Tecnologia e equipamentos de usinagem de precisão para lâminas de motores de aeronaves de paredes finas, com formatos especiais e complexas

Como um componente-chave para atingir o desempenho de motores aeronáuticos, as lâminas têm características típicas, como paredes finas, formas especiais, estruturas complexas, materiais difíceis de processar e altos requisitos para precisão de processamento e qualidade de superfície. Como atingir o processamento preciso e eficiente de lâminas é um grande desafio no atual campo de fabricação de motores aeronáuticos. Por meio da análise dos principais fatores que afetam a precisão do processamento de lâminas, o status atual da pesquisa sobre tecnologia e equipamento de processamento de precisão de lâminas é resumido de forma abrangente, e a tendência de desenvolvimento da tecnologia de processamento de lâminas de motores aeronáuticos é prospectada.

Na indústria aeroespacial, peças leves, de alta resistência e paredes finas são amplamente utilizadas e são componentes-chave para atingir o desempenho de equipamentos importantes, como motores de aeronaves [1]. Por exemplo, as pás do ventilador de liga de titânio de motores de aeronaves de grande razão de desvio (veja a Figura 1) podem ter até 1 metro de comprimento, com perfis de lâmina complexos e estruturas de plataforma de amortecimento, e a espessura da parte mais fina é de apenas 1.2 mm, o que é uma peça típica de formato especial de parede fina de tamanho grande [2]. Como uma peça típica de rigidez fraca de formato especial de parede fina, a lâmina é propensa a deformação e vibração de processamento durante o processamento [3]. Esses problemas afetam seriamente a precisão do processamento e a qualidade da superfície da lâmina.

O desempenho do motor depende em grande parte do nível de fabricação das lâminas. Durante a operação do motor, as lâminas precisam trabalhar de forma estável em ambientes operacionais extremos, como alta temperatura e alta pressão. Isso requer que o material da lâmina tenha boa resistência, resistência à fadiga e resistência à corrosão em alta temperatura e garanta estabilidade estrutural [2]. Normalmente, ligas de titânio ou ligas de alta temperatura são usadas para lâminas de motores de aeronaves. No entanto, ligas de titânio e ligas de alta temperatura têm baixa usinabilidade. Durante o processo de corte, a força de corte é grande e a ferramenta se desgasta rapidamente. À medida que o desgaste da ferramenta aumenta, a força de corte aumentará ainda mais, resultando em deformação e vibração de usinagem mais sérias, resultando em baixa precisão dimensional e baixa qualidade de superfície das peças. Para atender aos requisitos de desempenho de serviço do motor em condições extremas de trabalho, a precisão de usinagem e a qualidade de superfície das lâminas são extremamente altas. Tomando como exemplo as lâminas do ventilador de liga de titânio usadas em um motor turbofan de alta taxa de desvio produzido internamente, o comprimento total da lâmina é de 681 mm, enquanto a espessura é inferior a 6 mm. O requisito do perfil é de -0.12 a +0.03 mm, a precisão dimensional das bordas de entrada e saída é de -0.05 a +0.06 mm, o erro de torção da seção da lâmina está dentro ±10', e o valor da rugosidade da superfície Ra é melhor que 0.4μm. Isso geralmente requer usinagem de precisão em uma máquina-ferramenta CNC de cinco eixos. No entanto, devido à fraca rigidez da lâmina, estrutura complexa e materiais difíceis de processar, para garantir a precisão e a qualidade da usinagem, o pessoal do processo tem que ajustar os parâmetros de corte várias vezes durante o processo de usinagem, o que limita seriamente o desempenho do centro de usinagem CNC e causa enorme desperdício de eficiência [4]. Portanto, com o rápido desenvolvimento da tecnologia de usinagem CNC, como obter controle de deformação e supressão de vibração para usinagem de peças de paredes finas e dar total liberdade às capacidades de usinagem dos centros de usinagem CNC tornou-se uma necessidade urgente para empresas de manufatura avançadas.

A pesquisa sobre tecnologia de controle de deformação de peças rígidas fracas de paredes finas atrai a atenção de engenheiros e pesquisadores há muito tempo. Na prática de produção inicial, as pessoas costumam usar a estratégia de linha d'água de fresagem alternada em ambos os lados de estruturas de paredes finas, o que pode facilmente reduzir os efeitos adversos da deformação e vibração na precisão dimensional até certo ponto. Além disso, também há uma maneira de melhorar a rigidez do processamento definindo estruturas de sacrifício pré-fabricadas, como nervuras de reforço.

