Cercetare și aplicare a tehnologiei de machetare adaptivă pentru repararea avariei la capetele palelor turbinei motoarelor aeroportate

Repararea palelor de turbină avariate are o importanță deosebită pentru întreținerea și prelungirea vieții motorilor de avioane. Această lucrare examinează progresele cercetării în domeniul tehnologiei de reparare a unei anumite păliere din alianțe nișel-bazate, folosite la palele de lucru ale turbinei, concentrându-se pe metoda de reparare prin machetare adaptivă la capătul palei, explicând profund procesul experimental de prelucrare și rezultatele de verificare, precum și perspectivele de dezvoltare ale tehnologiei de reparare a palelor de turbină.

Motorul avionului reprezintă nucleul de putere al aeronavei. Printre diversele componente ale motorului avionului, misiunea funcțională și caracteristicile de lucru ale pârghiilor turbinelor determină faptul că acestea sunt una dintre părțile rotative cu cel mai rău stres și cea mai mare sarcină din motorul avionului, ceea ce provoacă, de asemenea, eșecurile și deteriorările comune ale pârghiilor turbinelor. Printre acestea, eșecul prin crăpăturare are cea mai mare probabilitate de apariție și cele mai mari consecințe negative, fiind în principal crăpături de obraznic cauzate de forța centrifugă suprapusă pe stresul de încovoiere, crăpături de obraznic datorate vibrațiilor din mediul de funcționare și crăpături de obraznic la înălții temperaturi cauzate de daune corrosive provocate de mediul extern. În acest stadiu, pentru a reduce costurile de utilizare a motorului, remanufacturarea și repararea pârghiilor turbinelor avariate are o importanță deosebită.

Printre tehnologiile cheie pentru repararea palelor de turbină, tehnologia de procesare adaptivă a atras atenția unor mulți cercetători ca fiind un mijloc eficient de a obține o suprapunere netedă a frontierelor deteriorate și formarea cu precizie a zonelor reparate. TTL, o companie britanică, obține informații despre linii de secțiune ale palei prin metode de măsurare contact, folosind informațiile despre profilul liniei de secțiune măsurate pentru a finaliza reconstrucția modelului zonei de uzurare a vârfului prin depalare pe direcția Z, generând coduri de procesare pentru eliminarea stratului de cladiră. Delcam, o altă companie britanică, a propus o metodă de reconstrucție a modelului pentru repararea vârfului palei de turbină prin măsurare pe mașinărie, reducând problema acumulării erorilor de poziționare prin această măsurare; două date de secțiuni apropiate stratului de cladiră au fost obținute prin măsurare contact, iar modelul geometric al zonei de reparare a vârfului palei uzurate cu grain drept a fost calculat, astfel încât să se finalizeze întregul proces de reparare prin ușurare. Pe baza teoriei sistemelor gri, Ding Huapeng a prevăzut linia curbată și grosimea profilului palei în zona deteriorată, apoi a reconstruit modelul complet al palei, obținând ulterior modelul defectului de reparare prin diferența booleană, realizând astfel un anumit efect de reparare. Hou F et al. au propus o metodă de reparare adaptivă a corpului palei, inclusiv modelarea suprafeței de sudare și modelarea optimizată a suprafeței țintă de reparare, demonstrând în cele din urmă efectivitatea metodei de reparare prin simulare. Zhang X et al. au propus un scenariu automat de reparare pentru zonele deteriorate ale palelor motorului, care este format direct prin cladiră de material. Comparativ cu metodele tradiționale de reparare, acesta este inovator într-o anumită măsură, dar este dificil să repare palele de turbine cu suprafețe complexe.

Cercetarea de mai sus arată că repararea palei motorului avionului este un subiect actual în domeniul aviatic, atât la nivel național cât și internațional. În domeniul tăierii de reparare, accentul este pus pe realizarea unei tranziții netede între zona reparată și zona nedamagată, precum și pe formarea cu precizie după reparare. Prin urmare, pe baza cercetării de reparare menționate anterior, această lucrare ia ca exemplu pala turbinelor avariate pentru a efectua studiul aplicativ al tehnologiei de tăiere adaptivă pentru repararea avariei extremei pale, asigurând că zona tăiată și zona netaiată a palei reparate pot să realizeze o tranziție netedă și suprapunere, iar suprafața totală de reparare să respecte cerințele finale de toleranță ale palei reparate.

