Onderzoek en toepassing van adaptieve machinetechnologie voor herstel van schade aan de randen van turbinevleugels van vliegtuigmotoren

De reparatie van gescheurde turbinebladen heeft grote betekenis voor de onderhoudsactiviteiten en levensverlenging van vliegtuigmotoren. Dit artikel bekijkt de voortgang van het onderzoek naar de reparatietechnologie van een bepaald nikkelgebaseerd gegoten hoogtemperatuuralloy turbine werkblad, met focus op de reparatiemethode van adaptief machineren aan de bladtop, en gaat diepgaand in op het experimentele bewerkingsproces en de verificatie resultaten, terwijl het ook uitkijkt naar de ontwikkelingsperspectieven van de reparatietechnologie van turbinebladen.

De vliegtuigmotor is de krachtbron van het vliegtuig. Onder de verschillende onderdelen van de vliegtuigmotor bepalen de functionele missie en werkskenmerken van de turbinebladen dat het een van de rotatieonderdelen met de slechtste spanning en het grootste belastingen in de vliegtuigmotor zijn, wat ook de meest voorkomende storingen en schade aan de turbinebladen veroorzaakt. Daaronder heeft splintering de hoogste kans op optreden en het grootste schade, voornamelijk vermoeidheidssplinters veroorzaakt door centrifugale kracht samengewerkt met buigingsstress, trillingsvermoeidheidssplinters veroorzaakt door een vibratieomgeving, en hoge-temperatuur vermoeidheidssplinters veroorzaakt door corrosieschade door milieu-media. Op dit moment, om de kosten van motorgebruik te verlagen, heeft de herproductie en reparatie van beschadigde turbinebladen grote betekenis.

Onder de belangrijkste technologieën voor de reparatie van turbinebladen trekt adaptieve verwerkings technologie de aandacht van veel onderzoekers als een effectief middel om een gladde overgang van beschadigde randen en hoognauwkeurige vorming van gerepareerde gebieden te bereiken. TTL, een Brits bedrijf, verkrijgt informatie over bladdoorsnede-lijnen via contactmetingmethoden en gebruikt de gemeten doorsnede-profielinformatie om het model van het versleten topgebied te reconstrueren door langs de Z-richting te offsetten, en genereert verwerkingscodes om het laagje te verwijderen. Delcam, een Brits bedrijf, stelde een modelreconstructiemethode voor voor de reparatie van turbinebladtoppen door machinemeting, wat het probleem van positiefoutopbouw verminderde door machinemeting; twee doorsnedegegevens nabij het laagje werden verkregen door contactmeting, en het geometrische model dat gerepareerd moest worden van het versleten bladtop van het rechtegraanblad werd berekend, zodat het hele reparatieproces voltooid kon worden door slijpen. Gebaseerd op de grijstheorie voorspelde Ding Huapeng de booglijn en dikte van het bladprofiel in het beschadigde gebied, en reconstrueerde vervolgens het complete bladmodel, waarna hij het reparatiemodel verkreeg door Booleaanse verschilbewerking, waardoor een bepaald reparatie-effect bereikt werd. Hou F et al. stelden een adaptieve reparatiemethode voor voor het bladlichaam, inclusief modellering van het welsvlak en optimalisatie van het doelreparatievlak, en gebruikten uiteindelijk simulatie om de effectiviteit van de reparatiemethode te bewijzen. Zhang X et al. stelden een geautomatiseerd reparatieschema voor voor beschadigde gebieden van motorturbinebladen, wat rechtstreeks wordt gevormd door materiaallaaging. In vergelijking met traditionele reparatiemethoden is dit op een bepaalde manier innovatief, maar het is moeilijk om turbinebladen met complexe oppervlakken te repareren.

Het bovenstaande onderzoek toont aan dat de reparatie van vliegtuigmotorbladen een actueel onderwerp is in de luchtvaartsector, zowel binnenlands als internationaal. In het vakgebied van reparatiebewerking staat de focus op het bereiken van een gladde overgang tussen het gerepareerde gebied en het onbeschadigde gebied, evenals op hoge precisie na de reparatie. Daarom, gebaseerd op het bovenstaande reparatieonderzoek, neemt dit artikel een beschadigde turbine-werkblad als voorbeeld om onderzoek te doen naar de toepassing van adaptieve bewerkings technologie voor de reparatie van bladspitsbeschadigingen, waarbij wordt gewaarborgd dat het bewerkte gebied en het niet-bewerkte gebied van het gerepareerde blad een gladde overgang kunnen realiseren, en dat het gehele reparatieoppervlak voldoet aan de eindtolerantie-eisen van het gerepareerde blad.