Tecnologia de corte para materiais difíceis de cortar

Para atender aos requisitos de serviço estável em ambientes de alta temperatura e alta pressão, os materiais comumente usados ​​para lâminas de motores de aeronaves são ligas de titânio ou ligas de alta temperatura. Nos últimos anos, compostos intermetálicos de titânio-alumínio também se tornaram um material de lâmina com grande potencial de aplicação. As ligas de titânio têm as características de baixa condutividade térmica, baixa plasticidade, baixo módulo de elasticidade e forte afinidade, o que as faz ter problemas como grande força de corte, alta temperatura de corte, endurecimento severo do trabalho e grande desgaste da ferramenta durante o corte. São materiais típicos difíceis de cortar (morfologia da microestrutura, veja a Figura 2a) [7]. As principais características das ligas de alta temperatura são alta plasticidade e resistência, baixa condutividade térmica e uma grande quantidade de solução sólida densa em seu interior [8]. A deformação plástica durante o corte causa distorção severa da rede, alta resistência à deformação, grande força de corte e fenômeno severo de endurecimento a frio, que também são materiais típicos difíceis de cortar (morfologia da microestrutura, veja a Figura 2b). Portanto, é muito importante desenvolver tecnologia de corte eficiente e precisa para materiais difíceis de cortar, como ligas de titânio e ligas de alta temperatura. Para atingir usinagem eficiente e precisa de materiais difíceis de cortar, acadêmicos nacionais e estrangeiros conduziram pesquisas aprofundadas a partir das perspectivas de métodos de corte inovadores, materiais de ferramentas de usinagem ideais e parâmetros de corte otimizados.

2.1 Inovação dos métodos de processamento de corte

Em termos de pesquisa e desenvolvimento inovadores de métodos de corte, os acadêmicos introduziram meios auxiliares, como aquecimento a laser e resfriamento criogênico, para melhorar a usinabilidade dos materiais e obter um corte eficiente. O princípio de funcionamento do processamento assistido por aquecimento a laser [9] (ver Figura 3a) é focar um feixe de laser de alta potência na superfície da peça de trabalho na frente da aresta de corte, amolecer o material pelo aquecimento local do feixe, reduzir a resistência ao escoamento do material, reduzindo assim a força de corte e o desgaste da ferramenta, e melhorando a qualidade e a eficiência do corte. O processamento assistido por resfriamento criogênico [10] (ver Figura 3b) usa nitrogênio líquido, gás dióxido de carbono de alta pressão e outros meios de resfriamento para pulverizar na peça de corte para resfriar o processo de corte, evitar o problema de temperatura de corte local excessiva causada pela baixa condutividade térmica do material e tornar a peça de trabalho localmente fria e quebradiça, aumentando assim o efeito de quebra de cavacos. A empresa Nuclear AMRC no Reino Unido usou com sucesso gás dióxido de carbono de alta pressão para resfriar o processo de processamento de liga de titânio. Comparado com o estado de corte a seco, a análise mostra que o processamento assistido por resfriamento criogênico pode não apenas reduzir a força de corte e melhorar a qualidade da superfície de corte, mas também reduzir efetivamente o desgaste da ferramenta e aumentar a vida útil da ferramenta. Além disso, o processamento assistido por vibração ultrassônica [11, 12] (ver Figura 3c) também é um método eficaz para corte eficiente de materiais difíceis de processar. Ao aplicar vibrações de alta frequência e pequena amplitude à ferramenta, a separação intermitente entre a ferramenta e a peça de trabalho é obtida durante o processo de usinagem, o que altera o mecanismo de remoção de material, aumenta a estabilidade do corte dinâmico, evita efetivamente o atrito entre a ferramenta e a superfície usinada, reduz a temperatura de corte e a força de corte, reduz os valores de rugosidade da superfície e reduz o desgaste da ferramenta. Seus excelentes efeitos de processo receberam ampla atenção.

