Forskning og anvendelse av adaptiv skjærings teknologi for skade-reparasjon av turbinebladspenninger i flymotorer

Reparasjon av skadde turbineblader har stor betydning for vedlikeholdet og levetidsutvidelsen av flymotorer. Denne artikkelen gjennomgår forskningens fremgang innenfor reparasjons teknologien av en bestemt nikkelbasert kastingshøytemperaturlegeme turbinearbeidsblad, med fokus på reparasjonsmetoden av tilpasses maskinering på bladspissen, og dypt forklares eksperimentelt bearbeiding prosess og verifiseringsresultater, og ser forover mot utviklingsperspektivene av turbinebladreparasjonsteknologien.

Jettemotoren er kraftkjernen i flyet. Blant de ulike komponentene i jettemotoren avgjør funksjonelle oppgaver og arbeidskarakteristikkene til turbinebladene at det er en av de roterende delene med verre strekk og størst belastning i motoren, noe som også forårsaker vanlig skade og skader på turbinebladene. Blant disse har sprekkefeil den høyeste sannsynligheten for å oppstå og den største skaden, hovedsakelig utmattelsessprekker forårsaket av sentrifugalkraft lagt til på bøyingsstress, flakkingsutmattelsessprekker forårsaket av vibrasjonsmiljø, og høytemperatur-utmattningspreakker forårsaket av korrosjonskade forårsaket av miljømedier. På denne stadiet, for å redusere driftskostnadene for motoren, har gjenbruk og reparasjon av skadde turbineblader stor betydning.

Blant de nøkkeltrengene for reparasjon av turbineblader har adaptiv prosesseringsteknologi trukket oppmerksomheten fra flere forskere som et effektivt middel for å oppnå glatte overganger på skadde grenser og høy-nøyaktig formering av repareringsområder. TTL, et britisk selskap, får informasjon om bladets tverrsnittslinjer gjennom kontaktmålinger og bruker den målte tverrsnittsprofilen til å fullføre modellgjengivingen av det utslitne toppområdet ved å forskyve langs Z-retningen, og genererer deretter bearbeidningskoder for å fjerne kladdlagslaget. Delcam, et annet britisk selskap, foreslo en modellgjengivningsmetode for reparation av turbinebladets topp ved maskinmåling, som reduserte posisjonsfeilakkumuleringen gjennom maskinmåling; to tverrsnittsnære kladdlagslaget ble oppnådd ved kontaktmåling, og geometrisk modell for repareringsbehovet på det utslitne bladet ble beregnet, slik at hele repareringsprosessen kunne fullføres ved å slippe. Basert på gråsystemsteorien, forutsa Ding Huapeng buelinjen og tykkelsen av bladprofilet i skadde områder, og gjenopprettet deretter den fullstendige bladmodellen, og deretter fant repareringsdefektsmodellen gjennom boolesk differanse, noe som førte til en viss repareringseffekt. Hou F og andre foreslo en adaptiv repareringsmetode for bladkroppen, som inkluderte modellering av veldingsflate og optimaliseringsmodellering av målreparasjonsflaten, og brukte til slutt simulering for å bevise effektiviteten på repareringsmetoden. Zhang X og andre foreslo en automatisert repareringsløsning for skadde områder av motoryrblader, som direkte formes ved materialkladding. I sammenligning med tradisjonelle repareringsmetoder er denne løsningen innoverende i visse grad, men det er vanskelig å reparere turbineblader med komplekse flater.

Forskningen ovenfor viser at repareringsarbeid på flymotorblader er et populært tema i luftfartsmiljøet både hjemme og utland. Innenfor repareringsbearbeiding fokuseres det på å oppnå en glad overgang mellom reparasjonsområdet og det skadefrie området, samt høy nøyaktighet etter reparasjon. Derfor, basert på den ovennevnte reparasjonsforskningen, tar denne artikkelen et skadet turbinearbeidsblad som eksempel for å utføre anvendelsesforskning av adaptiv bearbeidings teknologi for reparasjon av bladspiss-skader, for å sikre at bearbeidningsområdet og ikke-bearbeidningsområdet av det reparerte bladet kan oppnå en glad overgang, og at det totale reparasjonsoverflaten oppfyller de endelige toleransekrevene for det reparerte bladet.

