Nauwkeurige machinetechnologie en -apparatuur voor dunwandige, speciaal gevormde en complexe bladen van vliegtuigmotoren

Als een belangrijk onderdeel om de prestaties van vliegtuigmotoren te bereiken, hebben bladen typische kenmerken zoals dunwandig, speciaal gevormd, complexe structuren, moeilijke materialen om te bewerken en hoge eisen aan bewerkingsnauwkeurigheid en oppervlaktkwaliteit. Hoe precisie- en efficiënte bewerking van bladen te realiseren is een grote uitdaging in het huidige vliegtuigmotorproductiegebied. Door analyse van de sleutelfactoren die invloed hebben op de bewerkingsnauwkeurigheid van bladen, wordt de huidige status van onderzoek naar precisiebewerkings technologieën en -apparatuur voor bladen volledig samengevat, en wordt de ontwikkelingstrend van bewerkings technologieën voor vliegtuigmotobladen vooruitgezien.

In de luchtvaartindustrie worden lichte, hoogsterkte dunwandige onderdelen breed gebruikt en zijn ze essentiële componenten voor het bereiken van de prestaties van belangrijk materiaal zoals vliegtuigmotoren [1]. Bijvoorbeeld, de titaniumlegering fanbladen van grote bypassverhoudings vliegtuigmotoren (zie Figuur 1) kunnen tot 1 meter lang zijn, met complexe bladprofielen en demping platformstructuren, en de dikte van het dunste deel is slechts 1,2 mm, wat een typisch groot formaat dunwandig speciaal gevormd onderdeel is [2]. Als een typisch dunwandig speciaal gevormd zwak starheidsonderdeel, is het blad geneigd om te vervormen en trillingen te ontwikkelen tijdens de verwerking [3]. Deze problemen beïnvloeden ernstig de verwerkingsnauwkeurigheid en oppervlaktekwaliteit van het blad.

De prestaties van de motor hangen grotendeels af van het productieniveau van de bladen. Tijdens de bedrijfsvoering van de motor moeten de bladen stabiel werken in extreme werkomgevingen zoals hoge temperaturen en hoge druk. Dit vereist dat het bladmateriaal goede sterke, vermoeidingsweerstand en hoogtemperatuur corrosieweerstand moet hebben, en structuur stabiliteit moet garanderen [2]. Gewoonlijk worden titanium legeringen of hoge temperatuur legeringen gebruikt voor vliegtuigmotorbladen. Maar titanium legeringen en hoge temperatuur legeringen hebben slechte bewerkbaarheid. Tijdens het snijproces is de snijkraft groot en slijt het snijgereedschap snel. Met toenemend gereedschapslijn zal de snijkraft verder toenemen, wat resulteert in ernstiger bewerkingsvervorming en trilling, resulterend in lage dimensionele nauwkeurigheid en slechte oppervlaktekwaliteit van onderdelen. Om de dienstprestatievereisten van de motor onder extreme werkomstandigheden te voldoen, zijn de bewerkingsnauwkeurigheid en oppervlaktekwaliteit van de bladen extreem hoog. Neem bijvoorbeeld de titanium legering ventilatorbladen die worden gebruikt in een binnenlandse hoge bypassratio turbofanmotor, de totale lengte van het blad is 681mm, terwijl de dikte minder dan 6mm is. De profielaanvraag is -0,12 tot +0,03mm, de dimensionele nauwkeurigheid van de inlaat- en uitlaatranden is -0,05 tot +0,06mm, de draaiingsfout van het bladsnede is binnen ± 10′, en de oppervlakteschuurigheid Ra is beter dan 0,4 μ m. Dit vereist doorgaans precisiebewerking op een vijf-as CNC-schuurmachine. Toch, vanwege de geringe starheid van de bladen, de complexe structuur en moeilijk te bewerken materialen, om de bewerkingsnauwkeurigheid en -kwaliteit te waarborgen, moeten procesmedewerkers de snijparameters meerdere keren aanpassen tijdens het bewerkingsproces, wat de prestaties van het CNC-bewerkingscentrum ernstig beperkt en enorme efficiëntieverliezen veroorzaakt [4]. Daarom, met de snel ontwikkelende CNC-bewerkingstechnologie, hoe kan er verandering worden gebracht in vormverandering en trillingsonderdrukking bij het bewerken van dunwandige onderdelen en hoe kan er volledig gebruik worden gemaakt van de bewerkingscapaciteiten van CNC-bewerkingscentra? Dit is een dringende behoefte voor geavanceerde productiebedrijven.