2.2 Seleção de materiais de ferramentas

Para materiais difíceis de cortar, como ligas de titânio, otimizar materiais de ferramentas pode efetivamente melhorar os resultados de corte [8, 13]. Estudos mostraram que, para o processamento de ligas de titânio, diferentes ferramentas podem ser selecionadas de acordo com a velocidade de processamento. Para corte de baixa velocidade, é usado aço rápido de alto cobalto, para corte de velocidade média, são usadas ferramentas de carboneto cimentado com revestimento de óxido de alumínio e, para corte de alta velocidade, são usadas ferramentas de nitreto cúbico de boro (CBN); para processamento de ligas de alta temperatura, devem ser usadas ferramentas de aço rápido de alto vanádio ou carboneto cimentado YG com alta dureza e boa resistência ao desgaste.

2.3 Parâmetros de corte ideais

Os parâmetros de corte também são um fator importante que afeta o efeito da usinagem. Usar parâmetros de corte apropriados para os materiais correspondentes pode efetivamente melhorar a qualidade e a eficiência da usinagem. Tomando o parâmetro de velocidade de corte como exemplo, a baixa velocidade de corte pode facilmente formar uma área de aresta acumulada na superfície do material, reduzindo a precisão da usinagem da superfície; a alta velocidade de corte pode facilmente causar acúmulo de calor, causando queimaduras na peça de trabalho e na ferramenta. A esse respeito, a equipe do Professor Zhai Yuansheng na Universidade de Ciência e Tecnologia de Harbin analisou as propriedades mecânicas e físicas de materiais difíceis de usinar comumente usados ​​e resumiu uma tabela recomendada de velocidades de corte para materiais difíceis de usinar por meio de experimentos de usinagem ortogonal [14] (ver Tabela 1). Usar as ferramentas e velocidades de corte recomendadas na tabela para usinagem pode efetivamente reduzir defeitos de usinagem e desgaste da ferramenta, e melhorar a qualidade da usinagem.

3 Tecnologia de usinagem CNC de precisão para superfícies de lâminas complexas

Nos últimos anos, com o rápido desenvolvimento da indústria da aviação e a crescente demanda do mercado, os requisitos para processamento eficiente e preciso de lâminas de paredes finas têm aumentado cada vez mais, e a demanda por tecnologia de controle de deformação de maior precisão tem se tornado mais urgente. No contexto da tecnologia de fabricação inteligente, combinar a moderna tecnologia de informação eletrônica para obter controle inteligente de deformação e vibração do processamento de lâminas de motores de aeronaves tornou-se um tópico quente para muitos pesquisadores. A introdução de sistemas CNC inteligentes no processamento de precisão de superfícies curvas complexas de lâminas e a compensação ativa de erros no processo de processamento com base em sistemas CNC inteligentes podem efetivamente suprimir a deformação e a vibração.

Para compensação ativa de erros no processo de usinagem, a fim de atingir a otimização e o controle dos parâmetros de usinagem, como o caminho da ferramenta, é necessário primeiro obter a influência dos parâmetros do processo na deformação e vibração da usinagem. Existem dois métodos comumente usados: um é analisar e raciocinar os resultados de cada passagem da ferramenta por meio de medição na máquina e análise de erros [15]; o outro é estabelecer um modelo de previsão para deformação e vibração da usinagem por meio de métodos como análise dinâmica [16], modelagem de elementos finitos [17], experimentos [18] e redes neurais [19] (ver Figura 4).

Com base no modelo de previsão acima ou na tecnologia de medição na máquina, as pessoas podem otimizar e até mesmo controlar os parâmetros de usinagem em tempo real. A direção principal é compensar os erros causados ​​pela deformação e vibração replanejando o caminho da ferramenta. O método comumente usado nessa direção é o "método de compensação de espelho" [20] (veja a Figura 5). Este método compensa a deformação de um único corte corrigindo a trajetória nominal da ferramenta. No entanto, uma única compensação produzirá uma nova deformação de usinagem. Portanto, é necessário estabelecer uma relação iterativa entre a força de corte e a deformação de usinagem por meio de múltiplas compensações para corrigir a deformação uma por uma. Além do método de compensação ativa de erros com base no planejamento do caminho da ferramenta, muitos acadêmicos também estão estudando como controlar a deformação e a vibração otimizando e controlando os parâmetros de corte e os parâmetros da ferramenta. Para o corte de um certo tipo de lâmina de motor de aeronave, os parâmetros de usinagem foram alterados para várias rodadas de testes ortogonais. Com base nos dados de teste, a influência de cada parâmetro de corte e parâmetro de ferramenta na deformação de usinagem da lâmina e na resposta de vibração foi analisada [21-23]. Um modelo de previsão empírico foi estabelecido para otimizar os parâmetros de usinagem, reduzir efetivamente a deformação de usinagem e suprimir a vibração de corte.

