Tehnologia și echipamentele de machetare precisă pentru lame subțiri, cu formă specială și complexă ale motorilor pentru avioane

Ca component cheie pentru a atinge performanța motoarelor aero, turbinele au caracteristici tipice precum: structuri complexe cu benzi subțiri, forme speciale, materiale greu de procesat și cerințe ridicate privind precizia procesării și calitatea suprafeței. Cum să se realizeze o procesare precisă și eficientă a turbinelor este unul dintre principalele provocări din cadrul fabricației actuale a motoarelor aero. Prin analiza factorilor cheie care afectează precizia procesării turbinelor, se resumează în mod comprehensiv starea actuală a cercetărilor privind tehnologia și echipamentele de procesare precisă a turbinelor, iar se prevăd tendințele de dezvoltare ale tehnologiei de procesare a turbinelor din motorii aero.

În industria aerospațială, piesele ușoare, cu o putere ridicată și ale căror pereți sunt subțiri sunt folosite în mod larg și reprezintă componente cheie pentru a atinge performanța echipamentelor importante, cum ar fi motoarele de avioane [1]. De exemplu, palele din aliaj de titan ale motoarelor de avioane cu un raport mare de derivare (vezi Figura 1) pot ajunge să aibă până la 1 metru lungime, cu profile complexe ale paletelor și structuri de platformă amortizatoare, iar grosimea celei mai subțiri părți este doar de 1.2 mm, ceea ce reprezintă un tipic component de mari dimensiuni cu pereți subțiri și formă specială [2]. Ca parte specială cu pereți subțiri și rigiditate scăzută, pala este predispusă la deformări și vibrații în timpul procesării [3]. Aceste probleme afectează grav precizia procesării și calitatea suprafeței palei.

Performanța motorului depinde în mare măsură de nivelul de fabricație al lopatelor. Pe parcursul funcționării motorului, lopatele trebuie să funcționeze stabil în condiții extreme de lucru, cum ar fi temperaturi ridicate și presiuni mari. Acest lucru necesită ca materialul lopatelor să aibă o bună rezistență, rezistență la obosiune și rezistență la coroziune la temperaturi ridicate, precum și să asigure stabilitatea structurală [2]. De obicei, aleiazi de titan sau aleiazi la temperaturi ridicate sunt folosite pentru lopatele motorului avionului. Cu toate acestea, aleiazi de titan și aleiazi la temperaturi ridicate au o măsură scăzută de ușurină în machetare. În timpul procesului de tăiere, forța de tăiere este mare și instrumentele se uzurează rapid. Pe măsură ce uzura instrumentelor crește, forța de tăiere va crește ulterior, ceea ce duce la deformări și vibrații mai grave în procesul de machetare, rezultând o precizie dimensiunală scăzută și o calitate de suprafață slabă a pieselor. Pentru a satisface cerințele de performanță de serviciu ale motorului în condiții extreme de lucru, precizia de machetare și calitatea de suprafață a lopatelor sunt extrem de ridicate. Luând ca exemplu lopatele de ventilator dintr-un aleaț de titan folosit într-un motor turbofan cu un raport ridicat de derivare fabricat local, lungimea totală a lopatei este de 681mm, în timp ce grosimea este de sub 6mm. Cerința de profil este de -0.12 la +0.03mm, precizia dimensiunilor muchiilor de intrare și ieșire este de -0.05 la +0.06mm, iar eroarea de torsie a secțiunii lopatei este în interiorul ± 10′, iar valoarea de roughness a suprafeței Ra este mai bună de 0.4 μ m. Acest lucru necesită, de regulă, machinare precisă pe un centru CNC cu cinci axe. Cu toate acestea, din cauza rigidității reduse a lamei, structurii complexe și materialelor greu de machinat, pentru a garanta precizia și calitatea machinariei, personalul de procesare trebuie să ajusteze parametrii de tăiere de数ori în timpul procesului de machinare, ceea ce limitează grav performanța centrelor de machinare CNC și provoacă o pierdere mare de eficiență [4]. Prin urmare, cu dezvoltarea rapidă a tehnologiei de machinare CNC, cum se poate realiza controlul deformării și suprimarea vibrațiilor în cazul pieselor cu pariete subțiri și să se facă plină folosire de capacitățile de machinare ale centrelor CNC, a devenit o nevoie urgentă pentru companiile de producție avansată.