1 Analyse av arbeidsgjennomføring for reparasjon av bladspiss-skader

Figur 1 viser et typisk eksempel på en kraftig brist i spissen av en turbinblad. Basert på dette, foreslås en metode for gjenbruk og reparasjon av det skadebladet på spissen av et flymotor-turbinblad. En løsning for gjenbruk og reparasjon er etablert, som omfatter å fjerne den skadede delen av bladspissen - smeltende velding og avlagring av lodd (som vist i figur 2) - oppretting av punktsky for bladet - gjenoppretting av digitalt bladmodell - tilpasset bearbeiding av bladet for å oppnå tilpasset reparasjon av geometrisk størrelsesnøyaktighet og ytelsesgjenopplivning av bladet. Kvaliteten og ytelsen til det reparerte bladet oppfyller designkravene og kan brukes til reeltidsreparasjon på reparasjonsstedet, og gir dermed en effektiv løsning for å realisere batch-reparasjonshandtering av skadede komponenter i flymotorer.

1.1 Analyse av prosessvansker

Grunnet problemet med formgjennomføringen, finnes det individuelle forskjeller mellom den ferdige bladen og det teoretiske designmodellen. Bladets konturdimensjon blir dannet i den nye tilstanden, og etter en arbeids syklus, vil det produsere ulike grader av deformasjon og feil. Grunnet individualiteten til det bearbeidede objektet, hvis det repareres og bearbeides etter de teoretiske dimensjonene på tegningen, vil formnøyaktigheten til den opprinnelige bladen bli ødelagt. Hvis et sett med bearbeidingskoder må regenereres for hver enkelt bearbeiding basert på CAD-modellen, vil dette sterkt påvirke hele bearbeidingscyklen for delen.

Bladspissen har en kompleks struktur, med et boss og dekkplate 2 til 3 mm under bladspissen, og den nærmeste bredden på den etterste delen av sivlingen er bare 0,5 mm. Bladet er en innvendig hullstruktur, og det finnes mange luftfilmål i bladets overflate. Skiver går lett inn i den indre hulen og luftfilmålene, noe som gjør at det er vanskelig å rengjøre.

1.2 Hovedtekniske krav

(1) Etter at spissen er reparert, samsvarer profilen av de innsideskurvede og utsideskurvede overflatene med tegningen og er gladestøttet forbundet med den opprinnelige basisklingens form.

(2) Den minste veggtykkelsen langs bladformen ved den etterste delen av spissen er 0,41 mm, og den minste veggtykkelsen langs bladformen ved andre deler er 0,51 mm (som vist i figur 3).

(3) Bladhøyden garanteres.

(4) Roughness er ikke større enn Ra0,8 μm.

(5) Det er ikke tillatt at skiver eller andre forurensetninger forblir i den indre hulen og luftfilmålene.

(6) Det reparerte området undersøkes ved hjelp av fluoresens for å sikre at det ikke finnes noen sprakk, inklusjoner etc., og undersøkelsen gjennomføres i overensstemmelse med fluoresensundersøkelsesstandardene og akseptansekriteriene.

2 Anpasset maskineringsteknologi for repareringsavskader på bladspiss

I forhold til vanskelighetene i repareringsprosessen av bladspissen på turbinens arbeidsblad, nemlig: deformasjonen av hvert reparerte blad er ulik, feste posisjonen og vinkelen er forskjellig, og den opprinnelige nøyaktigheten ved presisjonsfusjon er problematisk. Slike praktiske problemer kan raskt oppdages online gjennom adaptiv bearbeidningsteknologi for hver del eller komponent som skal bearbeides, og den faktiske formen og posisjonsfordelingen kan forstås. Deretter rekonstruerer systemet et målsett for det digitale modellen som er konsekvent med designet basert på måledata, genererer en unik, personalisert banebane for å oppfylle produktbearbeidingen, og sørger til slutt at alt stemmer overens med designet og det faktiske objektet. Routen for adaptiv bearbeidningsteknologi vises i figur 4.

2.2 CAD-modell dataregistreringsteknologi

Grunnet den personaliserte karakteristikkene til blanken av det bearbeidede objektet, mangel på en vanlig referanseflat i den rekonstruerte CAD-modellen for å finne dets koordinatsystem, og det er nødvendig å bruke registreringsteknologi for å justere dets koordinatsystem. De to punktmengdene i rommet er teoretiske modellen X{xi} og målingsinformasjonen P{pi} av det bearbeidede objektet. Punktmengden P roteres og oversettes for å minimere avstanden til punktmengden X, og et romlig transformasjonsforhold mellom målingsinformasjonen P{pi} og teoretisk modellinformasjonen X{xi} opprettes. Romlig transformasjonsforhold omfatter rotasjonsmatrisa R og translasjonsmatrisa T. Deretter brukes nærmeste punktparingsmetoden for å finne et punkt i X som er nærmest hvert punkt i P for å parer dem, og en ny punktmengde X' dannes, som vist i figur 5.

