Precision machining technology at kagamitan para sa manipis na pader, espesyal na hugis at kumplikadong blades ng mga makina ng sasakyang panghimpapawid

Bilang isang pangunahing bahagi upang makamit ang pagganap ng mga aero-engine, ang mga blades ay may mga tipikal na katangian tulad ng manipis na pader, espesyal na hugis, kumplikadong mga istraktura, mahirap na mga materyales na iproseso, at mataas na mga kinakailangan para sa katumpakan ng pagproseso at kalidad ng ibabaw. Kung paano makamit ang tumpak at mahusay na pagproseso ng mga blades ay isang malaking hamon sa kasalukuyang larangan ng pagmamanupaktura ng aero-engine. Sa pamamagitan ng pagsusuri sa mga pangunahing salik na nakakaapekto sa katumpakan ng pagpoproseso ng talim, ang kasalukuyang kalagayan ng pananaliksik sa teknolohiya at kagamitan sa pagpoproseso ng katumpakan ng talim ay komprehensibong buod, at inaasam-asam ang takbo ng pag-unlad ng teknolohiya sa pagproseso ng talim ng aero-engine.

Sa industriya ng aerospace, ang magaan, mataas na lakas na manipis na pader na bahagi ay malawakang ginagamit at mga pangunahing bahagi para sa pagkamit ng pagganap ng mahahalagang kagamitan tulad ng mga makina ng sasakyang panghimpapawid [1]. Halimbawa, ang mga titanium alloy fan blades ng malalaking bypass ratio na sasakyang panghimpapawid na makina (tingnan ang Larawan 1) ay maaaring hanggang 1 metro ang haba, na may kumplikadong mga profile ng talim at mga istruktura ng damping platform, at ang kapal ng pinakamanipis na bahagi ay 1.2 mm lamang, na isang tipikal na malaking sukat na manipis na pader na espesyal na hugis na bahagi [2]. Bilang isang tipikal na manipis na pader na may espesyal na hugis na mahinang tigas na bahagi, ang talim ay madaling kapitan ng pagpoproseso ng pagpapapangit at panginginig ng boses sa panahon ng pagproseso [3]. Ang mga problemang ito ay seryosong nakakaapekto sa katumpakan ng pagproseso at kalidad ng ibabaw ng talim.

Ang pagganap ng makina ay higit na nakasalalay sa antas ng pagmamanupaktura ng mga blades. Sa panahon ng pagpapatakbo ng makina, ang mga blades ay kailangang gumana nang matatag sa ilalim ng matinding operating environment tulad ng mataas na temperatura at mataas na presyon. Nangangailangan ito na ang materyal ng talim ay dapat magkaroon ng mahusay na lakas, paglaban sa pagkapagod, at mataas na temperatura na lumalaban sa kaagnasan, at tiyakin ang katatagan ng istruktura [2]. Karaniwan, ang mga haluang metal ng titanium o mga haluang metal na may mataas na temperatura ay ginagamit para sa mga blades ng makina ng sasakyang panghimpapawid. Gayunpaman, ang mga haluang metal ng titanium at mga haluang metal na may mataas na temperatura ay may mahinang kakayahang makina. Sa panahon ng proseso ng pagputol, ang puwersa ng pagputol ay malaki at ang tool ay mabilis na nagsusuot. Habang tumataas ang pagsusuot ng tool, tataas ang puwersa ng pagputol, na nagreresulta sa mas malubhang deformation at vibration ng machining, na nagreresulta sa mababang katumpakan ng dimensyon at mahinang kalidad ng ibabaw ng mga bahagi. Upang matugunan ang mga kinakailangan sa pagganap ng serbisyo ng makina sa ilalim ng matinding mga kondisyon sa pagtatrabaho, ang katumpakan ng machining at kalidad ng ibabaw ng mga blades ay napakataas. Kung kunin ang mga titanium alloy fan blades na ginagamit sa isang domestic na gawa na high bypass ratio turbofan engine bilang isang halimbawa, ang kabuuang haba ng blade ay 681mm, habang ang kapal ay mas mababa sa 6mm. Ang kinakailangan sa profile ay -0.12 hanggang +0.03mm, ang dimensional na katumpakan ng pumapasok at tambutso na mga gilid ay -0.05 hanggang +0.06mm, ang torsion error ng blade section ay nasa loob ±10', at ang halaga ng pagkamagaspang sa ibabaw na Ra ay mas mahusay kaysa sa 0.4μm. Karaniwang nangangailangan ito ng precision machining sa isang limang-axis na CNC machine tool. Gayunpaman, dahil sa mahinang katigasan ng talim, kumplikadong istraktura at mahirap iproseso na mga materyales, upang matiyak ang katumpakan at kalidad ng machining, ang mga tauhan ng proseso ay kailangang ayusin ang mga parameter ng paggupit nang maraming beses sa panahon ng proseso ng machining, na seryosong naglilimita sa pagganap ng CNC machining center at nagiging sanhi ng malaking pag-aaksaya ng kahusayan [4]. Samakatuwid, sa mabilis na pag-unlad ng teknolohiya ng CNC machining, kung paano makamit ang deformation control at vibration suppression para sa thin-walled parts machining at bigyan ng buong laro ang mga kakayahan sa machining ng CNC machining centers ay naging isang kagyat na pangangailangan para sa mga advanced na kumpanya ng pagmamanupaktura.