Het onderzoek naar de vervormingscontroletechnologie van dunwandige zwakke stijve delen heeft al lang de aandacht getrokken van ingenieurs en onderzoekers. In vroegere productiepraktijken gebruikten mensen vaak de waterlijnstrategie van wisselend malen aan beide zijden van dunwandige structuren, wat tot op zekere hoogte de nadelige effecten van vervorming en trilling op de afmetingsnauwkeurigheid kan verminderen. Daarnaast bestaat er ook een methode om de bewerkingsstarheid te verbeteren door voorafgemaakte offerstructuren zoals versterkende ribben in te bouwen.

Snedetechnologie voor moeilijk te snijden materialen

Om aan de eisen van een stabiele dienst in een omgeving met hoge temperatuur en hoge druk te voldoen, zijn de meest gebruikte materialen voor vliegtuigmotorbladen titaniumlegeringen of hoogtemperatuurlegeringen. In recente jaren zijn titanium-aluminium intermetaalverbindingen ook een bladmateriaal geworden met grote toepassingspotentieel. Titaniumlegeringen hebben de kenmerken van lage thermische geleidbaarheid, lage plasticiteit, lage elastische modulus en sterke affiniteit, wat ervoor zorgt dat ze problemen hebben zoals een grote snijkracht, een hoge snijtemperatuur, ernstige werkverharding en grote toolverslijting tijdens het snijden. Ze zijn typische moeilijk te snijden materialen (microstructuurvorm zie Figuur 2a) [7]. De belangrijkste kenmerken van hoogtemperatuurlegeringen zijn hoge plasticiteit en sterkte, slechte thermische geleidbaarheid, en een groot aantal dichte oplossingen binnenin [8]. Plastic deformatie tijdens snijden veroorzaakt ernstige vervorming van het rooster, hoge verformatieweerstand, grote snijkracht en ernstig koudverhardingseffect, wat hen ook tot typische moeilijk te snijden materialen maakt (microstructuurvorm zie Figuur 2b). Daarom is het van groot belang om efficiënte en precieze snijtechnologieën voor moeilijk te snijden materialen zoals titaniumlegeringen en hoogtemperatuurlegeringen te ontwikkelen. Om efficiënt en nauwkeurig te kunnen bewerken, hebben binnen- en buitenlandse onderzoekers diepgaande studies uitgevoerd naar innovatieve snijmethoden, optimale bewerkingsgereedschapsmaterialen en geoptimaliseerde snijparameters.

2.1 Innovatie van snijbewerkingsmethoden

In termen van innovatief onderzoek en ontwikkeling van snijmethoden hebben geleerden bijbehorende middelen zoals laserverwarming en cryogeen afkoeling geïntroduceerd om de bewerkbaarheid van materialen te verbeteren en efficiënt snijden te bereiken. Het werkingsoordeel van laser-verwarmde assistentie bij bewerking [9] (zie figuur 3a) is om een krachtige laserstraal op het oppervlak van het werkstuk voor de snijkant te richten, het materiaal door lokale verwarming van de straal te verzachten, de sterktegraad van het materiaal te verlagen, waardoor de snijkracht en het schade aan het gereedschap wordt verkleind en de kwaliteit en efficiëntie van het snijden wordt verbeterd. Cryogeen-geassisteerde bewerking [10] (zie figuur 3b) gebruikt vloeibare stikstof, hoogdruk kooldioxidegas en andere koelmiddelen om te spuiten op het snijgedeelte om het snijproces af te koelen, problemen met te hoge lokale snijtemperaturen door slechte warmeleiding van het materiaal te vermijden, en het werkstuk lokaal koud en broos te maken, waardoor het chipbrekings-effect wordt verbeterd. Het Nuclear AMRC-bedrijf in het Verenigd Koninkrijk heeft succesvol hoogdrukkooldioxidegas gebruikt om het titaniumlegeringsbewerkingsproces af te koelen. In vergelijking met de droge snijtoestand laat de analyse zien dat cryogeen-geassisteerde bewerking niet alleen de snijkracht kan verkleinen en de kwaliteit van het snijoppervlak kan verbeteren, maar ook effectief gereedschapslijning kan verminderen en de levensduur van het gereedschap kan verlengen. Bovendien is ultrageluidsvibratie-assistente bewerking [11, 12] (zie figuur 3c) ook een effectieve methode voor efficiënt snijden van moeilijk te bewerken materialen. Door hoge frequentie, kleine amplitude vibraties toe te passen op het gereedschap, wordt tijdens het bewerkingsproces tussen het gereedschap en het werkstuk een intermittente scheiding bereikt, wat de materiaalverwijderingsmechanismes verandert, de stabiliteit van dynamisch snijden versterkt, effectief wrijving tussen het gereedschap en het bewerkte oppervlak voorkomt, de snijtemperatuur en de snijkracht verlaagt, de oppervlaktegrofheidswaarden vermindert en gereedschapslijning verkleint. De uitstekende proceseffecten hebben veel aandacht gekregen.