Cercetarea privind tehnologia de control al deformării a pieselor cu rigiditate slabă a atras atenția inginerilor și cercetătorilor de mult timp. În practica productivă anterioară, oamenii foloseau adesea strategia de linie de apă prin fresaj alternativ pe ambele părți ale structurilor subțiri, ceea ce poate reduce ușor efectele negative ale deformării și vibrațiilor asupra preciziei dimensiunilor până la un anumit nivel. De asemenea, există și o metodă prin care se poate îmbunătăți rigiditatea de procesare prin stabilirea de structuri sacrificate prefabricate, cum ar fi nervuri de consolidare.

Tehnologia de tăiere pentru materiale greu tăiabile

Pentru a satisface cerințele legate de furnizarea unei servicii stabile într-un mediu cu temperaturi și presiuni ridicate, materialele obișnuite folosite pentru palele motorului avionului sunt aleiaje de titan sau aleiaje rezistente la temperaturi ridicate. În ultimii ani, compușii intermetaliți de titan-aluminiu au devenit de asemenea o material cu un potențial mare de aplicare pentru pale. Aleiajelor de titan li se potrivesc caracteristicile de conductivitate termică scăzută, plasticitate redusă, modul elastic scăzut și afinitate puternică, ceea ce le determină să prezinte probleme precum forța de tăiere mare, temperatura ridicată de tăiere, hardening sever al muncii și uzura mare a unghiului de tăiere în timpul procesului de tăiere. Acestea sunt materiale tipice greu de tăiat (morfologia microstructurii vezi Figura 2a) [7]. Principalele caracteristici ale aleiajelor rezistente la temperaturi ridicate sunt plasticitate și rezistență ridicate, o conductivitate termică slabă și o cantitate mare de soluție solidă densă în interior [8]. Deformarea plastică în timpul tăierii provoacă o distorsiune severă a rețelei cristaline, o rezistență la deformare mare, o forță de tăiere mare și fenomenul sever de hardening rece, acestea fiind de asemenea materiale tipice greu de tăiat (morfologia microstructurii vezi Figura 2b). Prin urmare, este foarte important să se dezvolte tehnologii eficiente și precise de tăiere pentru materiale greu de tăiat, cum ar fi aleiajele de titan și aleiajele rezistente la temperaturi ridicate. Pentru a realiza o tăiere eficientă și precisă a acestor materiale greu de tăiat, cercetătorii din țară și străinătate au efectuat studii approfundează din punct de vedere al metodelor inovatoare de tăiere, materialelor optime pentru uneltele de machinare și parametrilor optimizați de tăiere.

2.1 Inovarea metodelor de prelucrare prin taiere

În ceea ce privește cercetarea inovatoare și dezvoltarea metodelor de tăiere, savanți au introdus mijloace auxiliare precum încălzirea cu laser și răcirea criogenică pentru a îmbunătăți machinabilitatea materialelor și a realiza o tăiere eficientă. Principiul de funcționare al procesării asistate cu încălzire laser [9] (vezi Figura 3a) constă în a concentra un fascicol laser de putere ridicată pe suprafața piesei în fața muchiei de tăiere, să moale materialul prin încălzire locală cu fascicolul, să reducă rezistența la cedare a materialului, astfel încât să se micsoreze forța de tăiere și uzura instrumentului, și să se îmbunătățească calitatea și eficiența tăierii. Procesarea asistată cu răcire criogenică [10] (vezi Figura 3b) folosește lichid azot, gaze carbon dioxide la presiuni ridicate și alte medii de răcire care sunt proiecționate pe parte tăiată pentru a răceni procesul de tăiere, evitând problema temperaturilor locale excesive cauzate de conductivitatea termică insuficientă a materialului, și să facă piesa să devină local fragedă și prăpastioasă, astfel încât să se îmbunătățească efectul de spargere a chipurilor. Compania Nuclear AMRC din Regatul Unit a reușit să folosească gaz carbon dioxide la presiuni ridicate pentru a răceni procesul de prelucrare a aliajelor de titan. Comparativ cu starea de tăiere secă, analiza arată că procesarea asistată cu răcire criogenică poate nu doar să reducă forța de tăiere și să îmbunătățească calitatea suprafeței tăiate, dar și să reducă eficient uzura instrumentului și să crească durata de viață a acestuia. În plus, procesarea asistată cu vibrații ultrasonore [11, 12] (vezi Figura 3c) este de asemenea o metodă eficientă pentru tăierea eficientă a materialelor greu de prelucrat. Prin aplicarea vibrațiilor de frecvență ridicată și amplitudine mică instrumentului, se realizează o separare intermitentă între instrument și piesă în timpul procesului de prelucrare, ceea ce schimbă mecanismul de eliminare a materialului, îmbunătățește stabilitatea tăierii dinamică, evită eficient frecarea dintre instrument și suprafața prelucrată, reduce temperatura și forța de tăiere, scade valorile de rugositate a suprafeței și reduce uzura instrumentului. Efetele sale excelente de procesare au primit atenție largă.

