Forskning och tillämpning av anpassningsbar skärteknik för reparation av skador på turbinbladspetsar i flygmotorer

Reparationen av skadade turbinblad är av stor betydelse för underhållet och livslängdens förlängning av flygmotorer. Denna artikel granskar forskningsframstegen inom reparationstekniken för ett visst nikelbaserat gjutet högtemperaturlegeringsturbinarbeteblad, med fokus på reparationmetoden av anpassningsbar bearbetning vid bladsidan, och behandlar djupt experimentell bearbetningsprocess och verifieringsresultat, och tittar framåt mot utvecklingsmöjligheterna för reparationstekniken av turbinblad.

Flygplansmotorn är kraftkärnan i flygplanet. Bland de olika komponenterna i flygplansmotorn avgör turbinskarnas funktionsuppgift och arbetskaraktäristik att de är en av de roterande delarna med det sämsta spänningstillståndet och den största belastningen i flygplansmotorn, vilket också orsakar de vanliga fel och skador på turbinskarnarna. Däribland har sprickfel högst sannolikhet att inträffa och störst skada, huvudsakligen trötthetsprickor orsakade av centrifugkraft som lagts till på böjningsstress, fladdringströtthetsprickor orsakade av vibrationsmiljö och högtemperaturtrötthetsprickor orsakade av korrosionskada orsakad av miljöm edier. Vid denna tidpunkt, för att minska motorns användningskostnad, har återskapandet och reparationen av skadade turbinskarnar stor betydelse.

Bland de nyckleteknologier för reparation av turbinblad har adaptiv bearbetningsteknik uppmärksammat många forskare som ett effektivt sätt att uppnå en jämn överlappning av skadade gränser och högprecisionsformning av reparationsområden. TTL, ett brittiskt företag, hämtar information om bladsnittslinjer genom kontaktmätmetoder och använder den mätta snittslinjens profilinformation för att slutföra modellrekonstruktionen av spetsutvärderingsområdet genom att flytta längs Z-led, och genererar bearbetningskoder för att ta bort skyddslageret. Delcam, ett annat brittiskt företag, föreslog en modellrekonstruktionmetod för reparation av turbinbladsspetsar med maskinmätning, vilket minskade problemet med ackumulerande positioneringsfel genom maskinmätning; två snittdata nära skyddslageret erhölls genom kontaktmätning, och geometrisk modell för reparation av utvärderat bladspets av rakfibrablad beräknades för att kunna slutföra hela reparationen genom smulning. Baserat på gråsystemsteorin förutsade Ding Huapeng bocken och tjockleken av bladsprofilen i skadade områden, och rekonstruerade sedan den fullständiga bladmodellen, och erhöll reparationsdefektsmodellen genom Boolesk differens, därmed uppnådde en viss reparationseffekt. Hou F et al. föreslog en adaptiv reparationsmetod för bladkroppen, inklusive modellering av lösningsover ytan och optimeringsmodellering av målreparationsytan, och använde slutligen simulering för att bevisa effektiviteten av reparationmetoden. Zhang X et al. föreslog en automatiserad reparationsschema för skadade områden av motorblad, vilket formges direkt genom materialtillägg. Jämfört med traditionella reparationstekniker är det till viss del innovativt, men det är svårt att reparera turbinblad med komplexa ytor.

Det ovanstående forskningsarbetet visar att reparation av flygplansmotorblad är ett aktuellt ämne inom luftfartsindustrin, både hemma och utomlands. Inom repareringsbearbetningsområdet fokuseras det på att uppnå en jämn övergång mellan repareringsområdet och det oskadade området, samt högprecisionsformning efter reparation. Därför, baserat på den nämnda reparationssforskningen, tar detta papper skadade turbinarbetsblad som exempel för att genomföra tillämpningsforskning av adaptiv bearbetningsteknik för reparation av spetsdammage på blad, vilket säkerställer att bearbetningsområdet och obearbetningsområdet av det reparerade bladet kan uppnå en jämn övergångsöverlappning, och att det totala reparerade ytan uppfyller de slutliga toleranskraven för det reparerade bladet.