3 Verifisering av adaptiv bearbeidingsteknologi for reparasjon av bladspiss-skader

Det adaptive maskineringssystemet omfatter adaptiv maskinering programvare og hardvarer, som for eksempel maskinværktoy og skjæringsverktøy. Integrasjonen av disse to er nøkkelen til å oppnå adaptiv maskinering. I repareringsarbeidet på en bestemt type høytrykks turbineblad ble det adaptive maskineringssystemet brukt til å gjennomføre repareringsmaskineringen av bladene, og repareringsmaskineringen og applikasjonsverifiseringen av flere motorblader ble fullført.

3.1 Teststeg

Steg 1: Etter at den skadeområdet på bladspissen som skal repareres har blitt fylt ut ved overføring og overflateveksling, blir målingsinformasjonen fra området nær den skadeblettne bladspissen oppnådd gjennom innmaskinmåling.

Steg 2: Oppnå teoretisk modellinformasjon før repareringsav bladspissen.

Steg 3: Bruk dataregistreringen til å etablere den romlige transformasjonsrelasjonen mellom målingsinformasjonen og teoretisk modellinformasjonen (den romlige transformasjonsrelasjonen inkluderer rotasjon og translasjon), og oppnå rotasjons- og translasjonskorreksjonen, det vil si rotasjonen og translasjonen etter beste tilpasning.

Steg 4: Generer CLSF-filen for verktøylokasjonssporene basert på teoretisk modellinformasjon, og generer den korrigerte verktøylokasjonen og verktøyaksenvektoren i CLSF-filen basert på korreksjonsmengden i XYZ-retning som ble oppnådd i steg 3.

Steg 5: Slifte og polere skadet område av bladspissen på turbinebladet ved å bruke det modifiserte verktøysporet, slik at fullstendig gjenoppretting av den nøyaktige bladspissen oppnås.

Som vist i figur 6, brukes en RMP40-søkepinne og en φ6 mm stilusball for online-deteksjon. Tolv målepunkter oppnås ved å optimere de to seksjonene nær bladspissen. De genererte måledatafilene kan overføres tilbake til datamaskinsprogramvaren, og bearbeidningsmodellen kan automatisk genereres i UG basert på måledataene.

Prøvekjøringen brukte en tre-akset vertikalt sentermaskin, og bladet var vertikalt utestående montert på arbeidsbordet gjennom et rasktbytteverktøyplate, noe som lettet på gjentatt fastlåsningsnøyaktighet under bearbeiding og egenskapsbearbeiding i den neste prosessen, som vist i figur 7.

Den genererte bearbeidningssøppeltrajektorien CLSF-fil vises i figur 8.

3.2 Innre kaver og luftfilmhull beskyttelse

Under testen ble det tekniske kravet om at ingen chips eller andre forurensninger er tillatt å forblir i den indre hulen og luftfilmåpningene oppfylt. Under prosesstesten ble den indre hulen og flere luftfilmåpninger på bladet beskyttet. Denne tekniske studien bruker funksjonell lim for å lute den indre hulen og luftfilmåpningene, dermed å beskytte åpningene. Det er forstått at når slike blader repareres utlandet, brukes en væske "flerfunksjonal epoksyresin putty lim" for å beskytte hulen og luftfilmåpningene. Etter kjøling solidifiserer den for å oppnå en beskyttende effekt. Når den varmes til over 100°C, smelter den og blir til "aske", som kan bli pustet av eller fjernet ved ultralydssrensing. Det finnes ingen rester i de små hullene. I etterfølgende batch-ingeniørapplikasjoner vil beskyttelsen og rensningen av huler og små hull være spesielt viktig, og det er nødvendig å fortsette å finne mer passende måter å forhindre inngang av chips og forurensninger.

3.3 Testresultater

Ved å måle spissprofilen av den reparerte turbinebladen, som vist i figur 9, oppfyller formen prosessteknologienes krav. Fra visuell inspeksjon kan det ses at bladreparasjonsområdet og den opprinnelige profilen er gladet over etter adaptiv polering, som vist i figur 10. Veggtykkelsen på inn- og uthever er kvalifisert, overflateslirkheten er under Ra0.8 μm, og andre tekniske indikatorer oppfyller prosesskravene. Gjennom fluoreserende inspeksjon fant man ikke nye sprakk eller andre defekter forårsaket av bearbeidingen.

Kontakt oss

Takk for ditt interesse i vår bedrift! Som en profesjonell produsent av gasturbinedelar vil vi fortsette å legge vekt på teknologisk innovasjon og serviceforbedring for å tilby flere høykvalitetsløsninger til kunder over hele verden. Hvis du har noen spørsmål, forslag eller samarbeidsintensjoner, vil vi gjerne hjelpe deg. Vennligst kontakt oss på følgende måter:

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