2.2 Selectarea materialelor pentru unelte

Pentru materiale greu de tăiat, cum ar fi aliajele de titan, optimizarea materialelor pentru unelte poate îmbunătăți eficient rezultatele tăierii [8, 13]. Studiile au arătat că pentru prelucrarea aliajelor de titan pot fi selectate unelte diferite în funcție de viteza de prelucrare. Pentru tăierea la viteză redusă, se folosește oțel rapid cu cobalt înalt, pentru tăierea la viteză medie, se folosesc unelte cu carburi de tulbur aluminiat cu strat de oxid de aluminiu, iar pentru tăierea la viteză ridicată, se folosesc unelte cu nitru de bor cubic (CBN); pentru prelucrarea aliajelor la temperaturi ridicate, se recomandă să se folosească unelte din oțel rapid cu vanadiu înalt sau carburi YG cu o greutate ridicată și o bună rezistență la uzurare.

2.3 Parametrii optimali de tăiere

Parametrii de tăiere sunt, de asemenea, un factor important care afectează rezultatul măsurii. Utilizarea parametrilor corespunzători de tăiere pentru materialele respective poate îmbunătăți eficient calitatea și eficiența măsurii. Luând ca exemplu parametrul vitezei de tăiere, o viteză mică de tăiere poate forma ușor o zonă de muchie construită pe suprafața materialului, reducând precizia măsurii de suprafață; o viteză ridicată de tăiere poate provoca ușor acumularea căldurii, ceea ce duce la arderea piesei și aferelor. În această privință, echipa profesorului Zhai Yuansheng de la Universitatea de Știință și Tehnologie din Harbin a analizat proprietățile mecanice și fizice ale materialelor obișnuite greu de măsurat și a redactat o tabelă recomandată cu viteze de tăiere pentru materiale greu de măsurat prin experimente ortogonale de măsurare [14] (vezi Tabelul 1). Folosirea unelteleor și a vitezelor de tăiere recomandate din tabel pentru măsurare poate reduce eficient defecțiile de măsurare și uzura uneltei, îmbunătățind calitatea măsurii.

3 Tehnologia de machetare CNC cu precizie pentru suprafețe complexe ale lamelor

În ultimii ani, cu dezvoltarea rapidă a industriei aerospațiale și creșterea cererii de pe piață, cerințele privind procesarea eficientă și precisă a lamelor subțiri au crescut din ce în ce mai mult, iar nevoia unei tehnologii de control a deformării cu o precizie mai mare a devenit mai urgentă. În contextul tehnologiei de fabricare inteligentă, combinând tehnologia modernă electronică și informativă pentru a realiza un control inteligent al deformării și vibrațiilor în procesarea lamelor motorului avionului a devenit un subiect popular pentru mulți cercetători. Introducerea sistemelor CNC inteligente în procesarea cu precizie a suprafețelor curbe complexe ale lamelor, și compensarea activă a erorilor din procesul de machetare bazat pe sistemele CNC inteligente, pot să suprimeze eficient deformarea și vibrațiile.

