Penyelidikan dan aplikasi teknologi pemotongan adaptif untuk membaiki kerosakan pada hujung bilah turbin enjin udara

Perbaikan bilah turbin yang rosak mempunyai kepentingan besar terhadap pemeliharaan dan penjangkangan hayat enjin pesawat. Kertas ini mengulas kemajuan penyelidikan teknologi perbaikan bagi suatu bilah turbin khas berbahan keluli nikel, dengan fokus pada kaedah perbaikan pemesinan adaptif pada hujung bilah, dan secara mendalam menerangkan proses pengolahan eksperimen serta hasil pengesahan, serta melihat prospek pembangunan teknologi perbaikan bilah turbin.

Enjin kapal terbang adalah inti kuasa bagi kapal terbang. Di antara pelbagai komponen enjin kapal terbang, misi fungsi dan ciri kerja bilah turbin menentukan bahawa ia merupakan salah satu bahagian berputar dengan tekanan terburuk dan bebanan terbesar dalam enjin kapal terbang, yang juga menyebabkan kegagalan dan kerosakan umum pada bilah turbin. Di kalangan mereka, kegagalan retak mempunyai kebarangkalian berlaku tertinggi dan kemudharatan terbesar, terutamanya retak lelah disebabkan oleh daya sentrifugal yang ditumpuk pada tegasan pusingan, retak lelah getaran disebabkan oleh persekitaran getaran, dan retak lelah suhu tinggi disebabkan oleh kerosakan kerosakan disebabkan oleh media persekitaran. Pada peringkat ini, untuk mengurangkan kos penggunaan enjin, pemulihan semula dan perbaikan bilah turbin yang rosak mempunyai kepentingan besar.

Di antara teknologi utama untuk pembaikan bilah turbin, teknologi pemprosesan adaptif telah menarik perhatian banyak penyelidik sebagai cara yang berkesan untuk mencapai tindihan yang licin pada sempadan rosak dan membentuk kawasan yang dibaiki dengan kejituan tinggi. TTL, sebuah syarikat British, mendapatkan maklumat tentang garis keratan rentas bilah melalui kaedah pengukuran bersentuh dan menggunakan maklumat profil garis keratan rentas yang diukur untuk menyempurnakan pembinaan semula model kawasan aus ujung dengan memindahkan sepanjang arah Z, dan menghasilkan kod pemprosesan untuk mengeluarkan lapisan cladding. Delcam, sebuah syarikat British, mencadangkan kaedah pembinaan semula model untuk pembaikan ujung bilah turbin melalui pengukuran dalam mesin, yang mengurangkan masalah akumulasi ralat penempatan melalui pengukuran dalam mesin; dua data keratan rentas berhampiran lapisan cladding diperoleh melalui pengukuran bersentuh, dan model geometri untuk kawasan yang akan dibaiki bagi bilah dengan ujung yang aus dikira, supaya seluruh proses pembaikan dapat diselesaikan melalui pemolesan. Berdasarkan teori sistem kelabu, Ding Huapeng meramalkan garisan lengkung dan ketebalan profil bilah dalam kawasan rosak, dan kemudian mereka semula model bilah yang lengkap, dan kemudiannya mendapat model kecacatan pembaikan melalui perbezaan Boolean, dengan itu mencapai kesan pembaikan tertentu. Hou F dan lain-lain mencadangkan kaedah pembaikan adaptif untuk badan bilah, termasuk pemodelan permukaan lasan dan pemodelan optimasi permukaan pembaikan sasaran, dan akhirnya menggunakan simulasi untuk membuktikan keberkesanan kaedah pembaikan tersebut. Zhang X dan lain-lain mencadangkan skim pembaikan automatik untuk kawasan rosak bilah enjin, yang secara langsung dibentuk oleh pelapisan bahan. Dibandingkan dengan kaedah pembaikan tradisional, ia inovatif hingga batas tertentu, tetapi sukar untuk membaiki bilah turbin dengan permukaan kompleks.