2.2 Selectie van werkmiddelenmaterialen

Voor moeilijk te snijden materialen zoals titaniumlegers kan het optimaliseren van werkmiddelenmaterialen de snijresultaten effectief verbeteren [8, 13]. Studies hebben aangetoond dat bij het bewerken van titaniumlegers verschillende gereedschappen kunnen worden geselecteerd op basis van de bewerkingsnelheid. Bij lage snelheden wordt hoog kobalt gehouden hoge-snelheidsstaal gebruikt, bij matig hoge snelheden worden cementcarbide gereedschappen met aluminiumoxidelaag gebruikt en bij hoge snelheden worden kubusvormige borstelstof (CBN) gereedschappen gebruikt; voor het bewerken van hoogtemperatuurlegers moeten hoge hardheid en goede slijtage weerstand hebberige hoog-vanadium hoge-snelheidsstaal of YG cementcarbide gereedschappen worden gebruikt.

2.3 Optimaal snijparameters

Snedparameters zijn ook een belangrijke factor die invloed uitoefent op het machineresultaat. Het gebruik van geschikte snedparameters voor de overeenkomstige materialen kan effectief de kwaliteit en efficiëntie van de bewerking verbeteren. Neem bijvoorbeeld het snijdsnelheidsparameter: een lage snijdsnelheid kan gemakkelijk een gebied van opgebouwde rand op het materiaaloppervlak vormen, wat de oppervlaktebewerkingsnauwkeurigheid vermindert; een hoge snijdsnelheid kan gemakkelijk hitteopbouw veroorzaken, wat brandvlekken op het werkstuk en het gereedschap tot gevolg heeft. In dit opzicht analyseerde het team van professor Zhai Yuansheng aan de Harbin University of Science and Technology de mechanische en fysische eigenschappen van veelgebruikte moeilijk te bewerken materialen en samenvattend een aanbevolen tabel van snijdsnelheden voor moeilijk te bewerken materialen door middel van orthogonale bewerkingsexperimenten [14] (zie Tabel 1). Het gebruik van de in de tabel aanbevolen gereedschappen en snijdsnelheden voor bewerking kan effectief bewerkingsdefecten en gereedschapsverslijting verminderen en de bewerkingskwaliteit verbeteren.

3 Precision CNC-schuurtechnologie voor complexe bladoppervlakken

In de afgelopen jaren, met de snelle ontwikkeling van de luchtvaartindustrie en de stijgende marktvraag, zijn de eisen voor efficiënte en nauwkeurige verwerking van dunwandige bladen steeds verder toegenomen, en de vraag naar precisie-technologie voor vervormingscontrole is dringender geworden. In het kader van intelligente productietechnologieën, het combineren van moderne elektronische informatietechnologieën om intelligente controle van vervorming en trilling bij de verwerking van vliegtuigmotorbladen te realiseren, is een populair onderwerp geworden voor veel onderzoekers. Het introduceren van intelligente CNC-systemen in de precisieverwerking van complexe gekromde oppervlakken van bladen, en actief compenseren van fouten in het verwerkingsproces op basis van intelligente CNC-systemen, kan effectief vervorming en trilling onderdrukken.