Com base nos modelos e métodos acima, muitas empresas desenvolveram ou aprimoraram os sistemas CNC de centros de usinagem CNC para obter controle adaptativo em tempo real dos parâmetros de processamento de peças de paredes finas. O sistema de fresamento ideal da empresa israelense OMAT [24] é um representante típico neste campo. Ele ajusta principalmente a velocidade de alimentação por meio de tecnologia adaptativa para atingir o propósito de fresamento de força constante e realizar processamento de alta eficiência e alta qualidade de produtos complexos. Além disso, a Beijing Jingdiao também aplicou tecnologia semelhante no caso técnico clássico de conclusão da gravação de padrão de superfície de casca de ovo por meio de compensação adaptativa de medição na máquina [25]. A THERRIEN da GE nos Estados Unidos [26] propôs um método de correção em tempo real para códigos de usinagem CNC durante a usinagem, que forneceu um meio técnico básico para usinagem adaptativa e controle em tempo real de lâminas complexas de paredes finas. O sistema de reparo automatizado da União Europeia para componentes de turbinas de motores de aeronaves (AROSATEC) realiza fresamento de precisão adaptável após a lâmina ser reparada por manufatura aditiva e foi aplicado à produção de reparos de lâminas da empresa alemã MTU e da empresa irlandesa SIFCO [27].

4. Melhoria da rigidez do processamento com base em equipamentos de processo inteligentes

O uso de equipamentos de processo inteligentes para melhorar a rigidez do sistema de processo e melhorar as características de amortecimento também é uma maneira eficaz de suprimir a deformação e a vibração do processamento de lâminas de paredes finas, melhorar a precisão do processamento e melhorar a qualidade da superfície. Nos últimos anos, um grande número de equipamentos de processo diferentes tem sido usado no processamento de vários tipos de lâminas de motores aeronáuticos [28]. Como as lâminas de motores aeronáuticos geralmente têm características estruturais de paredes finas e irregulares, uma pequena área de fixação e posicionamento, baixa rigidez de processamento e deformação local sob a ação de cargas de corte, o equipamento de processamento de lâminas geralmente aplica suporte auxiliar à peça de trabalho com base na satisfação do princípio de posicionamento de seis pontos [29] para otimizar a rigidez do sistema de processo e suprimir a deformação do processamento. Superfícies curvas de paredes finas e irregulares apresentam dois requisitos para o posicionamento e fixação de ferramentas: primeiro, a força de fixação ou força de contato da ferramenta deve ser distribuída o mais uniformemente possível na superfície curva para evitar deformações locais graves da peça de trabalho sob a ação da força de fixação; segundo, os elementos de posicionamento, fixação e suporte auxiliar da ferramenta precisam corresponder melhor à superfície curva complexa da peça de trabalho para gerar força de contato de superfície uniforme em cada ponto de contato. Em resposta a esses dois requisitos, os acadêmicos propuseram um sistema de ferramentas flexíveis. Os sistemas de ferramentas flexíveis podem ser divididos em ferramentas flexíveis de mudança de fase e ferramentas flexíveis adaptativas. As ferramentas flexíveis de mudança de fase utilizam as mudanças na rigidez e no amortecimento antes e depois da mudança de fase do fluido: o fluido na fase líquida ou na fase móvel tem baixa rigidez e amortecimento e pode se adaptar à superfície curva complexa da peça de trabalho sob baixa pressão. Depois, o fluido é transformado em uma fase sólida ou consolidado por forças externas, como eletricidade/magnetismo/calor, e a rigidez e o amortecimento são bastante melhorados, fornecendo assim suporte uniforme e flexível para a peça de trabalho e suprimindo deformação e vibração.