Kajian di atas menunjukkan bahawa pembaikan bilah enjin pesawat adalah topik hangat dalam bidang penerbangan baik dalam maupun luar negara. Dalam bidang pembaikan mesin, fokusnya adalah untuk mencapai penyambungan yang licin antara kawasan pembaikan dan kawasan yang tidak rosak, serta pembentukan dengan kejituan tinggi selepas pembaikan. Oleh itu, berdasarkan kajian pembaikan di atas, kertas ini mengambil bilah turbin yang rosak sebagai contoh untuk melaksanakan penyelidikan aplikasi teknologi pemprosesan adaptif bagi pembaikan kerosakan ujung bilah, memastikan bahawa kawasan pemprosesan dan kawasan bukan pemprosesan bagi bilah yang dibaiki dapat mencapai penyambungan licin yang lancar, dan permukaan baikan keseluruhan memenuhi keperluan toleransi akhir bagi bilah yang dibaiki.

1 Analisis kebolehpembaikan kerosakan ujung bilah

Rajah 1 menunjukkan kecederaan pecah tip khas pada bilah turbin. Berdasarkan ini, satu kaedah untuk memulihkan dan membaiki bahagian tip bilah yang rosak pada bilah turbin enjin kapal terbang telah dicadangkan. Penyelesaian pemulihan dan perbaikan ditubuhkan, yang merangkumi pengeluaran bahagian yang rosak dari tip bilah - penyambungan leburan dan penyetoran timbal (seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 2) - mendapatkan awan titik bagi bilah - mereka semula model digital bilah - pemprosesan adaptif bagi bilah, untuk mencapai perbaikan adaptif ketepatan saiz geometri bilah dan pemulihan prestasi. Kualiti dan prestasi bilah yang dibaiki memenuhi keperluan rekabentuk dan boleh digunakan untuk baiki pantas sebenar di tapak baiki, memberikan penyelesaian yang berkesan untuk mewujudkan pemprosesan baiki pukal bagi komponen yang rosak pada enjin kapal terbang.

1.1 Analisis kesukaran proses

Kerana masalah kejituan pengecasan, terdapat perbezaan individu di antara bilah jadi dan model rekabentuk teoritis. Saiz garisan bilah terbentuk dalam keadaan baru, dan selepas satu kitaran kerja, ia akan mengalami pelbagai tahap deformasi dan kecacatan. Kerana sifat individu objek yang diproses, jika ia diperbaiki dan diproses mengikut saiz teori dari gambar rajah rekabentuk, ketepatan bentuk bilah asal akan rosak. Jika satu set kod pemprosesan perlu dijana semula mengikut model CAD untuk setiap keping pemprosesan, ia akan sangat mempengaruhi keseluruhan kitaran pemprosesan bagi bahagian tersebut.

Ujung bilah mempunyai struktur yang kompleks, dengan bos dan pelat penutup 2 hingga 3 mm di bawah ujung bilah, dan lebar terkecil jahitan ekor tepi belakang hanya 0.5 mm. Bilah adalah struktur rongga dalaman, dan terdapat banyak lubang filem udara pada permukaan badan bilah. Serpihan dengan mudah masuk ke dalam rongga dalaman dan lubang filem udara, membuatnya sukar untuk dibersihkan.

1.2 Kebutuhan teknikal utama

(1) Selepas ujung diperbaiki, kontur permukaan lengkung dalaman dan luarannya sesuai dengan gambar rekaan dan disambungkan dengan lancar kepada bentuk bilah asas asal.

(2) Ketebalan dinding minimum mengikut bentuk bilah pada tepi belakang ujungnya adalah 0.41 mm, dan ketebalan dinding minimum mengikut bentuk bilah pada bahagian lainnya adalah 0.51 mm (seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 3).

(3) Dimensi ketinggian bilah dipastikan.