Voor actieve foutcompensatie in het machineringsproces, om de optimalisatie en controle van machineringsparameters zoals het werktuigtraject te bereiken, is het nodig om eerst de invloed van procesparameters op machineringsdeformatie en trillingen te verkrijgen. Er zijn twee veelgebruikte methoden: een is om de resultaten van elk werktuigpassage te analyseren en te redeneren via in-processor meting en foutanalyse [15]; de andere is om een voorspellingsmodel voor machineringsdeformatie en trillingen te ontwikkelen door middel van dynamische analyse [16], eindige-element-modellering [17], experimenten [18] en neurale netwerken [19] (zie Figuur 4).

Op basis van het bovenstaande voorspellingsmodel of de meettechnologie op de machine kunnen mensen de bewerkingsparameters optimaliseren en zelfs in real-time controleren. De hoofdrichting is om de fouten die worden veroorzaakt door vervorming en trilling te compenseren door het snijtraject opnieuw te plannen. De meest gebruikte methode in deze richting is de "spiegelcompensatiemethode" [20] (zie figuur 5). Deze methode compenseert de vervorming van een enkele snede door de nominale werktuigtraject te corrigeren. Een enkele compensatie veroorzaakt echter nieuwe bewerkingsvervormingen. Daarom is het nodig om een iteratief verband te vestigen tussen de snijkraft en de bewerkingsvervorming door middel van meerdere compensaties om de vervormingen een voor een te corrigeren. Naast de methode van actieve foutcompensatie gebaseerd op het plannen van het werktuigtraject, bestuderen veel onderzoekers ook hoe de vervorming en trilling beheerst kunnen worden door de snij- en werktuigparameters te optimaliseren en te controleren. Voor het snijden van een bepaald type vliegtuigmotorschroef werden de bewerkingsparameters verschillende malen gewijzigd voor orthogonale tests. Op basis van de testgegevens werd de invloed van elke snijparameter en werktuigparameter op de schroefbewerkingsvervorming en trillingsreactie geanalyseerd [21-23]. Er werd een empirisch voorspellingsmodel opgesteld om de bewerkingsparameters te optimaliseren, de bewerkingsvervorming effectief te verminderen en snijtrillingen te onderdrukken.

Op basis van de bovenstaande modellen en methoden hebben veel bedrijven de CNC-systemen van CNC-snelheidscentra ontwikkeld of verbeterd om real-time adaptieve controle van verwerkingparameters voor dunwandige onderdelen te bereiken. Het optimale fijnmaken systeem van het Israëlische bedrijf OMAT [24] is een typisch voorbeeld in dit gebied. Het past voornamelijk de voedingsnelheid aan met behulp van adaptieve technologie om het doel van constante kracht bij het fijnmaken te bereiken en efficiënte, hoge kwaliteit verwerking van complexe producten te realiseren. Daarnaast heeft Beijing Jingdiao soortgelijke technologie toegepast in een klassiek technisch geval van het graveren van oppervlaktepatronen op een eienschil door middel van adaptieve compensatie met in-machine meting [25]. THERRIEN van GE in de Verenigde Staten [26] stelde een methode voor voor real-time correctie van CNC-verwerkingcodes tijdens de verwerking, wat een basis technische middelen leverde voor adaptief snijden en real-time controle van complexe dunwandige bladen. Het automatiseringsreparatiesysteem van de Europese Unie voor vliegtuigmotorturbocomponenten (AROSATEC) realiseert adaptieve precisiefijnmaking na reparatie van bladen door additief vervaardigen, en wordt toegepast in de bladreparatieproductie van het Duitse bedrijf MTU en het Ierse bedrijf SIFCO [27].