Ang pananaliksik sa teknolohiya ng pagkontrol sa pagpapapangit ng manipis na pader na mahinang matibay na bahagi ay nakakaakit ng atensyon ng mga inhinyero at mananaliksik sa loob ng mahabang panahon. Sa maagang pagsasagawa ng produksyon, kadalasang ginagamit ng mga tao ang diskarte sa waterline ng alternating milling sa magkabilang panig ng manipis na pader na mga istraktura, na madaling mabawasan ang masamang epekto ng deformation at vibration sa dimensional accuracy sa isang tiyak na lawak. Bilang karagdagan, mayroon ding isang paraan upang mapabuti ang pagpoproseso ng tigas sa pamamagitan ng pagtatakda ng mga prefabricated na istruktura ng sakripisiyo tulad ng reinforcing ribs.

Teknolohiya ng pagputol para sa mga materyales na mahirap gupitin

Upang matugunan ang mga kinakailangan ng matatag na serbisyo sa ilalim ng mataas na temperatura at mataas na presyon ng kapaligiran, ang karaniwang ginagamit na mga materyales para sa mga blades ng makina ng sasakyang panghimpapawid ay mga titanium alloy o high-temperature alloys. Sa mga nagdaang taon, ang titanium-aluminum intermetallic compound ay naging isang blade material na may mahusay na potensyal na aplikasyon. Ang mga haluang metal ng titanium ay may mga katangian ng mababang thermal conductivity, mababang plasticity, mababang elastic modulus at malakas na affinity, na nagiging sanhi ng mga ito na magkaroon ng mga problema tulad ng malaking puwersa ng pagputol, mataas na temperatura ng pagputol, matinding pagpapatigas sa trabaho at malaking pagkasuot ng tool sa panahon ng pagputol. Ang mga ito ay tipikal na mahirap-cut na materyales (microstructure morphology tingnan ang Figure 2a) [7]. Ang mga pangunahing katangian ng mga haluang metal na may mataas na temperatura ay mataas na plasticity at lakas, mahinang thermal conductivity, at isang malaking halaga ng siksik na solidong solusyon sa loob [8]. Ang plastic deformation sa panahon ng pagputol ay nagdudulot ng matinding distortion ng sala-sala, mataas na deformation resistance, malaking cutting force at matinding cold hardening phenomenon, na mga tipikal na mahirap-cut-cut na materyales (microstructure morphology tingnan ang Figure 2b). Samakatuwid, napakahalaga na bumuo ng mahusay at tumpak na teknolohiya sa paggupit para sa mga materyales na mahirap gupitin tulad ng mga titanium alloy at high-temperature alloys. Upang makamit ang mahusay at tumpak na machining ng mga materyales na mahirap gupitin, ang mga domestic at foreign scholar ay nagsagawa ng malalim na pagsasaliksik mula sa mga pananaw ng mga makabagong pamamaraan ng pagputol, pinakamainam na mga materyales sa tool sa machining at na-optimize na mga parameter ng pagputol.

2.1 Inobasyon ng mga pamamaraan sa pagproseso ng pagputol

Sa mga tuntunin ng makabagong pananaliksik at pagpapaunlad ng mga pamamaraan ng pagputol, ang mga iskolar ay nagpakilala ng mga pantulong na paraan tulad ng laser heating at cryogenic cooling upang mapabuti ang machinability ng mga materyales at makamit ang mahusay na pagputol. Ang prinsipyo ng pagtatrabaho ng laser heating assisted processing [9] (tingnan ang Figure 3a) ay upang ituon ang isang high-power laser beam sa ibabaw ng workpiece sa harap ng cutting edge, palambutin ang materyal sa pamamagitan ng lokal na pag-init ng beam, bawasan ang yield strength ng materyal, sa gayon ay binabawasan ang cutting force at tool wear, at pagpapabuti ng kalidad at kahusayan ng pagputol. Ang cryogenic cooling assisted processing [10] (tingnan ang Figure 3b) ay gumagamit ng liquid nitrogen, high-pressure carbon dioxide gas at iba pang cooling media upang mag-spray sa cutting part upang palamig ang proseso ng pagputol, maiwasan ang problema ng sobrang lokal na temperatura ng pagputol na dulot ng mahinang thermal conductivity ng materyal, at gawing lokal na malamig at malutong ang workpiece, at sa gayon ay mapahusay ang epekto ng pagkabasag ng chip. Ang kumpanya ng Nuclear AMRC sa UK ay matagumpay na gumamit ng high-pressure na carbon dioxide gas upang palamig ang proseso ng pagproseso ng titanium alloy. Kung ikukumpara sa dry cutting state, ang pagsusuri ay nagpapakita na ang cryogenic cooling assisted processing ay hindi lamang makakabawas sa cutting force at makapagpapaganda ng kalidad ng cutting surface, ngunit epektibong mabawasan ang pagkasuot ng tool at dagdagan ang buhay ng serbisyo ng tool. Bilang karagdagan, ang ultrasonic vibration assisted processing [11, 12] (tingnan ang Figure 3c) ay isa ring mabisang paraan para sa mahusay na pagputol ng mahirap-prosesong mga materyales. Sa pamamagitan ng paglalapat ng high-frequency, small-amplitude vibrations sa tool, ang pasulput-sulpot na paghihiwalay sa pagitan ng tool at workpiece ay nakakamit sa panahon ng proseso ng machining, na nagbabago sa mekanismo ng pag-alis ng materyal, nagpapahusay sa katatagan ng dynamic na pagputol, epektibong iniiwasan ang friction sa pagitan ng tool at ng machined surface, binabawasan ang temperatura ng pagputol at puwersa ng pagputol, binabawasan ang pagkasira ng ibabaw ng mga halaga ng tool, at binabawasan ang mga halaga ng pagkamagaspang sa ibabaw, at binabawasan ang mga halaga ng pagkamagaspang sa ibabaw. Ang napakahusay na epekto nito sa proseso ay nakatanggap ng malawakang atensyon.