1 Analyse av processbarhet för reparation av bladspetsdammage

Figur 1 visar ett typiskt spår av en spricka i turbinbladets spets. På grundval av detta föreslås en metod för återförsäljning och reparation av det skadade bladspetsen på ett flygmotorsturbinblad. En lösning för återförsäljning och reparation etableras, som omfattar att ta bort den skadade delen av bladspetsen - smältadesning och sättning av lötningsmaterial (som visas i figur 2) - erhållande av punktmoln för bladet - återskapande av bladets digitala modell - anpassad bearbetning av bladet för att uppnå anpassad reparation av bladets geometriska storleksnoggrannhet och prestandåterställning. Kvaliteten och prestationen hos det reparerade bladet uppfyller designkraven och kan användas för realtidssparation på reparationssidan, vilket ger en effektiv lösning för att genomföra batchreparation av skadade komponenter i flygmotorer.

1.1 Analyse av processens svårigheter

På grund av problemet med casts noggrannhet finns det individuella skillnader mellan den färdiga bladen och det teoretiska modellen. Bladets konturstorlek formades i dess nya tillstånd, och efter en arbetscykel kommer det att orsaka olika graders deformation och defekter. På grund av individualiteten hos det bearbetade objektet, om det repareras och bearbetas enligt de teoretiska måtten på ritningen, kommer formens noggrannhet hos det ursprungliga bladet att förstöras. Om ett uppsättning av bearbetningskoder behöver återskapas enligt CAD-modellen för varje enskild bearbetning, kommer det att påverka hela bearbetningscykeln för delen starkt.

Bladspetsen har en kompleks struktur, med en boss och täckplatta 2 till 3 mm under bladspetsen, och den smalaste bredden av efterkantens svarv är bara 0,5 mm. Bladet är en inre kavitetstruktur, och det finns många luftfilmdjur på bladytan. Skärvor går lätt in i den inre kaviteten och luftfilmdurorna, vilket gör rengöringen svår.

1.2 Huvudtekniska krav

(1) Efter att spetsen är reparerad motsvarar konturerna av de inre och yttre böjda ytorna designritningen och ansluter smidigt till den ursprungliga basklingans form.

(2) Den minsta väggjudden längs bladformen vid efterkanten av spetsen är 0,41 mm, och den minsta väggjudden längs bladformen vid andra delar är 0,51 mm (som visas i figur 3).

(3) Bladhöjdens dimension garanteras.

(4) Roughness är inte större än Ra0,8 μm.

(5) Det får inte finnas några skärvor eller andra förorenningar kvar i den inre kaviteten och luftfilmdurorna.

(6) Det reparerade området undersöks av fluorescens för att säkerställa att det inte finns några sprickor, inklusioner etc., och kontrollen utförs enligt fluorescenskontrollstandarderna och acceptansstandarderna.

2 Anpassad bearbetningsteknik för reparation av skador på bladspetsen

I förhållande till svårigheterna i repareringsprocessen av turbinbladets spets, nämligen: deformationen på varje reparerade blad är inkonsekvent, fixeringspositionen och vinkeln skiljer sig åt, och den ursprungliga noggrannhet vid smältformsskapning är problematisk. Sådana praktiska problem kan snabbt upptäckas online genom anpassningsbar bearbetningsteknik för varje del eller komponent som ska bearbetas, och det faktiska formen och positionsspridningen kan förstås. Därefter återskapa systemet det målade digitala modellen som är konsekvent med designen baserat på de mätdata som samlats in, genererar en unik personlig bana för att uppfylla produktförsäljning, och slutligen ansluter till både design och faktisk objekt. Vägen för anpassningsbar bearbetningsteknik visas i figur 4.

2.2 CAD-modell datoregistreringsteknik

På grund av de personliga egenskaperna hos blanken av det bearbetade objektet saknar den rekonstruerade CAD-modellen en vanlig referensyta för att hitta sitt koordinatsystem, och det är nödvändigt att använda registreringsteknik för att justera dess koordinatsystem. De två punktmängderna i utrymmet är den teoretiska modellen X{xi} och mätinformations P{pi} av det bearbetade objektet. Punktmängden P roteras och översättas för att minimera avståndet till punktmängden X, och rymdtransformeringsrelationen mellan mätinformationen P{pi} och den teoretiska modellen X{xi} etableras. Rymdtransformeringsrelationen inkluderar rotationsmatrisen R och translationsmatrisen T. Därefter används metoden för närmaste punktmatchning för att hitta en punkt i X som är närmast varje punkt i P för att matcha den, vilket bildar en ny punktmängd X', som visas i figur 5.