Pentru compensarea erorilor active în procesul de machetare, cu scopul de a realiza optimizarea și controlul parametrilor de machetare, cum ar fi traseul unui instrument, este necesar să se obțină mai întâi influența parametrilor procesului asupra deformării și vibrațiilor de machetare. Există două metode comun folosite: una este să se analizeze și să se justifice rezultatele fiecărei ture de instrument prin măsurători pe mașină și analiză a erorilor [15]; cealaltă este să se creeze un model de predicție pentru deformarea și vibrațiile de machetare prin metode precum analiza dynamică [16], modelarea prin elemente finite [17], experimente [18] și rețele neurale [19] (vezi Figura 4).

Pe baza modelului de predicție sau tehnologiei de măsurare pe mașină, oamenii pot optimiza și chiar controla parametrii de machetare în timp real. Direcția principală constă în compensarea erorilor cauzate de deformare și vibrații prin replanificarea traiectoriei unui instrument. Metoda comună folosită în această direcție este „metoda compensației prin oglindă” [20] (vezi Figura 5). Această metodă compensează deformarea unei singure tăieri prin corectarea traiectoriei nominale a instrumentului. Cu toate acestea, o singură compensare va produce o nouă deformare a machetării. Prin urmare, este necesar să se stabilească o relație iterativă între forța de tăiere și deformarea machetării prin mai multe compensări pentru a corecta deformările una câte una. În plus față de metoda de compensare a erorilor active bazată pe planificarea traiectoriei instrumentului, mulți cercetători studiază, de asemenea, cum să controleze deformarea și vibrațiile prin optimizarea și controlul parametrilor de tăiere și ai instrumentului. Pentru tăierea unui anumit tip de lamă a motorului avionului, parametrii de machetare au fost schimbați în mai multe runde de teste ortogonale. Pe baza datelor de test, s-a analizat influența fiecărui parametru de tăiere și al instrumentului asupra deformării machetării lamei și a răspunsului la vibrații [21-23]. S-a stabilit un model empiric de predicție pentru a optimiza parametrii de machetare, reducând eficient deformarea machetării și suprimând vibrațiile de tăiere.

Pe baza acestor modele și metode, multe companii au dezvoltat sau ameliorat sistemele CNC ale centrelor de mecanizare CNC pentru a realiza control adaptiv în timp real al parametrilor de prelucrare a pieselor cu perete thin. Sistemul optim de fresaj al companiei israeliene OMAT [24] este un reprezentant tipic în această zonă. Acesta ajustează în principal viteza de avans prin tehnologia adaptivă pentru a atinge scopul de fresaj la forță constantă și pentru a realiza prelucrarea eficientă și de înaltă calitate a produselor complexe. De asemenea, Beijing Jingdiao a aplicat o tehnologie similară în cazul tehnic clasic de finalizare a ornamentelor pe suprafața coapsei prin măsurare adaptivă în mașină [25]. THERRIEN din GE din Statele Unite [26] a propus o metodă de corecție în timp real a codurilor de mecanizare CNC în timpul prelucrării, ceea ce a oferit un mijloc tehnic de bază pentru mecanizarea adaptivă și controlul în timp real al paleelor subțiri complexe. Sistemul european de reparare automată al componentelor turbinelor motorului avionului (AROSATEC) realizează fresaj precis adaptiv după ce pala este reparată prin fabricare aditivă, iar acesta a fost implementat în producția de reparare a palelor companiei MTU din Germania și a companiei SIFCO din Irlanda [27].