4. Verbetering van de verwerkingsstarheid op basis van intelligente procesapparatuur

Het gebruik van intelligente procesapparatuur om de stijfheid van het processysteem te verbeteren en de dempingseigenschappen te verbeteren, is ook een effectieve manier om de vervorming en trilling bij de verwerking van dunwandige bladen te onderdrukken, de verwerkingsnauwkeurigheid te verbeteren en de oppervlakskwaliteit te verbeteren. In recente jaren zijn er een groot aantal verschillende procesapparaten gebruikt in de verwerking van verschillende soorten straal motorbladen [28]. Aangezien straalmotorbladen doorgaans dunwandige en onregelmatige structurele kenmerken hebben, een kleine bevestigings- en positioneringsoppervlakte, lage verwerkingsstijfheid en lokale vervormingen onder invloed van snijbelastingen, wordt er vaak bij verwerking van bladen op basis van het zes-punt-positioneringsprincipe aanvullende ondersteuning toegepast [29] om de stijfheid van het processysteem te optimaliseren en verwerkingsvervorming te onderdrukken. Dunwandige en onregelmatige gekromde oppervlakken stellen twee eisen aan de positionering en bevestiging van gereedschap: ten eerste moet de bevestigingskracht of contactkracht van het gereedschap zo gelijkmatig mogelijk over het gekromde oppervlak verdeeld worden om ernstige lokale vervormingen van het werkstuk onder invloed van de bevestigingskracht te voorkomen; ten tweede moeten de positioneer-, bevestigings- en aanvullende ondersteuningscomponenten van het gereedschap beter aansluiten bij de complexe gekromde oppervlakken van het werkstuk om een gelijkmatige oppervlakcontactkracht te genereren op elk contactpunt. Om deze twee eisen te voldoen, hebben onderzoekers een flexibel gereedschapsysteem voorgesteld. Flexibele gereedschapsystemen kunnen worden ingedeeld in fasewisselende flexibele gereedschappen en adaptieve flexibele gereedschappen. Fasewisselende flexibele gereedschappen maken gebruik van de veranderingen in starheid en demping voor en na de fasewisseling van een vloeistof: de vloeistof in de vloeifase of mobiele fase heeft een lage starheid en demping, en kan zich onder lage druk aanpassen aan de complexe gekromde oppervlakken van het werkstuk. Daarna wordt de vloeistof omgezet in een vast stadium of samengeperst door externe krachten zoals elektriciteit/magnetisme/warmte, waardoor de starheid en demping aanzienlijk verbeteren, zodat er een uniforme en flexibele ondersteuning wordt geboden aan het werkstuk en vervorming en trilling worden onderdrukt.

Het procesapparaat in de traditionele verwerkings technologie van vliegtuigmotorschroeven maakt gebruik van faseveranderingmateriaal zoals lage smeltpunt legeringen voor vulhulpsteun. Dit betekent dat, nadat het werkstuk blank is gepositioneerd en vastgeklemd op zes punten, het positioneringsreferentiepunt van het werkstuk wordt gegoten in een gietblok door middel van de lage smeltpunt legering om aanvullende ondersteuning te bieden aan het werkstuk, en de complexe puntpositie wordt omgezet in een regelmatige oppervlakpositie, waarna de precisieverwerking van het te verwerken onderdeel wordt uitgevoerd (zie Figuur 6). Deze procesmethode heeft duidelijke tekortkomingen: de conversie van het positioneringsreferentiepunt leidt tot een afname van de positioneringsnauwkeurigheid; de productievoorbereiding is ingewikkeld, en het gieten en smelten van de lage smeltpunt legering brengt ook residu- en reinigingsproblemen op het werkstukoppervlak met zich mee. Tegelijkertijd zijn de giet- en smeltvoorwaarden ook relatief slecht [30]. Om de bovenstaande procesfouten op te lossen, is een veelvoorkomende methode het introduceren van een meerpuntssteunstructuur in combinatie met een faseveranderingmateriaal [31]. Het bovenste einde van de steunstructuur komt in contact met het werkstuk voor positionering, en het onderste einde is ondergedompeld in de kamer met lage smeltpunt legering. Flexibele hulpsteun wordt bereikt op basis van de faseveranderkenmerken van de lage smeltpunt legering. Hoewel de invoering van een steunstructuur oppervlaktefouten kan voorkomen die worden veroorzaakt door lage smeltpunt legeringen die in aanraking komen met de bladen, kunnen faseveranderende hulpmiddelen wegens de prestatielimieten van faseverandermaterialen niet tegelijkertijd de twee belangrijke eisen van hoge stijfheid en hoge responsnelheid vervullen, en zijn moeilijk toe te passen in efficiënte geautomatiseerde productie.