2.2 Pagpili ng mga materyales sa tool

Para sa mga materyales na mahirap gupitin tulad ng mga titanium alloy, ang pag-optimize ng mga tool na materyales ay maaaring epektibong mapabuti ang mga resulta ng pagputol [8, 13]. Ipinakita ng mga pag-aaral na para sa pagproseso ng titanium alloy, ang iba't ibang mga tool ay maaaring mapili ayon sa bilis ng pagproseso. Para sa low-speed cutting, high-cobalt high-speed steel ang ginagamit, para sa medium-speed cutting, cemented carbide tools na may aluminum oxide coating, at para sa high-speed cutting, cubic boron nitride (CBN) na mga tool ang ginagamit; para sa high-temperature alloy processing, high-vanadium high-speed steel o YG cemented carbide tool na may mataas na tigas at magandang wear resistance ay dapat gamitin para sa pagproseso.

2.3 Pinakamainam na mga parameter ng pagputol

Ang mga parameter ng pagputol ay isa ring mahalagang salik na nakakaapekto sa epekto ng machining. Ang paggamit ng naaangkop na mga parameter ng pagputol para sa kaukulang mga materyales ay maaaring epektibong mapabuti ang kalidad at kahusayan ng machining. Ang pagkuha ng parameter ng bilis ng paggupit bilang isang halimbawa, ang mababang bilis ng pagputol ay madaling makabuo ng isang built-up na gilid na lugar sa ibabaw ng materyal, na binabawasan ang katumpakan ng machining sa ibabaw; ang mataas na bilis ng pagputol ay madaling maging sanhi ng akumulasyon ng init, na nagiging sanhi ng pagkasunog sa workpiece at tool. Kaugnay nito, sinuri ng pangkat ni Propesor Zhai Yuansheng sa Harbin University of Science and Technology ang mga mekanikal at pisikal na katangian ng mga karaniwang ginagamit na mahirap-sa-machine na materyales at nag-summarize ng isang inirerekomendang talahanayan ng mga bilis ng pagputol para sa mga mahirap-sa-machine na materyales sa pamamagitan ng orthogonal machining na mga eksperimento [14] (tingnan ang Talahanayan 1). Ang paggamit ng mga tool at bilis ng pagputol na inirerekomenda sa talahanayan para sa machining ay maaaring epektibong mabawasan ang mga depekto sa machining at pagkasuot ng tool, at mapabuti ang kalidad ng machining.

3 Precision CNC machining technology para sa mga kumplikadong ibabaw ng blade

Sa mga nagdaang taon, sa mabilis na pag-unlad ng industriya ng aviation at tumataas na pangangailangan sa merkado, ang mga kinakailangan para sa mahusay at tumpak na pagproseso ng mga manipis na pader na mga blades ay lalong tumaas, at ang pangangailangan para sa mas mataas na katumpakan na teknolohiya ng pagkontrol sa pagpapapangit ay naging mas kagyat. Sa konteksto ng matalinong teknolohiya sa pagmamanupaktura, ang pagsasama-sama ng modernong elektronikong teknolohiya ng impormasyon upang makamit ang matalinong kontrol sa pagpapapangit at panginginig ng boses ng pagproseso ng blade ng makina ng sasakyang panghimpapawid ay naging mainit na paksa para sa maraming mananaliksik. Ang pagpapakilala ng mga matalinong CNC system sa precision processing ng mga kumplikadong curved surface ng mga blades, at aktibong nagbabayad para sa mga error sa proseso ng pagproseso batay sa intelligent CNC system, ay maaaring epektibong sugpuin ang deformation at vibration.