4. Îmbunătățirea rigidității de procesare bazată pe echipamente de proces inteligente

Folosirea echipamentelor de proces inteligente pentru a îmbunătăți rigiditatea sistemului de proces și a îmbunătăți caracteristicile de amortizare este, de asemenea, un mod eficient de a suprimenta deformarea și vibrațiile în timpul prelucrării aripilor subțiri, a îmbunătăți precizia prelucrării și a îmbunătăți calitatea suprafeței. În ultimii ani, s-a folosit o mulțime de echipamente de proces diferite în prelucrarea diverselor tipuri de pale ale motorului cu reacție [28]. Deoarece palele motorului cu reacție au, în general, caracteristici structurale subțiri și ne regulate, o zonă mică de șerpuit și poziționare, o rigiditate de prelucrare scăzută și o deformare locală sub acțiunea sarcinilor de tăiere, echipamentele de prelucrare a pălărilor aplică, de regulă, un suport auxiliar piesei pe baza principiului de poziționare în șase puncte [29] pentru a optimiza rigiditatea sistemului de proces și a suprimenta deformarea de prelucrare. Suprafețele subțiri și ne regulate pun două cereri privind poziționarea și șerpuitura instrumentelor: întâi, forța de șerpuit sau forța de contact a instrumentelor ar trebui să fie distribuită cât mai uniform pe suprafața curbată pentru a evita o deformare locală gravă a piesei sub acțiunea forței de șerpuit; al doilea, elementele de poziționare, șerpuit și suport auxiliar ale instrumentelor trebuie să se potrivească mai bine suprafeței complexe curbe ale piesei pentru a genera o forță de contact uniformă la fiecare punct de contact. În răspuns la aceste două cereri, cercetătorii au propus un sistem flexibil de instrumente. Sistemele flexibile de instrumente pot fi împărțite în instrumente flexibile cu schimbare de fază și instrumente flexibile adapative. Instrumentele flexibile cu schimbare de fază folosesc modificările în rigiditate și amortizare înainte și după schimbarea de fază a fluidului: fluidul în fază lichidă sau mobilă are o rigiditate și amortizare reduse și poate să se adapteze suprafeței complexe curbe ale piesei sub o presiune mică. Apoi, fluidul este transformat în fază solidă sau consolidat prin forțe externe precum electricitatea/magnetismul/căldura, iar rigiditatea și amortizarea sunt marelor îmbunătățite, oferind astfel un suport uniform și flexibil pentru piesa și suprimând deformarea și vibrațiile.

Echipamentul de proces din tehnologia tradițională de prelucrare a lopatelor motorului avionului folosește materiale cu schimbarea de fază, cum ar fi alealele cu punct mic de topire, pentru umplerea auxiliară de susținere. Adică, după ce blanksul lucrării este pozitionat și fixat în șase puncte, referința de poziționare a lucrării este fundată într-un bloc prin alea cu punct mic de topire pentru a oferi o susținere auxiliară lucrării, convertind poziționarea complexă în puncte într-o poziționare regulată pe suprafață, urmând să se efectueze prelucrarea precisă a părții de prelucrat (vezi Figura 6). Această metodă de proces are deficiențe evidente: conversia referinței de poziționare duce la o scădere a acurateții de poziționare; pregătirea producției este complicată, iar fundarea și topirea alealelor cu punct mic de topire aduc și probleme legate de reziduuri și curățenie pe suprafața lucrării. În același timp, condițiile de fundare și topire sunt relativ defavorabile [30]. Pentru a remedia deficiențele de proces menționate mai sus, o metodă comună este introducerea unei structuri de susținere multi-punct combinată cu un material cu schimbarea de fază [31]. Extremitatea superioară a structurii de susținere intră în contact cu lucrarea pentru poziționare, iar extremitatea inferioară este imersă în cameră cu alea cu punct mic de topire. Se realizează o susținere auxiliară flexibilă bazată pe caracteristicile de schimbare de fază ale alealei cu punct mic de topire. Deși introducerea structurii de susținere poate evita defectele de suprafață cauzate de contactul alealelor cu punct mic de topire cu lamele, din cauza limitărilor performanței materialelor cu schimbare de fază, instrumentația flexibilă cu schimbare de fază nu poate satisface simultan cele două cerințe majore de rigiditate mare și viteză de răspuns ridicată, fiind dificil de aplicat în producția automatizată eficientă.