Om de nadelen van fasedveranderingstooling met flexibele materialen op te lossen, hebben veel geleerden het concept van aanpassing geïntegreerd in het onderzoek en ontwikkeling van flexibele tooling. Adaptieve flexibele tooling kan complexe vleugelvormen en mogelijke vormfouten aanpassend matchen via elektromechanische systemen. Om ervoor te zorgen dat de contactkracht gelijkmatig over de hele vleugel verdeeld is, gebruikt de tooling meestal multipuntsteunsystemen om een steunmatrix te vormen. Het team van Wang Hui aan de Tsinghua Universiteit stelde multipuntflexibele hulpsteunprocessuitrusting voor die geschikt is voor near-net-shape vleugelbewerking [32, 33] (zie Figuur 7). De tooling maakt gebruik van meerdere flexibele materiaalklem-elementen om de vleugeloppervlakte van de near-net-shape vleugel te ondersteunen, waardoor het contactgebied wordt vergroot. ​​ elk contactgebied en ervoor zorgen dat de klemkracht gelijkmatig verdeeld wordt over elk contactdeel en het gehele blad, waardoor de stijfheid van het proces systeem verbetert en lokale vervormingen van het blad effectief worden voorkomen. Het gereedschap heeft meerdere passieve vrijheidsgraden, die zich aanpassen aan de vorm van het blad en zijn afwijkingen terwijl overtollige positiebeperkingen worden vermeden. Naast het bereiken van adaptieve ondersteuning door gebruik te maken van flexibele materialen, wordt ook het principe van elektromagnetische inductie toegepast bij de ontwikkeling van adaptief flexibel gereedschap. Het team van Yang Yiqing aan de Beijing University of Aeronautics and Astronautics heeft een hulpsteunapparaat uitgevonden gebaseerd op het principe van elektromagnetische inductie [34]. Het gereedschap gebruikt een flexibele hulpsteun die wordt opgewekt door een elektromagnetisch signaal, wat de dempingseigenschappen van het proces systeem kan veranderen. Tijdens het klemmenproces past de hulpsteun zich aan aan de vorm van het werkstuk onder invloed van een permanente magneet. Tijdens de verwerking zal de trilling die door het werkstuk wordt veroorzaakt worden doorgegeven aan de hulpsteun, en er wordt een tegengestelde elektromagnetische kracht opgewekt volgens het principe van elektromagnetische inductie, waardoor de trilling van dunwandige werkstukken tijdens de verwerking wordt onderdrukt.

Momenteel wordt in het ontwerp van procesapparatuur vaak gebruikgemaakt van methoden zoals eindige-elementanalyse, genetische algoritmen en andere om de indeling van meervoudige ondersteuningspunten te optimaliseren [35]. Maar het optimalisatieresultaat kan doorgaans alleen garanderen dat de verwerkingstekening op één punt geminimaliseerd wordt, zonder dat dezelfde vervormingsremmende uitkomst in andere verwerkingsdelen gegarandeerd kan worden. In het proces van bladverwerking worden er doorgaans een reeks wisselgangen uitgevoerd op het werkstuk op dezelfde CNC-machine, maar de vastklampeer-eisen voor verschillende delen kunnen verschillen en zelfs variëren met de tijd. Voor de statische meervoudige ondersteuningsmethode, als de stijfheid van het proces systeem verbeterd wordt door het aantal ondersteuningspunten te vergroten, neemt enerzijds de massa en het volume van de vormgereedschap toe, en anderzijds wordt de bewegingsruimte van het gereedschap gecomprimeerd. Als de positie van het ondersteuningspunt herinsteld wordt bij het verwerken van verschillende delen, zal dit onvermijdelijk leiden tot een onderbreking van het verwerkingsproces en een vermindering van de verwerkings-efficiëntie. Daarom is er sprake van volgende procesapparatuur [36-38] die automatisch de ondersteuningsindeling en de ondersteuningskracht aanpast op basis van het verwerkingsproces. De volgende procesapparatuur (zie Figuur 8) kan dynamische ondersteuning bereiken door middel van de coördinatie tussen gereedschap en vormgereedschap, gebaseerd op de gereedschaptrekking en de werksituatie van het tijdsafhankelijke snijproces voordat elk verwerkingsproces begint: eerst verplaatst het ondersteuningspunt zich naar een positie die helpt om de huidige verwerkingstekening te onderdrukken, zodat het verwerkingsgebied  het werkstuk wordt actief ondersteund, terwijl andere delen van het werkstuk zo min mogelijk contact hebben, waardoor aan de tijdsafhankelijke klemvereisten tijdens het verwerking proces wordt voldaan.