(4) Kasar tidak lebih besar daripada Ra0.8 μm.

(5) Tidak dibenarkan ada serpihan atau kotoran lain tinggal di dalam rongga dalaman dan lubang filem udara.

(6) Kawasan yang diperbaiki diperiksa melalui fluoresensi untuk memastikan tiada keretakan, kandungan asing, dll., dan pemeriksaan dilakukan mengikut piawai pemeriksaan fluoresen dan piawai penerimaan.

Teknologi pemotongan adaptif 2 untuk pembaikan kerosakan pada hujung bilah

Mengambil kira kesukaran dalam proses perbaikan ujung bilah turbin bilah kerja, iaitu: deformasi setiap bilah yang diperbaiki tidak konsisten, kedudukan dan sudut pengekalan adalah berbeza, dan kejituan pengecasan asal mempunyai masalah. Masalah praktikal ini boleh didedahkan dengan pantas secara dalam talian melalui teknologi pemprosesan adaptif untuk setiap bahagian atau komponen yang akan diproses, dan taburan bentuk serta kedudukan sebenar dapat dipahami. Kemudian, sistem membina semula model digital sasaran yang konsisten dengan rekabentuk melalui data pengukuran, menjana lintasan trajektori personal unik untuk memenuhi keperluan pembuatan produk, dan akhirnya sesuai dengan rekabentuk dan objek sebenar. Litar teknologi pemprosesan adaptif ditunjukkan dalam Rajah 4.

2.2 Teknologi pendaftaran data model CAD

Kerana ciri-ciri peribadi bagi blank objek yang diproses, model CAD yang direka semula tidak mempunyai satah rujukan biasa untuk mencari sistem koordinatnya, dan perlu menggunakan teknologi pendaftaran untuk menyesuaikan sistem koordinatnya. Dua set titik dalam ruang adalah model teoritis X{xi} dan maklumat pengukuran P{pi} bagi objek yang diproses. Set titik P diputarkan dan diterjemah untuk mengurangkan jarak dengan set titik X, dan hubungan transformasi ruang di antara maklumat pengukuran P{pi} dan maklumat model teoritis X{xi} ditubuhkan. Hubungan transformasi ruang ini termasuk matriks putaran R dan matriks translasi T. Kemudian, kaedah pasangan titik terdekat digunakan untuk mencari satu titik dalam X yang paling hampir kepada setiap titik dalam P untuk memadankannya, membentuk set titik baru X', seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 5.

3 Pengesahan teknologi pemachinan adaptif untuk baiki kerusakan ujung bilah

Sistem pemprosesan adaptif termasuk perisian dan sistem keras pemprosesan adaptif seperti alat mesin dan alat potong. Penggabungan keduanya adalah kunci untuk akhirnya mencapai pemprosesan adaptif. Dalam kerja penyuaian jenis bilah turbin tekanan tinggi tertentu, sistem pemprosesan adaptif digunakan untuk menjalankan pemprosesan penyuaian pada bilah-bilah tersebut, dan penyempurnaan pemprosesan serta pengesahan aplikasi bagi pelbagai bilah enjin telah selesai.

3.1 Langkah ujian

Langkah 1: Selepas kawasan yang rosak pada hujung bilah yang akan diperbaiki diisi melalui cladding dan surfacing welding, maklumat pengukuran kawasan berhampiran dengan hujung bilah yang rosak diperoleh melalui pengesan dalam mesin.

Langkah 2: Dapatkan maklumat model teori sebelum pembaikan hujung bilah.

Langkah 3: Gunakan pendaftaran data untuk menetapkan hubungan transformasi ruang antara maklumat pengukuran dan maklumat model teori (hubungan transformasi ruang termasuk putaran dan translasi), dan dapatkan koreksi putaran dan translasi, iaitu jumlah putaran dan translasi selepas penyuaian terbaik.