1 Analyse van de bewerkbaarheid van bladspitsreparaties

Figuur 1 toont een typische turbinebladtopscheurdefect. Daaropvolgend wordt een methode voorgesteld voor herproductie en reparatie van het beschadigde bladtopje van een vliegtuigmotor-turbineblad. Een herproductie- en reparatieoplossing wordt vastgesteld, die het verwijderen van het beschadigde deel van de bladtop omvat - gesmolten lassen en solderen (zoals weergegeven in Figuur 2) - verkrijgen van bladpuntenwolk - reconstrueren van het digitale bladmodel - adaptief verwerken van het blad, om adaptieve reparatie van de geometrische precisie en prestatieherstel van het blad te bereiken. De kwaliteit en prestaties van het gerepareerde blad voldoen aan de ontwerpeisen en kunnen worden gebruikt voor real-time reparatie ter plaatse, waarmee een effectieve oplossing wordt geboden voor de realisatie van batchreparatieverwerking van beschadigde onderdelen van vliegtuigmotoren.

1.1 Analyse van procesmoeilijkheden

Vanwege het probleem van de gietsnauwheid, bestaan er individuele verschillen tussen de afgebogen bladen en het theoretische ontwerpmodel. De omtreksgrootte van het blad wordt gevormd in de nieuwe toestand, en na een werkcyclus zal het verschillende mate van vervorming en gebreken vertonen. Vanwege de individualiteit van het te bewerken object, als het volgens de theoretische afmetingen van het ontwerptekening gerepareerd en verwerkt wordt, wordt de vormsnauwkeurigheid van het originele blad vernietigd. Als er voor elke verwerking een reeks verwerkingscodes opnieuw gegenereerd moet worden volgens het CAD-model, zal dit sterk invloed hebben op de totale verwerkingscyclus van het onderdeel.

De bladspits heeft een complexe structuur, met een boss en dekplaat 2 tot 3 mm onder de bladspits, en de smalste breedte van de achterrand naad is slechts 0,5 mm. Het blad heeft een interne holtestructuur, en er zijn veel luchtfilmgaten op het bladoppervlak. Snippers dringen gemakkelijk de interne holte en luchtfilmgaten binnen, waardoor het moeilijk is om schoon te maken.

1.2Hoofdtechnische eisen

(1)Na reparatie van de spits voldoen de omtrekken van de binnen- en buiten gekromde oppervlakken aan het ontwerptekening en zijn glad verbonden met de originele basisbladvorm.

(2)De minimale wanddikte langs de bladvorm bij de achterrand van de spits bedraagt 0,41 mm, en de minimale wanddikte langs de bladvorm bij andere delen bedraagt 0,51 mm (zoals weergegeven in figuur 3).

(3)De bladhoogte wordt gegarandeerd.

(4)De ruwheid is niet groter dan Ra0,8 μm.

(5) Het is niet toegestaan dat snippers of andere vreemde stoffen blijven hangen in de interne holte en luchtfilmgaten.

(6) Het gerepareerde gebied wordt geïnspecteerd door fluorescerende technieken om te waarborgen dat er geen scheuren, inclusions, etc. zijn, en de inspectie wordt uitgevoerd volgens de normen voor fluorescerende inspectie en acceptatienormen.

2 Adaptieve machinetechnologie voor reparatie van bladspits schade

In verband met de moeilijkheden in het reparatieproces van de bladspits van de turbine werkbladen, namelijk: de deformatie van elk gerepareerd blad is inconsistent, de klempositie en hoek zijn verschillend, en de oorspronkelijke precisiegiets nauwkeurigheid is problematisch. Dergelijke praktische problemen kunnen snel online gedetecteerd worden door middel van adaptieve verwerkingstechnologie voor elk onderdeel of te verwerken onderdeel, waardoor de werkelijke vorm en positieverdeling begrepen kan worden. Vervolgens herstelt het systeem het doelwit-digitale model dat overeenkomt met het ontwerp via de gemeten gegevens, genereert een uniek personaliseerd padtraject om productvervaardiging te voldoen, en komt uiteindelijk overeen met het ontwerp en het feitelijke object. De route van de adaptieve verwerkingstechnologie is weergegeven in Figuur 4.

2.2 CAD-modelgegevens registratietechnologie

Vanwege de gepersonaliseerde kenmerken van het blanco deel van het verwerkte object ontbreekt de gereconstrueerde CAD-model een reguliere referentievlak om zijn coördinatenstelsel te vinden, en het is noodzakelijk om registratietechnologie te gebruiken om het coördinatenstelsel uit te lijnen. De twee puntenverzamelingen in de ruimte zijn het theoretische model X{xi} en de metinginformatie P{pi} van het verwerkte object. De P-puntenverzameling wordt geroteerd en getransleerd om de afstand tot de X-puntenverzameling te minimaliseren, en de ruimtelijke transformatierelatie tussen de metingsinformatie P{pi} en het theoretische modelinformatie X{xi} wordt vastgesteld. De ruimtelijke transformatierelatie omvat de rotatiematrix R en de translatiematrix T. Vervolgens wordt de dichtstbijzijnde puntkoppelmethode gebruikt om een punt in X te vinden dat het dichtst bij elk punt in P ligt om het te koppelen, waardoor een nieuwe puntenverzameling X' wordt gevormd, zoals weergegeven in Figuur 5.