Om de aanpasbare dynamische ondersteuningscapaciteit van procesapparatuur verder te verbeteren, de complexere bevestigingsvereisten in het productieproces te voldoen en de kwaliteit en efficiëntie van de blaadverwerkingsproductie te verbeteren, wordt de volgende hulpsteun uitgebreid tot een groep die bestaat uit meerdere dynamische hulpsteunen. Elk dynamisch hulpsteunpunt moet acties coördineren en automatisch en snel de contactstructuur tussen de steungroep en het werkstuk herstellen volgens de tijdsafhankelijke vereisten van het productieproces. Dit herstelproces interferent niet met de positiebepaling van het gehele werkstuk en veroorzaakt geen lokale verschuiving of trilling. Apparatuur gebaseerd op dit concept wordt een zelfherconfigurerende groepsbevestiging genoemd [39], wat de voordelen van flexibiliteit, herconfigurabiliteit en autonomie heeft. De zelfherconfigurerende groepsbevestiging kan verschillende hulpsteunpunten toewijzen aan verschillende posities op het ondersteunde oppervlak volgens de vereisten van het productieproces en kan zich aanpassen aan complex gevormde werkstukken met een grote oppervlakte, terwijl voldoende stijfheid wordt gegarandeerd en overbodige steunpunten worden uitgesloten. De werkwijze van de bevestiging is dat de controller instructies verzendt volgens het geprogrammeerde programma, en de mobiele basis brengt het steunelement naar de doelpositie volgens de instructies. Het steunelement past zich aan aan de lokale geometrische vorm van het werkstuk om een compliant ondersteuning te realiseren. De dynamische kenmerken (stijfheid en demping) van het contactgebied tussen een enkel steunelement en het lokale werkstuk kunnen worden gecontroleerd door de parameters van het steunelement te wijzigen (bijvoorbeeld, het hydraulische steunelement kan gewoonlijk de invoerhydraulische druk wijzigen om de contactkenmerken te veranderen). De dynamische kenmerken van het processysteem ontstaan door de koppeling van de dynamische kenmerken van het contactgebied tussen meerdere steunelementen en het werkstuk, en zijn gerelateerd aan de parameters van elk steunelement en de indeling van de steungroep. Het ontwerp van het multi-punt ondersteuningsreconstructieschema van de zelfherconfigurerende groepsbevestiging moet de volgende drie problemen in aanmerking nemen: aanpassing aan de geometrische vorm van het werkstuk, snelle herpositieering van de steunelementen, en gecoördineerde samenwerking van meerdere steunpunten [40]. Daarom is het nodig om bij het gebruik van de zelfherconfigurerende groepsbevestiging de werkstukvorm, belastingskenmerken en inherente grensvoorwaarden als invoer te gebruiken om het multi-punt ondersteuningsindeling en de ondersteuningsparameters onder verschillende verwerkingscondities op te lossen, het multi-punt ondersteuningsbewegingspad te plannen, controlecode te genereren uit de oplossingsresultaten en deze in te voeren in de controller. Momenteel hebben binnen- en buitenlandse onderzoekers enkele studies en pogingen uitgevoerd op zelfherconfigurerende groepsbevestigingen. In het buitenland heeft het EU-project SwarmItFIX een nieuw hoogst aanpasbaar zelfherconfigurerend bevestigingssysteem ontwikkeld [41], dat een set mobiele hulpsteunen gebruikt die vrij kunnen bewegen op de werkbank en in realtime herpositioneren om de verwerkte onderdelen beter te ondersteunen. Het prototype van het SwarmItFIX-systeem is in dit project geïmplementeerd (zie figuur 9a) en getest op de locatie van een Italiaanse vliegtuigbouwer. In China heeft het team van Wang Hui aan de Tsinghua-universiteit een vierpuntsklem- en ondersteuningswerkbank ontwikkeld die kan worden gecoördineerd met een CNC-fresmachine [42] (zie figuur 9b). Deze werkbank kan de uithangende tenon ondersteunen en automatisch het gereedschap vermijden tijdens het fijnbewerken van de tenon van een turbineblaad. Tijdens het bewerkingsproces coöpereren de vierpunts-hulpsteunen met het CNC-bewerkingscentrum om de vierpuntscontactstatus te herstellen volgens de positie van het gereedschapsbeweging, wat niet alleen storing tussen het gereedschap en de hulpsteun voorkomt, maar ook het ondersteunings-effect garandeert.