Para sa aktibong kompensasyon ng error sa proseso ng machining, upang makamit ang pag-optimize at kontrol ng mga parameter ng machining tulad ng landas ng tool, kinakailangan munang makuha ang impluwensya ng mga parameter ng proseso sa deformation at vibration ng machining. Mayroong dalawang karaniwang ginagamit na pamamaraan: ang isa ay ang pag-aralan at pangangatwiran ang mga resulta ng bawat tool na dumaan sa on-machine measurement at error analysis [15]; ang isa ay upang magtatag ng isang modelo ng hula para sa machining deformation at vibration sa pamamagitan ng mga pamamaraan tulad ng dynamic analysis [16], finite element modeling [17], mga eksperimento [18] at neural network [19] (tingnan ang Figure 4).

Batay sa modelo ng hula sa itaas o teknolohiya sa pagsukat sa makina, maaaring i-optimize at kontrolin pa ng mga tao ang mga parameter ng machining sa real time. Ang pangunahing direksyon ay upang mabayaran ang mga error na dulot ng pagpapapangit at panginginig ng boses sa pamamagitan ng muling pagpaplano sa landas ng tool. Ang karaniwang ginagamit na paraan sa direksyong ito ay ang "paraan ng kompensasyon sa salamin" [20] (tingnan ang Larawan 5). Binabayaran ng pamamaraang ito ang pagpapapangit ng isang solong pagputol sa pamamagitan ng pagwawasto sa nominal na trajectory ng tool. Gayunpaman, ang isang solong kabayaran ay magbubunga ng bagong pagpapapangit ng machining. Samakatuwid, ito ay kinakailangan upang magtatag ng isang umuulit na relasyon sa pagitan ng puwersa ng pagputol at ang machining deformation sa pamamagitan ng maraming mga kompensasyon upang itama ang pagpapapangit nang paisa-isa. Bilang karagdagan sa paraan ng aktibong kompensasyon ng error batay sa pagpaplano ng landas ng tool, maraming iskolar ang nag-aaral din kung paano kontrolin ang pagpapapangit at panginginig ng boses sa pamamagitan ng pag-optimize at pagkontrol sa mga parameter ng pagputol at mga parameter ng tool. Para sa pagputol ng isang partikular na uri ng blade ng makina ng sasakyang panghimpapawid, ang mga parameter ng machining ay binago para sa maraming mga round ng orthogonal na mga pagsubok. Batay sa data ng pagsubok, ang impluwensya ng bawat cutting parameter at tool parameter sa blade machining deformation at vibration response ay nasuri [21-23]. Isang empirical prediction model ang itinatag para i-optimize ang mga parameter ng machining, epektibong bawasan ang machining deformation, at sugpuin ang cutting vibration.

Batay sa mga modelo at pamamaraan sa itaas, maraming kumpanya ang nakabuo o nagpabuti ng mga CNC system ng CNC machining centers upang makamit ang real-time adaptive na kontrol ng mga parameter sa pagproseso ng mga bahagi na may manipis na pader. Ang pinakamainam na sistema ng paggiling ng kumpanya ng OMAT ng Israel [24] ay isang tipikal na kinatawan sa larangang ito. Pangunahing inaayos nito ang bilis ng feed sa pamamagitan ng adaptive na teknolohiya upang makamit ang layunin ng patuloy na force milling at mapagtanto ang mataas na kahusayan at mataas na kalidad na pagproseso ng mga kumplikadong produkto. Bilang karagdagan, ang Beijing Jingdiao ay naglapat din ng katulad na teknolohiya sa klasikong teknikal na kaso ng pagkumpleto ng pag-ukit ng pattern sa ibabaw ng kabibi sa pamamagitan ng on-machine measurement adaptive compensation [25]. Si THERRIEN ng GE sa United States [26] ay nagmungkahi ng isang real-time na paraan ng pagwawasto para sa mga CNC machining code sa panahon ng machining, na nagbigay ng isang pangunahing teknikal na paraan para sa adaptive machining at real-time na kontrol ng mga kumplikadong manipis na pader na blades. Ang automated repair system ng European Union para sa aircraft engine turbine components (AROSATEC) ay napagtanto ang adaptive precision milling pagkatapos na ayusin ang blade sa pamamagitan ng additive manufacturing, at inilapat sa blade repair production ng MTU company ng Germany at ng SIFCO company ng Ireland [27].