Pentru a remedia dezavantajele legate de schimbarea de fază a unui instrument flexibil, mulți savanți au integrat conceptul de adaptare în cercetarea și dezvoltarea instrumentelor flexible. Instrumentele flexibile adaptive pot să se adapteze formelor complexe ale lamelor și posibilelor erori de formă prin sisteme electromechanice. Pentru a ne asigura că forța de contact este distribuită uniform pe întreaga lamă, instrumentele folosesc de regulă suporturi auxiliare multipuncte pentru a forma o matrice de suport. Echipa lui Wang Hui de la Universitatea Tsinghua a propus un echipament procesual cu suport flexibil multipunctu adecvat pentru prelucrarea laminilor apropiate de forma finală [32, 33] (vezi Figura 7). Instrumentul folosește mai multe elemente de strâns din materiale flexibile pentru a susține suprafața lamei unei lame apropiate de forma finală, crescând astfel suprafața de contact. ​​ fiecare zonă de contact și asigurarea că forța de strâns este distribuită uniform pe fiecare parte de contact și pe întreaga lamă, ceea ce îmbunătățește rigiditatea sistemului procesual și previne eficient deformarea locală a lamei. Instrumentele au mai multe grade de libertate pasive, care pot să se adapteze la forma lamei și la erorile acesteia, evitând supra-poziționarea. Pe lângă realizarea unui sprijin adaptiv prin intermediul materialelor flexibile, principiul inducției electromagnetice este aplicat și în cercetarea și dezvoltarea unor instrumente flexible adaptive. Echipa lui Yang Yiqing de la Universitatea din Beijing de Aeronautică și Astronautică a inventat un dispozitiv de sprijin auxiliar bazat pe principiul inducției electromagnetice [34]. Instrumentul folosește un sprijin auxiliar flexibil excitat de un semnal electromagnetic, care poate schimba caracteristicile de amortizare ale sistemului procesual. În timpul procesului de strâns, sprijinul auxiliar se adaptează formei piesei sub acțiunea unui magnet permanent. În timpul prelucrării, vibrațiile generate de piesă vor fi transmise sprijinului auxiliar, iar forța electromagnetică inversă va fi excitată conform principiului inducției electromagnetice, suprimând astfel vibrațiile prelucrării pieselor cu pereți subțiri.

În prezent, în procesul de proiectare a echipamentelor de proces, se folosesc de obicei metode precum analiza elementului finit, algoritmul genetic și alte metode pentru a optimiza aranjamentul suporturilor auxiliare multipuncte [35]. Cu toate acestea, rezultatul optimizării poate de obicei să asigure doar minimizarea deformării de proces la un singur punct, fără a putea garanta același efect de suprimare a deformării în alte părți ale procesului. În procesul de prelucrare a lamei, de regulă se efectuează o serie de trepte ale uneltei pe lucrăria montată pe aceeași mașină-outil, dar cerințele de strâns pentru prelucrarea diferitelor părți sunt diferite și pot chiar să varieze în timp. Pentru metoda statică cu suporturi multipuncte, dacă se îmbunătățește rigiditatea sistemului de proces prin creșterea numărului de suporturi auxiliare, pe de-o parte masa și volumul echipamentelor va crește, iar pe de altă parte spațiul de mișcare al uneltelor va fi comprimat. Dacă poziția suportului auxiliar este readaptată atunci când se prelucră părți diferite, procesul de prelucrare va fi întrerupt inevitabil, iar eficiența procesului va scădea. Prin urmare, s-a propus echipamentul de proces urmăritor [36-38], care ajustează automat aranjamentul suporturilor și forța de suport în timp real, în funcție de procesul de prelucrare. Echipamentul de proces urmăritor (vezi Figura 8) poate realiza un suport dinamic prin cooperarea coordonată a uneltelor și a echipamentelor, bazată pe traiectoria uneltelor și modificările condițiilor de lucru ale procesului de tăiere variabil în timp, înainte ca orice procedură de prelucrare să înceapă: mai întâi se mută suportul auxiliar într-o poziție care contribuie la suprimarea deformării actuale de prelucrare, astfel încât zona de prelucrare să fie...  piesa de lucru este susținută activ, în timp ce alte părți ale piesei de lucru rămân în poziție cu cât mai puțin contact posibil, astfel încât să se ajusteze la cerințele de strângere care variază în timp în cursul procesului de prelucrare.