5 Discussie over toekomstige ontwikkelings trends

5.1 Nieuwe materialen

Aangezien de ontwerpvereisten voor het verhouding tussen stuwkracht en gewicht van vliegtuigmotoren blijven toenemen, neemt het aantal onderdelen geleidelijk af en wordt de spanning in de onderdelen steeds hoger. De prestaties van de twee belangrijkste traditionele hoogtemperatuurstructuurmaterialen hebben hun limiet bereikt. In de afgelopen jaren is er snel ontwikkeling te zien in nieuwe materialen voor vliegtuigmotorbladen, en worden steeds meer hoogwaardige materialen gebruikt om dunwandige bladen te fabriceren. Daaronder behoort γ -TiAl legering[43], die uitstekende eigenschappen heeft zoals hoge specifieke sterkte, temperatuurbestendigheid en goede oxidatiebestendigheid. Tegelijkertijd is zijn dichtheid 3,9g/cm³, wat slechts de helft is van die van hoogtemperatuurlegeringen. In de toekomst heeft het grote potentieel als blad in de temperatuurbereik van 700-800 ℃ . Hoewel γ -TiAl legering heeft uitstekende mechanische eigenschappen, maar de hoge hardheid, lage thermische conductiviteit, lage breuktaaiheid en hoge broosheid leiden tot slechte oppervlakteintegriteit en lage precisie van γ -TiAl materiaal tijdens het snijden, wat ernstig de dienstleven van onderdelen beïnvloedt. Daarom is het onderzoek naar verwerking van γ -TiAl legering van groot theoretisch belang en waarde, en een belangrijke onderzoeksrichting binnen de huidige technologie voor bladverwerking.

5.2 Tijdvariërende adaptieve verwerking

Turbinbladen hebben complexe gekromde oppervlakken en vereisen hoge vormnauwkeurigheid. Momenteel wordt bij hun precisiebewerking voornamelijk gebruikgemaakt van geometrisch adaptieve bewerkingsmethoden op basis van padplanning en modellenreconstructie. Deze methode kan effectief de invloed van fouten door positionering, klemmen, etc., op de nauwkeurigheid van de bladbewerking verminderen. Door de ongelijke dikte van het stempelslagbladblank, verschilt de snijdiepte in verschillende gebieden van het gereedschap tijdens het snijproces volgens het geplande pad, wat onzekere factoren aan het snijproces toevoegt en de bewerkingsstabiliteit beïnvloedt. In de toekomst moet er tijdens het CNC-adaptieve bewerkingsproces beter worden getracht om veranderingen in de werkelijke bewerkingsstatus te volgen [44], waardoor de bewerkingsnauwkeurigheid van complexe gekromde oppervlakken aanzienlijk verbetert en een tijdsvariërende controle-adaptieve bewerkingsmethode ontstaat die snijparameters aanpast op basis van real-time feedbackgegevens.

5.3 Intelligent procesapparatuur

Als het grootste type onderdelen in de motor beïnvloedt de productie-efficiëntie van bladen rechtstreeks de totale productie-efficiëntie van de motor, en bepaalt de productiekwaliteit van de bladen rechtstreeks de prestaties en levensduur van de motor. Daarom is intelligente precisiebewerking van bladen geworden de ontwikkelingsrichting van de motortechnologie vandaag de dag wereldwijd. Het ontwikkelen van machinegereedschap en procesapparatuur is de sleutel om intelligente blaadverwerking te realiseren. Met de ontwikkeling van CNC-technologie is het intelligentieniveau van machinegereedschap snel verbeterd, en is de verwerkings- en productiecapaciteit aanzienlijk toegenomen. Daarom is het onderzoek, ontwikkeling en innovatie van intelligente procesapparatuur een belangrijke ontwikkelingsrichting voor efficiënte en precieze bewerking van dunwandige bladen. Hoogintelligente CNC-machines worden gecombineerd met procesapparatuur om een intelligente blaadverwerkingsysteem te vormen (zie Figuur 10), wat hoogprecieze, efficiënte en aanpasbare CNC-bewerking van dunwandige bladen mogelijk maakt.