4. Pagpapabuti ng katigasan ng pagproseso batay sa intelligent na kagamitan sa proseso

Ang paggamit ng matalinong kagamitan sa proseso upang mapabuti ang higpit ng sistema ng proseso at mapabuti ang mga katangian ng pamamasa ay isa ring epektibong paraan upang sugpuin ang pagpapapangit at panginginig ng boses ng pagpoproseso ng manipis na pader, pagbutihin ang katumpakan ng pagproseso, at pagbutihin ang kalidad ng ibabaw. Sa mga nagdaang taon, isang malaking bilang ng iba't ibang kagamitan sa proseso ang ginamit sa pagproseso ng iba't ibang uri ng aero-engine blades [28]. Dahil ang mga aero-engine blades sa pangkalahatan ay may manipis na pader at hindi regular na mga katangian ng istruktura, isang maliit na clamping at positioning area, mababang processing rigidity, at lokal na deformation sa ilalim ng pagkilos ng pagputol ng mga load, ang blade processing equipment ay kadalasang nag-aaplay ng auxiliary support sa workpiece batay sa pag-satisfy sa six-point positioning principle [29] upang ma-optimize ang processing system at sugpuin ang proseso ng deformation. Ang mga manipis na pader at hindi regular na mga hubog na ibabaw ay naglagay ng dalawang kinakailangan para sa pagpoposisyon at pag-clamping ng tooling: una, ang puwersa ng pag-clamping o puwersa ng pakikipag-ugnay ng tool ay dapat na ipamahagi nang pantay-pantay hangga't maaari sa hubog na ibabaw upang maiwasan ang malubhang lokal na pagpapapangit ng workpiece sa ilalim ng pagkilos ng puwersa ng clamping; pangalawa, ang pagpoposisyon, pag-clamping at pantulong na mga elemento ng suporta ng tooling ay kailangang mas mahusay na tumugma sa kumplikadong hubog na ibabaw ng workpiece upang makabuo ng pare-parehong puwersa ng contact sa ibabaw sa bawat contact point. Bilang tugon sa dalawang pangangailangang ito, iminungkahi ng mga iskolar ang isang flexible tooling system. Ang mga flexible tooling system ay maaaring nahahati sa phase change flexible tooling at adaptive flexible tooling. Ang phase change flexible tooling ay gumagamit ng mga pagbabago sa stiffness at damping bago at pagkatapos ng phase change ng fluid: ang fluid sa liquid phase o mobile phase ay may mababang stiffness at damping, at maaaring umangkop sa kumplikadong curved surface ng workpiece sa ilalim ng mababang presyon. Pagkatapos, ang likido ay nababago sa isang solidong bahagi o pinagsama ng mga panlabas na puwersa tulad ng kuryente/magnetismo/init, at ang higpit at pamamasa ay lubos na napabuti, sa gayon ay nagbibigay ng pare-pareho at nababaluktot na suporta para sa workpiece at pinipigilan ang pagpapapangit at panginginig ng boses.

Ang kagamitan sa proseso sa tradisyunal na teknolohiya sa pagpoproseso ng mga blades ng makina ng sasakyang panghimpapawid ay ang paggamit ng mga materyales sa pagbabago ng bahagi tulad ng mga mababang haluang metal para sa pagpuno ng pantulong na suporta. Iyon ay, pagkatapos na ang blangko ng workpiece ay nakaposisyon at naka-clamp sa anim na mga punto, ang sanggunian sa pagpoposisyon ng workpiece ay inihagis sa isang bloke ng paghahagis sa pamamagitan ng mababang haluang metal upang magbigay ng pantulong na suporta para sa workpiece, at ang kumplikadong pagpoposisyon ng punto ay na-convert sa regular na pagpoposisyon sa ibabaw, at pagkatapos ay isinasagawa ang tumpak na pagproseso ng bahaging ipoproseso (tingnan ang Figure 6). Ang paraan ng prosesong ito ay may halatang mga depekto: ang conversion ng sanggunian sa pagpoposisyon ay humahantong sa pagbaba sa katumpakan ng pagpoposisyon; ang paghahanda sa produksyon ay kumplikado, at ang paghahagis at pagkatunaw ng mababang melting point na haluang metal ay nagdudulot din ng mga nalalabi at mga problema sa paglilinis sa ibabaw ng workpiece. Kasabay nito, ang mga kondisyon ng paghahagis at pagtunaw ay medyo mahirap din [30]. Upang malutas ang mga depekto sa proseso sa itaas, ang isang karaniwang paraan ay ang pagpapakilala ng isang multi-point na istraktura ng suporta na sinamahan ng isang materyal na pagbabago ng bahagi [31]. Ang itaas na dulo ng istraktura ng suporta ay nakikipag-ugnay sa workpiece para sa pagpoposisyon, at ang ibabang dulo ay nahuhulog sa mababang melting point alloy chamber. Ang nababaluktot na pantulong na suporta ay nakakamit batay sa mga katangian ng pagbabago ng bahagi ng mababang haluang metal na natutunaw. Kahit na ang pagpapakilala ng isang istraktura ng suporta ay maaaring maiwasan ang mga depekto sa ibabaw na dulot ng mababang-melting-point na mga haluang metal na nakikipag-ugnay sa mga blades, dahil sa mga limitasyon sa pagganap ng mga materyales sa pagbabago ng bahagi, ang phase change flexible tooling ay hindi maaaring sabay na matugunan ang dalawang pangunahing kinakailangan ng mataas na higpit at mataas na bilis ng pagtugon, at mahirap ilapat sa high-efficiency na automated na produksyon.