1 Analiza procesabilității reparării avariei extremei pale

Figura 1 arată o defectare tipică de crăpătură a extremului unei pale de turbină. Pe baza acesteia, se propune o metodă de remanufacțură și reparare a extremului avariat al unei pale de turbină a unui motor de avion. Se stabilește o soluție de remanufacțură și reparare, care include eliminarea părții avariate a extremului palei - sudarea prin topire și depunerea materialului de sudare (așa cum este ilustrat în Figura 2) - obținerea norului de puncte al palei - reconstrucția modelului digital al palei - prelucrarea adaptivă a palei, pentru a realiza repararea adaptivă a preciziei dimensiunilor geometrice ale palei și recuperarea performanței. Calitatea și performanța palei reparate îndeplinesc cerințele de proiect și pot fi utilizate pentru repararea în timp real la locul de reparare, oferind o soluție eficientă pentru realizarea procesării de reparare în serie a componentelor avariate ale motorilor de avion.

1.1 Analiza dificultăților procesului

Datorită problemei de acuratețe a decupajului, există diferențe individuale între lama finalizată și modelul teoretic de proiectare. Dimensiunea conturului lamei se formează în stare nouă, iar după un ciclu de lucru, va produce deformări și deficiențe în diferite grade. Datorită individualității obiectului procesat, dacă este reparat și procesat conform dimensiunilor teoretice ale desenului de proiectare, acuratețea formei lamei originale va fi distrusă. Dacă un set de coduri de procesare trebuie să fie regenerat pentru fiecare bucată procesată, conform modelului CAD, acest lucru va afecta semnificativ întregul ciclu de procesare al piesei.

Extremitatea lamei are o structură complexă, cu un bulon și o placă de acoperire la 2 până 3 mm sub extremitatea lamei, iar lățimea cea mai îngustă a coarnei din partea opusă a marginii este doar de 0,5 mm. Lama are o structură de cavitate internă, iar pe suprafața corpului lamei există multe găuri de film aerian.Șișele pot să intre ușor în cavitatea internă și în găurile de film aerian, ceea ce face curățarea dificilă.

1.2 Principalele cerințe tehnice

(1) După repararea extremei, contururile suprafețelor curbe interne și externe se conformează desenului de proiectare și sunt conectate fluent la forma lamei originale de bază.

(2) Grosimea minimă a peretelui de-a lungul formeii lamei la marginea exterioară a extremei este de 0,41 mm, iar grosimea minimă a peretelui de-a lungul formeii lamei la alte părți este de 0,51 mm (așa cum este arătat în Figura 3).

(3) Dimensiunea înălțimii lamei este asigurată.

(4) Rugositatea nu trebuie să depășească Ra0,8 μm.

(5) Nu se permit să rămână șișele sau alte impurități în cavitatea internă și în găurile de film aerian.

(6) Zona repara este inspectată prin fluorescență pentru a se asigura că nu există crăci, incluziuni, etc., iar inspecția este realizată în conformitate cu standardele de inspectare prin fluorescență și standardele de acceptare.

2 Tehnologia de machetare adaptivă pentru repararea avariei la vârful lamei

Având în vedere dificultățile din procesul de reparare al vârfului palei turbinei, anume: deformarea fiecărei pale reparate este neomogenă, poziția și unghiul de strânsoare sunt diferiți, iar precizia de castare inițială are probleme. Aceste probleme practice pot fi detectate rapid online prin tehnologia de prelucrare adaptivă pentru fiecare piesă sau piesă de prelucrat, permitând înțelegerea formei reale și a distribuției poziției. Apoi, sistemul reconstruiește modelul digital țintă consistent cu proiectare pe baza datelor măsurate, generează o traiectorie personalizată unică pentru a satisface cerințele fabricației produselor, și în cele din urmă se conformează proiectării și obiectului real. Schemat tehnologiei de prelucrare adaptivă este ilustrat în Figura 4.

2.2 Tehnologia de înregistrare a datelor modelului CAD

Datorită caracteristicilor personalizate ale semilucrării obiectului procesat, modelul CAD reconstituit lipsește o plană de referință regulată pentru a găsi sistemul său de coordonate, iar este necesar să se folosească tehnologia de înregistrare pentru a alinia sistemul său de coordonate. Cele două mulțimi de puncte din spațiu sunt modelul teoretic X{xi} și informațiile de măsurare P{pi} ale obiectului procesat. Mulțimea de puncte P este rotită și translatată pentru a minimiza distanța cu mulțimea de puncte X, stabilind relația de transformare spațială între informațiile de măsurare P{pi} și informațiile modelului teoretic X{xi}. Relația de transformare spațială include matricea de rotație R și matricea de translație T. Apoi, metoda de potrivire a punctelor cele mai apropiate este folosită pentru a găsi un punct în X care este cel mai apropiat de fiecare punct din P pentru a-l potrivi, formând o nouă mulțime de puncte X', așa cum este ilustrat în Figura 5.