O equipamento de processo na tecnologia de processamento tradicional de lâminas de motor de aeronave é usar materiais de mudança de fase, como ligas de baixo ponto de fusão para preencher o suporte auxiliar. Ou seja, depois que a peça bruta é posicionada e fixada em seis pontos, a referência de posicionamento da peça é fundida em um bloco de fundição através da liga de baixo ponto de fusão para fornecer suporte auxiliar para a peça, e o posicionamento de ponto complexo é convertido em posicionamento de superfície regular, e então o processamento de precisão da peça a ser processada é realizado (veja a Figura 6). Este método de processo tem defeitos óbvios: a conversão da referência de posicionamento leva a uma diminuição na precisão do posicionamento; a preparação da produção é complicada, e a fundição e a fusão da liga de baixo ponto de fusão também trazem resíduos e problemas de limpeza na superfície da peça. Ao mesmo tempo, as condições de fundição e fusão também são relativamente ruins [30]. Para resolver os defeitos do processo acima, um método comum é introduzir uma estrutura de suporte multiponto combinada com um material de mudança de fase [31]. A extremidade superior da estrutura de suporte entra em contato com a peça de trabalho para posicionamento, e a extremidade inferior é imersa na câmara de liga de baixo ponto de fusão. O suporte auxiliar flexível é obtido com base nas características de mudança de fase da liga de baixo ponto de fusão. Embora a introdução de uma estrutura de suporte possa evitar defeitos de superfície causados ​​por ligas de baixo ponto de fusão em contato com as lâminas, devido às limitações de desempenho dos materiais de mudança de fase, as ferramentas flexíveis de mudança de fase não podem atender simultaneamente aos dois principais requisitos de alta rigidez e alta velocidade de resposta, e são difíceis de aplicar à produção automatizada de alta eficiência.

Para resolver as desvantagens das ferramentas flexíveis de mudança de fase, muitos acadêmicos incorporaram o conceito de adaptação à pesquisa e ao desenvolvimento de ferramentas flexíveis. As ferramentas flexíveis adaptáveis ​​podem corresponder adaptativamente a formas complexas de lâminas e possíveis erros de forma por meio de sistemas eletromecânicos. Para garantir que a força de contato seja distribuída uniformemente em toda a lâmina, as ferramentas geralmente usam suportes auxiliares multipontos para formar uma matriz de suporte. A equipe de Wang Hui na Universidade de Tsinghua propôs um equipamento de processo de suporte auxiliar flexível multiponto adequado para processamento de lâminas quase em forma líquida [32, 33] (consulte a Figura 7). As ferramentas usam vários elementos de fixação de material flexível para auxiliar no suporte da superfície da lâmina quase em forma líquida, aumentando a área de contato de ⠀ <⠀ <cada área de contato e garantindo que a força de fixação seja distribuída uniformemente em cada parte de contato e em toda a lâmina, melhorando assim a rigidez do sistema de processo e prevenindo efetivamente a deformação local da lâmina. A ferramenta tem vários graus passivos de liberdade, que podem corresponder adaptativamente ao formato da lâmina e seu erro, evitando o posicionamento excessivo. Além de obter suporte adaptativo por meio de materiais flexíveis, o princípio da indução eletromagnética também é aplicado à pesquisa e desenvolvimento de ferramentas flexíveis adaptativas. A equipe de Yang Yiqing na Universidade de Aeronáutica e Astronáutica de Pequim inventou um dispositivo de suporte auxiliar baseado no princípio da indução eletromagnética [34]. A ferramenta usa um suporte auxiliar flexível excitado por um sinal eletromagnético, que pode alterar as características de amortecimento do sistema de processo. Durante o processo de fixação, o suporte auxiliar corresponde adaptativamente ao formato da peça de trabalho sob a ação de um ímã permanente. Durante o processamento, a vibração gerada pela peça de trabalho será transmitida ao suporte auxiliar, e a força eletromagnética reversa será excitada de acordo com o princípio da indução eletromagnética, suprimindo assim a vibração do processamento da peça de trabalho de parede fina.