Upang malutas ang mga disbentaha ng phase change flexible tooling, maraming iskolar ang nagsama ng konsepto ng adaptasyon sa pananaliksik at pagbuo ng flexible tooling. Ang adaptive flexible tooling ay maaaring adaptive na tumugma sa mga kumplikadong hugis ng talim at posibleng mga error sa hugis sa pamamagitan ng mga electromechanical system. Upang matiyak na ang puwersa ng pakikipag-ugnay ay pantay na ipinamamahagi sa buong talim, ang tooling ay karaniwang gumagamit ng mga multi-point na auxiliary na suporta upang bumuo ng isang support matrix. Ang koponan ni Wang Hui sa Tsinghua University ay nagmungkahi ng multi-point flexible auxiliary support process equipment na angkop para sa malapit-net-shape na pagpoproseso ng talim [32, 33] (tingnan ang Larawan 7). Gumagamit ang tooling ng maramihang flexible material clamping elements para tumulong sa pagsuporta sa blade surface ng near-net-shape blade, na nagpapataas ng contact area ng â € <â € <bawat contact area at tinitiyak na ang clamping force ay pantay na ibinahagi sa bawat contact part at sa buong blade, sa gayo'y nagpapabuti sa higpit ng proseso ng system at epektibong pinipigilan ang lokal na deformation ng blade. Ang tooling ay may maraming passive degree ng kalayaan, na maaaring tumugma sa hugis ng talim at error nito habang iniiwasan ang sobrang pagpoposisyon. Bilang karagdagan sa pagkamit ng adaptive na suporta sa pamamagitan ng mga flexible na materyales, ang prinsipyo ng electromagnetic induction ay inilalapat din sa pananaliksik at pagbuo ng adaptive flexible tooling. Ang koponan ni Yang Yiqing sa Beijing University of Aeronautics and Astronautics ay nag-imbento ng isang pantulong na aparato ng suporta batay sa prinsipyo ng electromagnetic induction [34]. Gumagamit ang tooling ng nababaluktot na pantulong na suporta na nasasabik ng isang electromagnetic signal, na maaaring magbago sa mga katangian ng pamamasa ng sistema ng proseso. Sa panahon ng proseso ng clamping, ang auxiliary support ay adaptive na tumutugma sa hugis ng workpiece sa ilalim ng pagkilos ng isang permanenteng magnet. Sa panahon ng pagproseso, ang vibration na nabuo ng workpiece ay ipapadala sa auxiliary support, at ang reverse electromagnetic force ay masasabik ayon sa prinsipyo ng electromagnetic induction, at sa gayon ay pinipigilan ang vibration ng thin-walled workpiece processing.

Sa kasalukuyan, sa proseso ng disenyo ng kagamitan sa proseso, ang pagtatasa ng finite element, genetic algorithm at iba pang mga pamamaraan ay karaniwang ginagamit upang ma-optimize ang layout ng multi-point auxiliary support [35]. Gayunpaman, ang resulta ng pag-optimize ay kadalasang makakatiyak lamang na ang pagpoproseso ng pagpapapangit sa isang punto ay mababawasan, at hindi magagarantiya na ang parehong epekto ng pagsugpo sa pagpapapangit ay makakamit sa ibang mga bahagi ng pagproseso. Sa proseso ng pagpoproseso ng talim, ang isang serye ng mga tool pass ay karaniwang ginagawa sa workpiece sa parehong tool ng makina, ngunit ang mga kinakailangan sa pag-clamping para sa pagproseso ng iba't ibang bahagi ay iba at maaaring mag-iba-iba ang oras. Para sa static na multi-point na paraan ng suporta, kung ang higpit ng sistema ng proseso ay pinabuting sa pamamagitan ng pagtaas ng bilang ng mga pantulong na suporta, sa isang banda, ang masa at dami ng tooling ay tataas, at sa kabilang banda, ang espasyo ng paggalaw ng tool ay mai-compress. Kung ang posisyon ng auxiliary support ay na-reset kapag nagpoproseso ng iba't ibang bahagi, ang proseso ng pagproseso ay hindi maiiwasang maaantala at mababawasan ang kahusayan sa pagproseso. Samakatuwid, ang mga follow-up na kagamitan sa proseso [36-38] na awtomatikong nag-aayos ng layout ng suporta at puwersa ng suporta online ayon sa proseso ng pagproseso ay iminungkahi. Ang follow-up na kagamitan sa proseso (tingnan ang Figure 8) ay maaaring makamit ang dinamikong suporta sa pamamagitan ng coordinated na kooperasyon ng tool at tooling batay sa trajectory ng tool at mga pagbabago sa kondisyon ng pagtatrabaho ng proseso ng paggupit na nagbabago sa oras bago magsimula ang anumang proseso ng pagproseso: ilipat muna ang auxiliary support sa isang posisyon na makakatulong upang sugpuin ang kasalukuyang pagpapapangit ng pagproseso, upang ang lugar ng pagproseso ng ang workpiece ay aktibong sinusuportahan, habang ang ibang bahagi ng workpiece ay nananatili sa posisyon na may kaunting contact hangga't maaari, at sa gayon ay tumutugma sa mga kinakailangan sa pag-clamping na nagbabago-panahon sa panahon ng proseso ng pagproseso.