Pentru a mai întări capacitatea de susținere dinamică adaptivă a echipamentelor de proces, să se potrivească cerințelor mai complexe de strângere din cadrul procesului de lucru și să se îmbunătățească calitatea și eficiența producției de prelucrare a păturilor, susținerea auxiliară ulterioară este extinsă într-un grup format din mai multe susțineri auxiliare dinamice. Fiecare susținere auxiliară dinamică trebuie să acționeze în coordonare și să reconstruiască automat și rapid contactul dintre grupul de susținere și piesa de lucru conform cerințelor variabile ale procesului de fabricație. Procesul de reconstrucție nu intervine asupra poziționării întregii piese și nu provoacă deplasări sau vibrații locale. Echipamentul de proces bazat pe această conceptie este denumit un șablon de grup auto-reconfigurabil [39], care are avantajele de flexibilitate, reconfigurabilitate și autonomie. Șablonul de grup auto-reconfigurabil poate aloca mai multe susțineri auxiliare la diferite poziții pe suprafața susținută în funcție de cerințele procesului de fabricație, putând să se adapteze la piese cu formă complexă și suprafață mare, în timp ce asigură o rigiditate suficientă și elimină susținerile redundante. Modul de funcționare al șablonului este ca controlerul să transmită instrucțiuni conform programului planificat, iar baza mobilă să aducă elementul de susținere la poziția țintă conform instrucțiunilor. Elementul de susținere se adaptează la forma geometrică locală a piesei pentru a realiza o susținere conforme. Caracteristicile dinamice (rigiditatea și amortizarea) ale zonei de contact între un singur element de susținere și piesa de lucru pot fi controlate prin modificarea parametrilor elementului de susținere (de exemplu, elementul de susținere hidraulic poate modifica presiunea hidraulică de intrare pentru a schimba caracteristicile de contact). Caracteristicile dinamice ale sistemului de proces sunt formate prin cuplajul caracteristicilor dinamice ale zonei de contact între mai multe elemente de susținere și piesa de lucru, fiind legate de parametrii fiecărui element de susținere și de aranjamentul grupului de susținere. Proiectarea schemei de reconstrucție multi-punct a șablonului de grup auto-reconfigurabil trebuie să ia în considerare următoarele trei probleme: adaptarea la forma geometrică a piesei, relocalizarea rapidă a elementelor de susținere și cooperarea coordonată a mai multor puncte de susținere [40]. Prin urmare, atunci când se utilizează șablonul de grup auto-reconfigurabil, este necesar să se folosească forma piesei, caracteristicile incarcării și condițiile marginale inherente drept intrare pentru a rezolva aranjamentul multi-punct și parametrii de susținere sub diferite condiții de prelucrare, să se planifice traseul mișcării susținerii multi-punct, să se genereze codul de control din rezultatele soluțiilor și să se importe în controler. În prezent, cercetătorii din țară și străinătate au efectuat unele cercetări și încercări privind șabloanele de grup auto-reconfigurabile. În străinătate, proiectul UE SwarmItFIX a dezvoltat un nou sistem de șablon auto-reconfigurabil extrem de adaptabil [41], care utilizează un set de susțineri auxiliare mobile să se miște liber pe bancă și să se reloceze în timp real pentru a susține mai bine piesele prelucrate. Prototipul sistemului SwarmItFIX a fost implementat în acest proiect (vezi Figura 9a) și testat la locul de muncă al unui producător italian de aeronave. În China, echipa lui Wang Hui de la Universitatea Tsinghua a dezvoltat un banc de susținere cu patru puncte de strângere care poate fi controlat în coordonare cu o mașină CNC [42] (vezi Figura 9b). Acest banc poate susține tenonul cantelat și să evite automat instrumentele în timpul prelucrării fine a tenonului unei păturilor turbine. În timpul procesului de prelucrare, cele patru puncte de susținere auxiliară colaborează cu centrul de prelucrare CNC pentru a reconstrui starea de contact cu patru puncte conform poziției mișcării instrumentului, ceea ce nu doar evită interferența între instrument și susținere auxiliară, dar și asigură efectul de susținere.