Atualmente, no processo de projeto de equipamento de processo, análise de elementos finitos, algoritmo genético e outros métodos são geralmente usados ​​para otimizar o layout de suportes auxiliares multipontos [35]. No entanto, o resultado da otimização geralmente só pode garantir que a deformação do processamento em um ponto seja minimizada e não pode garantir que o mesmo efeito de supressão de deformação possa ser alcançado em outras peças de processamento. No processo de processamento de lâmina, uma série de passagens de ferramenta geralmente são realizadas na peça de trabalho na mesma máquina-ferramenta, mas os requisitos de fixação para processar diferentes peças são diferentes e podem até variar com o tempo. Para o método de suporte multiponto estático, se a rigidez do sistema de processo for melhorada aumentando o número de suportes auxiliares, por um lado, a massa e o volume da ferramenta aumentarão e, por outro lado, o espaço de movimento da ferramenta será comprimido. Se a posição do suporte auxiliar for redefinida ao processar diferentes peças, o processo de processamento será inevitavelmente interrompido e a eficiência do processamento será reduzida. Portanto, foi proposto um equipamento de processo de acompanhamento [36-38] que ajusta automaticamente o layout de suporte e a força de suporte on-line de acordo com o processo de processamento. O equipamento de processo de acompanhamento (ver Figura 8) pode obter suporte dinâmico por meio da cooperação coordenada da ferramenta e do ferramental com base na trajetória da ferramenta e nas mudanças de condições de trabalho do processo de corte variável no tempo antes de qualquer procedimento de processamento começar: primeiro mova o suporte auxiliar para uma posição que ajude a suprimir a deformação de processamento atual, de modo que a área de processamento de a peça de trabalho é ativamente apoiada, enquanto outras partes da peça permanecem na posição com o mínimo de contato possível, correspondendo assim aos requisitos de fixação variáveis ​​ao longo do tempo durante o processo de processamento.

Para aumentar ainda mais a capacidade de suporte dinâmico adaptável do equipamento de processo, atender aos requisitos de fixação mais complexos no processo de processamento e melhorar a qualidade e a eficiência da produção de processamento de lâminas, o suporte auxiliar de acompanhamento é expandido em um grupo formado por vários suportes auxiliares dinâmicos. Cada suporte auxiliar dinâmico é necessário para coordenar ações e reconstruir automática e rapidamente o contato entre o grupo de suporte e a peça de trabalho, de acordo com os requisitos variáveis ​​do processo de fabricação. O processo de reconstrução não interfere no posicionamento de toda a peça e não causa deslocamento ou vibração local. O equipamento de processo baseado neste conceito é chamado de dispositivo de grupo autoconfigurável [39], que tem as vantagens de flexibilidade, reconfigurabilidade e autonomia. O dispositivo de fixação de grupo autoconfigurável pode alocar vários suportes auxiliares para diferentes posições na superfície suportada, de acordo com os requisitos do processo de fabricação, e pode se adaptar a peças de trabalho de formato complexo com uma grande área, garantindo rigidez suficiente e eliminando suportes redundantes. O método de funcionamento do dispositivo é que o controlador envia instruções de acordo com o programa programado, e a base móvel traz o elemento de suporte para a posição alvo de acordo com as instruções. O elemento de suporte se adapta à forma geométrica local da peça de trabalho para obter um suporte compatível. As características dinâmicas (rigidez e amortecimento) da área de contato entre um único elemento de suporte e a peça de trabalho local podem ser controladas alterando os parâmetros do elemento de suporte (por exemplo, o elemento de suporte hidráulico geralmente pode alterar a pressão hidráulica de entrada para alterar as características de contato). As características dinâmicas do sistema de processo são formadas pelo acoplamento das características dinâmicas da área de contato entre vários elementos de suporte e a peça de trabalho e estão relacionadas aos parâmetros de cada elemento de suporte e ao layout do grupo de elementos de suporte. O projeto do esquema de reconstrução de suporte multiponto do dispositivo de fixação de grupo autoconfigurável precisa considerar as três questões a seguir: adaptação à forma geométrica da peça de trabalho, reposicionamento rápido dos elementos de suporte e cooperação coordenada de vários pontos de suporte [40]. Portanto, ao usar o dispositivo de fixação de grupo autoconfigurável, é necessário usar o formato da peça de trabalho, as características de carga e as condições de contorno inerentes como entrada para resolver o layout de suporte multiponto e os parâmetros de suporte sob diferentes condições de processamento, planejar o caminho de movimento do suporte multiponto, gerar o código de controle a partir dos resultados da solução e importá-lo para o controlador. Atualmente, acadêmicos nacionais e estrangeiros têm conduzido algumas pesquisas e tentativas de dispositivos de grupo autoconfiguráveis. Em países estrangeiros, o projeto da UE SwarmItFIX desenvolveu um novo sistema de fixação autoconfigurável altamente adaptável [41], que usa um conjunto de suportes auxiliares móveis para se mover livremente na bancada e se reposicionar em tempo real para melhor apoiar as peças processadas. O protótipo do sistema SwarmItFIX foi implementado neste projeto (veja Figura 9a) e testado no local de um fabricante italiano de aeronaves. Na China, a equipe de Wang Hui na Universidade de Tsinghua desenvolveu uma bancada de suporte de fixação de quatro pontos que pode ser controlada em coordenação com uma máquina-ferramenta [42] (ver Figura 9b). Esta bancada pode suportar o encaixe em balanço e evitar automaticamente a ferramenta durante a usinagem fina do encaixe de uma lâmina de turbina.