Upang higit na mapahusay ang kakayahang umangkop sa dinamikong suporta ng mga kagamitan sa proseso, tumugma sa mas kumplikadong mga kinakailangan sa pag-clamping sa proseso ng pagpoproseso, at pagbutihin ang kalidad at kahusayan ng produksyon ng pagpoproseso ng talim, ang follow-up na pantulong na suporta ay pinalawak sa isang grupo na nabuo ng maramihang mga dynamic na pantulong na suporta. Ang bawat dynamic na auxiliary na suporta ay kinakailangan upang i-coordinate ang mga aksyon at awtomatiko at mabilis na buuin ang contact sa pagitan ng grupo ng suporta at workpiece ayon sa mga kinakailangan sa pag-iiba-iba ng oras ng proseso ng pagmamanupaktura. Ang proseso ng muling pagtatayo ay hindi nakakasagabal sa pagpoposisyon ng buong workpiece at hindi nagiging sanhi ng lokal na pag-aalis o panginginig ng boses. Ang kagamitan sa proseso batay sa konseptong ito ay tinatawag na self-reconfigurable group fixture [39], na may mga pakinabang ng flexibility, reconfigurability at autonomy. Ang self-reconfigurable group fixture ay maaaring maglaan ng maraming pantulong na suporta sa iba't ibang mga posisyon sa suportadong ibabaw ayon sa mga kinakailangan ng proseso ng pagmamanupaktura, at maaaring umangkop sa mga kumplikadong hugis na workpiece na may malaking lugar, habang tinitiyak ang sapat na tigas at inaalis ang mga kalabisan na suporta. Ang paraan ng pagtatrabaho ng kabit ay ang controller ay nagpapadala ng mga tagubilin ayon sa naka-program na programa, at ang mobile base ay nagdadala ng elemento ng suporta sa target na posisyon ayon sa mga tagubilin. Ang elemento ng suporta ay umaangkop sa lokal na geometric na hugis ng workpiece upang makamit ang sumusunod na suporta. Ang mga dynamic na katangian (katigasan at pamamasa) ng lugar ng contact sa pagitan ng isang elemento ng suporta at ang lokal na workpiece ay maaaring kontrolin sa pamamagitan ng pagbabago ng mga parameter ng elemento ng suporta (halimbawa, ang hydraulic support element ay karaniwang maaaring baguhin ang input hydraulic pressure upang baguhin ang mga katangian ng contact). Ang mga dynamic na katangian ng sistema ng proseso ay nabuo sa pamamagitan ng pagsasama ng mga dynamic na katangian ng lugar ng contact sa pagitan ng maraming elemento ng suporta at workpiece, at nauugnay sa mga parameter ng bawat elemento ng suporta at ang layout ng pangkat ng elemento ng suporta. Ang disenyo ng multi-point support reconstruction scheme ng self-reconfigurable group fixture ay kailangang isaalang-alang ang sumusunod na tatlong isyu: pag-angkop sa geometric na hugis ng workpiece, mabilis na repositioning ng mga elemento ng suporta, at coordinated na kooperasyon ng maramihang mga support point [40]. Samakatuwid, kapag ginagamit ang self-reconfigurable group fixture, kinakailangang gamitin ang hugis ng workpiece, mga katangian ng pag-load at likas na mga kondisyon ng hangganan bilang input upang malutas ang multi-point na layout ng suporta at mga parameter ng suporta sa ilalim ng iba't ibang mga kondisyon sa pagpoproseso, planuhin ang landas ng paggalaw ng multi-point support, bumuo ng control code mula sa mga resulta ng solusyon, at i-import ito sa controller. Sa kasalukuyan, ang mga lokal at dayuhang iskolar ay nagsagawa ng ilang pananaliksik at mga pagtatangka sa self-reconfigurable group fixtures. Sa mga dayuhang bansa, ang proyekto ng EU na SwarmItFIX ay nakabuo ng isang bagong lubos na madaling ibagay na self-reconfigurable na fixture system [41], na gumagamit ng isang hanay ng mga mobile auxiliary na suporta upang malayang gumalaw sa workbench at muling iposisyon sa real time upang mas masuportahan ang mga naprosesong bahagi. Ang prototype ng sistema ng SwarmItFIX ay ipinatupad sa proyektong ito (tingnan ang Larawan 9a) at nasubok sa lugar ng isang tagagawa ng sasakyang panghimpapawid ng Italya. Sa Tsina, ang koponan ni Wang Hui sa Tsinghua University ay bumuo ng isang four-point clamping support workbench na maaaring kontrolin sa koordinasyon sa isang machine tool [42] (tingnan ang Figure 9b). Ang workbench na ito ay maaaring suportahan ang cantilevered tenon at awtomatikong maiwasan ang tool sa panahon ng pinong machining ng tenon ng isang turbine blade.