3 Verificarea tehnologiei de machetare adaptivă pentru repararea avariei la vârfurile de lamă

Sistemul de machetare adaptiv include software și hardware pentru machetare adaptivă, cum ar fi mașini-unelte și unelte de tăiere. Integrarea celor două este cheia pentru a realiza în cele din urmă machetarea adaptivă. În lucrarea de reparație a unei anumite tipuri de lamă a turbinii de presiune ridicată, sistemul de machetare adaptiv a fost folosit pentru a efectua reparația lopatelor, iar reparația și verificarea prin aplicare a mai multor lame de motor au fost finalizate.

3.1 Pași de testare

Pasul 1: După ce zona deteriorată a vârfului lamei de reparat este umplută prin cladoptare și sudare pe suprafață, informațiile de măsurare ale zonei în apropiere de vârful lamei deteriorate sunt obținute prin detectare în mașină.

Pasul 2: Obțineți informațiile modelului teoretic înainte de repararea vârfului lamei.

Pasul 3: Folosiți înregistrarea datelor pentru a stabili relația de transformare spațială între informațiile de măsurare și informațiile modelului teoretic (relația de transformare spațială include rotație și translație), și obțineți corecția de rotație și translație, adică cantitatea de rotație și translație după cea mai bună ajustare.

Pasul 4: Generați fișierul CLSF al traseului de locație al uneltei de machetare conform informațiilor modelului teoretic, și generați locația corectată a uneltei și vectorul axei uneltei în fișierul CLSF conform cantității de corecție obținute în direcția XYZ din pasul 3.

Pasul 5: Stropirea și polirea zonei deteriorate a vârfului lamei pânzei folosind traseul modificat al uneltei, astfel încât să se realizeze restaurarea completă a vârfului precis al lamei.

După cum se arată în Figura 6, se utilizează un sonda RMP40 și o bilă de stilus cu diametrul de φ6 mm pentru detecție online. Se obțin douăsprezece puncte de măsurare prin optimizarea celor două secțiuni din apropiere a vârfului lamei. Fișierele de date de măsurare generate pot fi transmise înapoi la sistemul software al calculatorului, iar modelul de procesare poate fi generat automat în UG pe baza datelor de măsurare.

Testul a utilizat un centru de mecanizare vertical cu trei axe, iar lama a fost montată vertical pe bancă prin intermediul unei paletă de schimb rapid, ceea ce facilita precizia repetării fixării în timpul mecanizării și a procesării caracteristicilor în procesul ulterior, așa cum se arată în Figura 7.

Fișierul CLSF al traiectoriei uneltei de mecanizare generat este prezentat în Figura 8.

3.2 Protecția cavitații interne și a găurilor de film aerian

Pentru durata testului, cerința tehnică conform căreia nu se permite să rămână niciun schiț sau alte impurități în cavitatea internă și în găurile de film aerian a fost respectată. În timpul testului procesual, cavitatea internă și mai multe găuri de film aerian ale lamei au fost protejate. Această studiu tehnic utilizează lipici funcțional pentru a inchide cavitatea internă și găurile de film aerian, protejând astfel aceste găuri. Se știe că când se reparaște acest tip de lame în străinătate, se folosește un "lipici putty epoxid multifuncțional lichid" pentru a proteja cavitatea și găurile de film aerian. După răcire, acesta se solidifică pentru a obține un efect protector. Când este încins la peste 100°C, se topesc și devine "cenușă", care poate fi scosă cu aer comprimat sau eliminată prin curățenie ultrasonoră. Nu rămân reziduuri în micile găuri. În aplicările ingineriste ulterioare în serie, protejarea și curățarea cavitaților și a micilor găuri vor fi extrem de importante, fiind necesar să se continue să se găsească metode mai adecvate pentru a preveni intrarea schițelor și a impurităților.

3.3 Rezultatele testelor

Prin măsurarea profilului vârfului lamei de turbină reparate, așa cum este arătat în Figura 9, forma respectă cerințele tehnologice ale procesului. Din inspectia vizuală se poate observa că zona reparată a lamei și profilul original sunt transiționate în mod suav după polirea adaptivă, așa cum este arătat în Figura 10. Grosimea peretelilor cavitaților interne și externe este conformă, roughness-ul suprafeței este sub Ra0.8 μm, iar celelalte indicatori tehnici îndeplinesc cerințele procesului. Prin inspectia fluorescentă, procesul de machetare nu a provocat nicio fâșură nouă sau alte defecțiuni.

Contactați-ne

Vă mulțumim pentru interesul dumneavoastră față de compania noastră! Ca o companie specializată în fabricarea pieselor pentru turbine cu gaz, ne vom continua să angajăm în inovații tehnologice și îmbunătățirea serviciilor, oferind soluții de calitate mai multor clienți de pe întreaga lume. Dacă aveți întrebări, sugestii sau intenții de colaborare, suntem foarte bucuroși să vă ajutăm. Vă rugăm să ne contactați în următoarele modalități:

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