è una direzione di ricerca importante per la tecnologia di lavorazione attuale delle pale.

5.2 Elaborazione adattativa temporale

Le pale di turboelica hanno superfici curve complesse e richiedono una grande precisione geometrica. Attualmente, il loro processo di lavorazione precisa utilizza principalmente metodi di lavorazione adattiva basati sulla pianificazione del percorso e sulla ricostruzione del modello. Questo metodo può ridurre efficacemente l'impatto degli errori causati dal posizionamento, dalla fissaggio, ecc., sulla precisione della lavorazione delle pale. Tuttavia, a causa della spessore non uniforme dell'ingotto forgato della pala, la profondità di taglio in aree diverse dello strumento è diversa durante il processo di taglio secondo il percorso pianificato, introducendo fattori incerti nel processo di taglio e influenzando la stabilità della lavorazione. In futuro, durante il processo di lavorazione adattiva CNC, sarà necessario tenere traccia meglio dei cambiamenti nello stato effettivo della lavorazione [44], migliorando significativamente la precisione della lavorazione di superfici curve complesse e formando un metodo di controllo adattivo variabile nel tempo che regola i parametri di taglio in base ai dati di feedback in tempo reale.

5.3 Equipaggiamento processuale intelligente

Essendo il tipo di componente più grande nel motore, l'efficienza di produzione dei fili influenza direttamente l'efficienza complessiva di produzione del motore, e la qualità di fabbricazione dei fili influenza direttamente le prestazioni e la durata del motore. Pertanto, il trattamento intelligente e preciso dei fili è diventato la direzione di sviluppo della fabbricazione dei fili per motori a livello mondiale oggi. La ricerca e lo sviluppo di macchine utensili e attrezzature di processo sono la chiave per realizzare un trattamento intelligente dei fili. Con lo sviluppo della tecnologia CNC, il livello di intelligenza delle macchine utensili si è migliorato rapidamente, e la capacità di produzione e di lavorazione è aumentata notevolmente. Quindi, la ricerca, lo sviluppo e l'innovazione di attrezzature di processo intelligenti rappresentano una importante direzione di sviluppo per la lavorazione efficiente e precisa dei fili a pareti sottili. Macchine utensili CNC altamente intelligenti unite ad attrezzature di processo formano un sistema intelligente di lavorazione dei fili (vedi Figura 10), che realizza la lavorazione CNC ad alta precisione, ad alta efficienza e adattiva dei fili a pareti sottili.