3 Verifiering av anpassad skivteknik för reparation av bladspets_skada

Det adaptiva maskinsystemet inkluderar adaptivt maskinprogramvara och hårdvarusystem som maskiner och skärningsverktyg. Integrationen av de två är nyckeln till att slutligen uppnå adaptiv maskning. Vid reparationen av en viss typ av högtrycks turbineblad användes det adaptiva maskinsystemet för att utföra reparationen av bladen, och flera motorblad reparationsbearbetningar och tillämpningsverifieringar slutfördes.

3.1 Teststeg

Steg 1: Efter att den skadade delen av bladspegelns spets har fyllts på genom lagring och ytsvetsning, erhålls mätinformations om området nära den skadade bladspegeln via inbyggd inspektion.

Steg 2: Få teoretisk modellinformation innan reparationen av bladspegel.

Steg 3: Använd datanregistreringen för att etablera den rymdliga transformeringsrelationen mellan mätinformations och teoretisk modellinformation (rymdlig transformeringsrelation inkluderar rotation och translation), och få rotation och translationskorrektion, det vill säga rotations- och translationsmängden efter bästa anpassning.

Steg 4: Generera CLSF-filen för verktygspositionsbanan enligt teoretisk modellinformation och generera den korregerade verktygspositionen och verktygstangentvektorn i CLSF-filen enligt korrektionsmängden i XYZ-riktningen som erhållits i steg 3.

Steg 5: Slitage och polera skadade områden på bladspegeln av turbinbladen med hjälp av det modifierade verktygsbanan för att åstadkomma fullständig återställning av den precisionsbladspegel.

Som visas i figur 6 används en RMP40-sond och en φ6 mm stilusball för online-mätning. Tolv mätpunkter erhålls genom att optimera de två avsnitten nära bladspetsen. De genererade mätdatafilerna kan överföras tillbaka till datorprogramvaran, och bearbetningsmodellen kan automatiskt skapas i UG baserat på mätdatorna.

Testet använde en treaxlig vertikal fräscentral, och bladet var vertont fäst på arbetsbänken via en snabbbyteverktygspanna, vilket erleichtrade upprepad klämmsnittsprecision under bearbetning och egenskapsbearbetning i följande process, som visas i figur 7.

Den genererade verktygsbanans CLSF-fil visas i figur 8.

3.2 Inre kavitet och luftfilmskydd

Under testen uppfylldes den tekniska kraven att inga skärvor eller andra föreningar får finnas kvar i den inre hålen och luftfilmshålen. Under process-testet skyddades den inre hålen och flera luftfilmshål på bladet. Denna tekniska studie använder funktionslim för att lagra den inre hålen och luftfilmshålen, därmed skyddar hålen. Det är känt att när sådana blad repareras utomlands används ett flytande " multifunktions epoksyresin putty lim" för att skydda hålen och luftfilmshålen. Efter avkylning fastnar det för att uppnå en skyddseffekt. När det uppvärmes till över 100°C smelter det och blir till "ask", vilket kan pustas bort eller tas bort med ultraljudsstädning. Det finns ingen rest i de små hålen. I efterföljande batch-tekniska tillämpningar kommer skyddet och rengöringen av hålen och små hål att bli särskilt viktigt, och det är nödvändigt att fortsätta leta efter mer lämpliga metoder för att förhindra intrången av skärvor och föreningar.

3.3 Testresultat

Genom att mäta spetsprofilen av den reparerade turbinbladen, som visas i figur 9, uppfyller formen processens teknologiska krav. Från ytefterkontrollen kan man se att bladreparationsområdet och den ursprungliga profilen övergår smidigt efter anpassningspolering, som visas i figur 10. Väggdjupet i de inre och yttre kaviteterna är kvalificerat, ytoroughnessen är under Ra0.8 μm, och andra tekniska indikatorer uppfyller processkraven. Genom fluorescensundersökning orsakade bearbetningsprocessen inga nya sprickor eller andra defekter.

Kontakta oss

Tack för ditt intresse för vår företag! Som ett professionellt tillverkningsföretag av gasturbinkomponenter fortsätter vi att engagera oss i teknisk innovation och serviceförbättringar för att erbjuda fler högkvalitativa lösningar för våra kunder runt om i världen. Om du har några frågor, förslag eller samarbetsintressen, är vi mer än glada att hjälpa dig. Kontakta oss på följande sätt:

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