Langkah 4: Jana fail CLSF bagi trek lokasi alat mesin mengikut maklumat model teori, dan jana lokasi alat yang diperbetulkan dan vektor paksi alat dalam fail CLSF mengikut jumlah koreksi yang diperoleh dalam arah XYZ dari langkah 3.

Langkah 5: Menyusun semula dan memoles kawasan yang rosak pada hujung bilah turbin menggunakan trek alat yang dimodifikasi, supaya mencapai pemulihan sepenuhnya kepada hujung bilah presisi.

Seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 6, sonde RMP40 dan bola stilus berdiameter φ6 mm digunakan untuk pengesanan dalam talian. Dua belas titik pengukuran diperoleh dengan mengoptimalkan dua bahagian hampir di hujung bilah. Fail data pengukuran yang dijana boleh dipindahkan semula kepada sistem perisian komputer, dan model pemprosesan boleh dijana secara automatik dalam UG berdasarkan data pengukuran.

Ujian menggunakan pusat mesin vertikal tiga paksi, dan bilah dipasang secara menegak pada meja kerja melalui palet alat pertukaran pantas, yang memudahkan ketepatan pengepakan semula semasa pemprosesan dan pemprosesan ciri dalam proses seterusnya, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 7.

Fail CLSF trajektori alat pemotongan yang dijana ditunjukkan dalam Rajah 8.

3.2 Penjagaan ruang dalaman dan lubang filem udara

Semasa ujian, keperluan teknikal bahawa tiada serpihan atau kotoran lain yang dibenarkan tinggal di dalam rongga dan lubang filem udara telah dipatuhi. Semasa ujian proses, rongga dalaman dan pelbagai lubang filem udara pada bilah telah dilindungi. Kajian teknikal ini menggunakan lem fungsional untuk menutup rongga dalaman dan lubang filem udara, dengan itu melindungi lubang-lubang tersebut. Dalam membaiki bilah seperti ini di luar negara, lem "epoksi resin putty multifungsi cecair" digunakan untuk melindungi rongga dan lubang filem udara. Selepas didinginkan, ia mengeras untuk mencapai kesan perlindungan. Apabila dipanaskan hingga lebih daripada 100°C, ia melebur dan menjadi "abu", yang boleh ditiupkan keluar atau dibersihkan dengan pembersihan ultrasonik. Tiada peninggalan di dalam lubang kecil. Dalam aplikasi kejuruteraan berpaksikan seterusnya, perlindungan dan pembersihan rongga serta lubang kecil akan menjadi sangat penting, dan perlu terus mencari cara-cara yang lebih sesuai untuk mencegah masuknya serpihan dan kotoran.

3.3 Keputusan ujian

Dengan mengukur profil hujung pala turbin yang diperbaiki, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 9, bentuknya memenuhi keperluan teknologi proses. Dari pemeriksaan penampilan, boleh dilihat bahawa kawasan pembaikan pala dan profil asal berpindah dengan lancar selepas penyelihan adaptif, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 10. Ketebalan dinding rongga dalaman dan luaran adalah layak, kekasaran permukaan di bawah Ra0.8 μm, dan indikator teknikal lain memenuhi keperluan proses. Melalui pemeriksaan fluoresen, proses mesin tidak menyebabkan pecahan baru dan kecacatan lain.

Hubungi Kami

Terima kasih atas minat anda terhadap syarikat kami! Sebagai syarikat pembuatan bahagian gas turbin profesional, kami akan terus berdedikasi kepada inovasi teknologi dan peningkatan perkhidmatan untuk memberikan lebih banyak penyelesaian berkualiti tinggi kepada pelanggan di seluruh dunia. Jika anda mempunyai sebarang soalan, cadangan atau niat kerjasama, kami sangat gembira untuk membantu anda. Sila hubungi kami melalui cara-cara berikut:

WhatsAPP: +86 135 4409 5201
E-mel: [email protected]