3 Verificatie van adaptieve machinetechnologie voor reparatie van bladspits schade

Het adaptieve machinsysteem omvat adaptieve machinesoftware en -hardware zoals machinegereedschap en snijgereedschap. De integratie van beide is de sleutel om uiteindelijk adaptief machinen te bereiken. Tijdens het reparatiewerk van een bepaald type hoge-druk turbineblad werd het adaptieve machinsysteem gebruikt om de reparatiebewerking van de bladen uit te voeren, en werden de reparatiebewerking en toepassingsverificatie van meerdere motorbladen voltooid.

3.1 Teststappen

Stap 1: Nadat het beschadigde gebied van de te repareren bladspits is opgevuld door cladding en surfacewelding, wordt de meetinformatie van het gebied nabij de beschadigde bladspits verkregen via in-machine detectie.

Stap 2: Verkrijg de theoretische modelinformatie voor de reparatie van de bladspits.

Stap 3: Gebruik de dataregistratie om het ruimtelijke transformatierelatieschap tussen de meetinformatie en de theoretische modelinformatie te vestigen (het ruimtelijke transformatierelatieschap omvat rotatie en translatie) en verkrijg de correctie voor rotatie en translatie, dat wil zeggen de hoeveelheid rotatie en translatie na de beste aanpassing.

Stap 4: Genereer het CLSF-bestand van het machineringere具locatiepad volgens de theoretische modelinformatie, en genereer de gecorrigeerde gere具locatie en gere具asvector in het CLSF-bestand volgens de correctiehoeveelheid in de XYZ-richting verkregen in stap 3.

Stap 5: Slijpen en polijsten van het beschadigde deel van de bladspits van het turbineblad met behulp van het aangepaste gere具pad, zodat een volledige restauratie van de precisiebladspits wordt bereikt.

Zoals weergegeven in figuur 6, wordt een RMP40-sonde en een φ6 mm stylusbol gebruikt voor online-detectie. Twaalf metingspunten worden verkregen door de twee secties nabij de bladspits te optimaliseren. De gegenereerde metingsdata-bestanden kunnen terug worden overgedragen naar het computersoftware systeem, en kan op basis van de metingsdata in UG automatisch een verwerkingmodel worden gegenereerd.

De test maakte gebruik van een driedimensionale verticale CNC-frescentrum, en het blad was via een snelwisselgereedschappallet verticaal uitstekend bevestigd op de werktafel, wat de herhaalbare klem nauwkeurigheid tijdens verwerking en kenmerkverwerking in het volgende proces vergemakkelijkte, zoals weergegeven in figuur 7.

Het gegenereerde verwerkingsgereedschip CLSF-bestand is weergegeven in figuur 8.

3.2 Binnenruimte en luchtfilmgat bescherming

Tijdens de test werd het technische vereiste dat geen schilfers of andere vreemde stoffen mogen blijven hangen in de binnenruimte en luchtfilmgaten voldaan. Tijdens het proces van de test werden de binnenruimte en meerdere luchtfilmgaten van de bladen beschermd. Dit technische onderzoek gebruikt functionele lijm om de binnenruimte en luchtfilmgaten af te sluiten, waardoor de gaten worden beschermd. Het is bekend dat bij het repareren van dergelijke bladen buitenlandse methodes een vloeibare "multifunctionele epoxyhars putty lijm" gebruiken om de ruimte en luchtfilmgaten te beschermen. Na afkoeling hardt deze uit en bereikt zo een beschermende werking. Wanneer verhit tot boven 100°C, smelt het en wordt het "as", wat kan worden weggeblazen of verwijderd door ultrageluidsreiniging. Er blijft geen residu achter in de kleine gaten. In latere batch-ingenieursapplicaties zal de bescherming en reiniging van ruimtes en kleine gaten zeer belangrijk zijn, en moet er voortgegaan worden met het vinden van geschiktere manieren om het binnendringen van schilfers en vreemde stoffen te voorkomen.

3.3 Testresultaten

Door de tipprofiel van de gerepareerde turbineblad te meten, zoals weergegeven in Figuur 9, voldoet de vorm aan de proces technologie eisen. Uit het uiterlijksonderzoek blijkt dat de reparatiezone van het blad en het oorspronkelijke profiel na adaptief polijsten soepel overgaan, zoals weergegeven in Figuur 10. De wanddikte van de binnen- en buitencaviteit is gekwalificeerd, de oppervlakruwheid is onder Ra0.8 μm, en andere technische indicatoren voldoen aan de procesvereisten. Door middel van fluorescerende inspectie is vastgesteld dat het machineringsproces geen nieuwe scheuren of andere gebreken heeft veroorzaakt.

Neem contact met ons op

Bedankt voor uw interesse in onze onderneming! Als een professionele fabrikant van gas turbineonderdelen zullen we voortdurend inzetten op technologische innovatie en serviceverbetering om wereldwijde klanten betere kwaliteitsoplossingen te bieden. Indien u vragen, suggesties of samenwerkingsoverwegingen heeft, staan we graag klaar om u te helpen. Neem contact met ons op via de volgende manieren:

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