5 Discuție despre tendințele viitoare de dezvoltare

5.1 Noi Materiale

Pe măsură ce cerințele de proiectare privind raportul forță greutate ale motorilor de avion continuă să crească, numărul pieselor este redus treptat, iar nivelul de stres al pieselor devine din ce în ce mai mare. Performanța celor două principale materiale structurale tradiționale la înălții temperaturi a atins limita sa. În ultimii ani, noile materiale pentru palele motorului de avion s-au dezvoltat rapid, iar din ce în ce mai multe materiale cu performanță ridicată sunt utilizate pentru fabricarea palelor sub forma de ziduri subțiri. Printre acestea, γ -aliaj TiAl[43] are proprietăți excelente precum rezistență specifică ridicată, rezistență la temperaturi ridicate și o bună rezistență la oxidare. În același timp, densitatea sa este de 3.9g/cm3, ceea ce reprezintă doar jumătate față de aliajele la temperaturi ridicate. În viitor, are un potențial mare ca material de pală în intervalul de temperatură de la 700-800 ℃ . Deși γ -Aliajul TiAl are proprietăți mecanice excelente, dar duretă mare, conductivitate termică redusă, scăzută rezistență la fractură și fragilitate ridicată conduc la o integritate de suprafață defavorabilă și la o precizie mică a γ -materialului TiAl în timpul tăierii, ceea ce afectează grav durata de viață a pieselor. Prin urmare, cercetarea procesării γ -aliajului TiAl are o importanță teoretică semnificativă și valoare, fiind o direcție de cercetare importantă a tehnologiei actuale de procesare a lopatelor.

5.2 Procesare adaptivă dependând de timp

Lamele de motor aeroportiv au suprafețe curbate complexe și necesită o precizie ridicată a formei. În prezent, mașinarea lor precisă se bazează în principal pe metode de mașinare geometrică adaptivă care utilizează planificarea traiectoriei și reconstrucția modelului. Această metodă poate reduce eficient impactul erorilor cauzate de poziționare, strângere, etc., asupra preciziei mașinării lamei. Cu toate acestea, din cauza Grosimii neuniforme a semifabricatului de forjare al lamei, adâncimea de tăiere diferă în diferite zone ale unghiului instrumentului în timpul procesului de tăiere conform traiectoriei planificate, ceea ce aduce factori incertivi în procesul de tăiere și afectează stabilitatea procesării. În viitor, în timpul procesului de mașinare adaptivă CNC, schimbările stării reale de mașinare ar trebui urmărite mai bine [44], ceea ce va îmbunătăți semnificativ precizia mașinării suprafețelor curbate complexe și va forma o metodă de mașinare adaptivă cu control variabil în timp, care ajustează parametrii de tăiere pe baza datelor de feedback în timp real.

5.3 Echipamente de proces inteligent

Ca și cea mai mare categorie de piese din motor, eficiența de fabricație a lopatoarelor afectează direct eficiența generală de fabricație a motorului, iar calitatea de fabricație a lopatoarelor influențează direct performanța și durata de viață a motorului. Prin urmare, machinarea precisă inteligentă a lopatoarelor a devenit direcția de dezvoltare a fabricației de lopatoare ale motorului în întreaga lume astăzi. Cercetarea și dezvoltarea mașinilor-unelte și a echipamentelor de proces este cheia realizării procesării inteligente a lopatoarelor. Cu dezvoltarea tehnologiei CNC, nivelul de inteligență al mașinilor-unelte s-a îmbunătățit rapid, iar capacitatea de producție și procesare a fost semnificativ crescută. Prin urmare, cercetarea, dezvoltarea și inovarea echipamentelor de proces inteligente reprezintă o direcție importantă de dezvoltare pentru machinarea eficientă și precisă a lopatoarelor cu perete subțire. Mașini-unelte CNC inteligente înaltă combinate cu echipamente de proces formează un sistem inteligent de procesare a lopatoarelor (vezi Figura 10), care realizează machinarea CNC precisă, eficientă și adaptivă a lopatoarelor cu perete subțire.