5 Pagtalakay sa mga uso sa pag-unlad sa hinaharap

5.1 Mga Bagong Materyales

Habang ang mga kinakailangan sa disenyo ng thrust-to-weight ratio ng mga makina ng sasakyang panghimpapawid ay patuloy na tumataas, ang bilang ng mga bahagi ay unti-unting nababawasan, at ang antas ng stress ng mga bahagi ay tumataas at tumataas. Ang pagganap ng dalawang pangunahing tradisyonal na mataas na temperatura na istrukturang materyales ay umabot na sa limitasyon nito. Sa mga nagdaang taon, ang mga bagong materyales para sa mga blades ng makina ng sasakyang panghimpapawid ay mabilis na nabuo, at parami nang parami ang mga materyales na may mataas na pagganap ang ginagamit upang gumawa ng mga blades na may manipis na pader. Sa kanila, γ-TiAl alloy[43] ay may mahusay na mga katangian tulad ng mataas na tiyak na lakas, mataas na temperatura paglaban at mahusay na oksihenasyon pagtutol. Kasabay nito, ang density nito ay 3.9g/cm3, na kalahati lamang ng mga haluang metal na may mataas na temperatura. Sa hinaharap, ito ay may malaking potensyal bilang isang talim sa hanay ng temperatura na 700-800℃. Bagaman γ-Ang haluang metal ng TiAl ay may mahusay na mekanikal na mga katangian, ang mataas na tigas nito, mababang thermal conductivity, mababang fracture toughness at mataas na brittleness na humahantong sa mahinang integridad ng ibabaw at mababang katumpakan ng γ-TiAl alloy na materyal sa panahon ng pagputol, na seryosong nakakaapekto sa buhay ng serbisyo ng mga bahagi. Samakatuwid, ang pagproseso ng pananaliksik ng γ-Ang haluang metal ng TiAl ay may mahalagang teoretikal na kahalagahan at halaga, at ito ay isang mahalagang direksyon ng pananaliksik ng kasalukuyang teknolohiya sa pagproseso ng talim.

5.2 Pagproseso ng adaptive na nagbabago sa oras

Ang mga blades ng aeroengine ay may mga kumplikadong curved surface at nangangailangan ng mataas na katumpakan ng hugis. Sa kasalukuyan, ang kanilang precision machining ay pangunahing gumagamit ng geometric adaptive machining na pamamaraan batay sa pagpaplano ng landas at pagbabagong-tatag ng modelo. Ang pamamaraang ito ay maaaring epektibong mabawasan ang epekto ng mga error na dulot ng pagpoposisyon, pag-clamping, atbp. sa katumpakan ng machining ng blade. Impluwensiya. Gayunpaman, dahil sa hindi pantay na kapal ng blade ng die forging blade, ang lalim ng pagputol sa iba't ibang bahagi ng tool ay naiiba sa panahon ng proseso ng pagputol ayon sa nakaplanong landas, na nagdudulot ng hindi tiyak na mga kadahilanan sa proseso ng pagputol at nakakaapekto sa katatagan ng pagproseso. Sa hinaharap, sa panahon ng proseso ng adaptive machining ng CNC, ang aktwal na mga pagbabago sa estado ng machining ay dapat na mas mahusay na masubaybayan [44], sa gayon makabuluhang pagpapabuti ng katumpakan ng machining ng mga kumplikadong curved surface at bumubuo ng isang time-varying control adaptive machining method na nag-aayos ng mga parameter ng pagputol batay sa real-time na data ng feedback.

5.3 Mga kagamitan sa matalinong proseso

Bilang pinakamalaking uri ng mga bahagi sa makina, ang kahusayan sa paggawa ng mga blades ay direktang nakakaapekto sa pangkalahatang kahusayan sa pagmamanupaktura ng makina, at ang kalidad ng pagmamanupaktura ng mga blades ay direktang nakakaapekto sa pagganap at buhay ng makina. Samakatuwid, ang intelligent precision machining ng mga blades ay naging direksyon ng pag-unlad ng paggawa ng blade ng engine sa mundo ngayon. Ang pananaliksik at pagpapaunlad ng mga kagamitan sa makina at kagamitan sa proseso ay ang susi sa pagsasakatuparan ng matalinong pagproseso ng talim. Sa pag-unlad ng teknolohiya ng CNC, ang antas ng katalinuhan ng mga kagamitan sa makina ay mabilis na bumuti, at ang pagpoproseso at kapasidad ng produksyon ay lubos na pinahusay. Samakatuwid, ang pagsasaliksik at pagpapaunlad at inobasyon ng matalinong kagamitan sa proseso ay isang mahalagang direksyon ng pag-unlad para sa mahusay at tumpak na machining ng manipis na pader na mga blades. Ang napakatalino na mga tool sa makina ng CNC ay pinagsama sa mga kagamitan sa proseso upang bumuo ng isang matalinong sistema ng pagproseso ng blade (tingnan ang Larawan 10), na napagtatanto ang mataas na katumpakan, mataas na kahusayan at adaptive na CNC machining ng manipis na pader na mga blades.