5 Discussão sobre tendências de desenvolvimento futuro

5.1 Novos materiais

À medida que os requisitos de projeto da relação empuxo-peso dos motores de aeronaves continuam a aumentar, o número de peças é gradualmente reduzido e o nível de estresse das peças está ficando cada vez mais alto. O desempenho dos dois principais materiais estruturais tradicionais de alta temperatura atingiu seu limite. Nos últimos anos, novos materiais para lâminas de motores de aeronaves se desenvolveram rapidamente e cada vez mais materiais de alto desempenho são usados ​​para fazer lâminas de paredes finas. Entre eles, γ-A liga TiAl[43] possui excelentes propriedades, como alta resistência específica, alta resistência à temperatura e boa resistência à oxidação. Ao mesmo tempo, sua densidade é de 3.9 g/cm3, o que é apenas metade daquela das ligas de alta temperatura. No futuro, tem grande potencial como lâmina na faixa de temperatura de 700-800℃. Embora γ-A liga TiAl possui excelentes propriedades mecânicas, sua alta dureza, baixa condutividade térmica, baixa tenacidade à fratura e alta fragilidade levam à baixa integridade da superfície e baixa precisão de γ-Material de liga de TiAl durante o corte, o que afeta seriamente a vida útil das peças. Portanto, a pesquisa de processamento de γ- A liga TiAl tem importante significado e valor teórico e é uma importante direção de pesquisa da atual tecnologia de processamento de lâminas.

5.2 Processamento adaptativo variável no tempo

As lâminas de motores aeronáuticos têm superfícies curvas complexas e exigem alta precisão de forma. Atualmente, sua usinagem de precisão usa principalmente métodos de usinagem adaptativa geométrica com base no planejamento de trajetória e reconstrução de modelo. Este método pode efetivamente reduzir o impacto de erros causados ​​por posicionamento, fixação, etc. na precisão da usinagem da lâmina. Influência. No entanto, devido à espessura irregular da lâmina de forjamento em matriz, a profundidade de corte em diferentes áreas da ferramenta é diferente durante o processo de corte de acordo com a trajetória planejada, o que traz fatores incertos ao processo de corte e afeta a estabilidade do processamento. No futuro, durante o processo de usinagem adaptativa CNC, as mudanças reais do estado de usinagem devem ser melhor rastreadas [44], melhorando significativamente a precisão da usinagem de superfícies curvas complexas e formando um método de usinagem adaptativa de controle variável no tempo que ajusta os parâmetros de corte com base em dados de feedback em tempo real.

5.3 Equipamento de processo inteligente

Como o maior tipo de peças no motor, a eficiência de fabricação das lâminas afeta diretamente a eficiência geral de fabricação do motor, e a qualidade de fabricação das lâminas afeta diretamente o desempenho e a vida útil do motor. Portanto, a usinagem de precisão inteligente de lâminas se tornou a direção do desenvolvimento da fabricação de lâminas de motor no mundo hoje. A pesquisa e o desenvolvimento de máquinas-ferramentas e equipamentos de processo são a chave para realizar o processamento inteligente de lâminas. Com o desenvolvimento da tecnologia CNC, o nível de inteligência das máquinas-ferramentas melhorou rapidamente, e a capacidade de processamento e produção foi bastante aprimorada. Portanto, a pesquisa, o desenvolvimento e a inovação de equipamentos de processo inteligentes são uma direção importante de desenvolvimento para usinagem eficiente e precisa de lâminas de paredes finas. Máquinas-ferramentas CNC altamente inteligentes são combinadas com equipamentos de processo para formar um sistema de processamento de lâmina inteligente (veja a Figura 10), que realiza usinagem CNC de alta precisão, alta eficiência e adaptável de lâminas de paredes finas.