Havacılık motorlarının ince duvarlı, özel şekilli ve karmaşık bıçaklarının hassas makineleme teknolojisi ve ekipmanı

Hava motorlarının performansını elde etmek için bir ana bileşen olarak, paltolar duvarlı, özel şekilli, karmaşık yapıdaki, işleme zor materiala sahip ve işleme doğruluğu ve yüzey kalitesi açısından yüksek gerekliliklere sahiptir. Paltoların nasıl hassas ve verimli bir şekilde işleneceğini gerçekleştirmek, mevcut hava motoru üretim alanındaki bir büyük zorluktur. Palto işleme doğruluğunu etkileyen ana faktörlerin analizi yoluyla, palto hassasiyet işleme teknolojisi ve ekipmanı üzerine yapılan araştırmaların şu anki durumu kapsamlı olarak özetlenmiştir ve hava motoru palto işleme teknolojisinin gelişim eğilimi prospekte edilmiştir.

Uzay ve havacılık endüstrisinde, hafif ağırlıklı, yüksek dayanımlı ince duvarlı parçalar yaygın olarak kullanılır ve bu tür önemli ekipmanların performansını elde etmek için ana bileşenlerdir, örneğin uçak motorları [1]. Örneğin, büyük bypass oranlı uçak motorlarının titanyum alaşımlı fan bıçakları (Şekil 1'e bakınız) 1 metre uzunluğunda olabilir, kompleks bıçak profilleri ve amorti platform yapılarına sahip olabilir ve en ince kısmının kalınlığı sadece 1.2 mm'dir, bu da tipik bir büyük boyutlu ince duvarlı özel şekilli parça [2]'dır. Tipik bir ince duvarlı özel şekilli zayıf rijitlikli parça olan bıçak, işleme sırasında işleme deformasyonuna ve titreşime maruz kalmaya eğildir [3]. Bu problemler, bıçağın işleme doğruluğunu ve yüzey kalitesini ciddi şekilde etkiler.

Motorun performansı büyük ölçüde bıçakların imalat seviyesine bağlıdır. Motor çalışırken, bıçaklar yüksek sıcaklık ve yüksek basınç gibi aşırı işletim ortamlarında istikrarlı bir şekilde çalışmalıdır. Bu, bıçak malzemesinin iyi çekme dayanımı, yorulma direnci ve yüksek sıcaklık korozyonu direncine sahip olması gerektiğini ve yapısal istikrarı sağlaması gerektiğini gerektirir [2]. Genellikle, hava aracı motoru bıçakları için titan alaşımından veya yüksek sıcaklık alaşımından kullanılır. Ancak, titan alaşımı ve yüksek sıcaklık alaşımının işlenebilirliği yetersizdir. Kesim sırasında, kesim kuvveti büyük olup araç hızlı bir şekilde aşınır. Araç aşınması arttıkça, kesim kuvveti daha da artar, bu da daha ciddi işleme deformasyonuna ve titreşime neden olur ve sonuç olarak parçaların boyutsal doğruluğunun düşük olması ve yüzey kalitesinin kötü olmasıyla sonuçlanır. Motorun aşırı çalışma koşulları altında hizmet performans gereksinimlerini karşılamak için, bıçakların işleme doğruluğu ve yüzey kalitesi son derece yüksektir. Yerli bir yüksek geçiş oranı turbofan motorda kullanılan titan alaşımdan fan bıçaklarını örnek alalım, bıçak uzunluğu 681mm iken, kalınlığı 6mm'den azdır. Profil gereksinimi -0.12 ile +0.03mm arasında, giriş ve çıkış kenarlarının boyutsal doğruluğu -0.05 ile +0.06mm arasındadır ve bıçak kesiminin burulma hatası içinde yer almaktadır ± 10′, ve yüzey kabartması değeri Ra 0.4'ten daha iyi μ m. Bu genellikle beş eksenli CNC makinelerinde hassas işlemenin gerektiği anlamına gelir. Ancak, yaprağın zayıf rijitliği, karmaşık yapısı ve işlenmesi zor malzemeler nedeniyle, işleme doğruluğunu ve kalitesini sağlamak için işlem personelinin işleme sırasında kesim parametrelerini birden fazla kez ayarlaması gerekiyor, bu da CNC işleme merkezinin performansını ciddi şekilde sınırlıyor ve büyük bir verim kaybına neden oluyor [4]. Bu nedenle, CNC işleme teknolojisinin hızlı gelişimiyle birlikte, ince duvarlı parçaların işlemede deformasyon kontrolü ve titreşim bastırılması nasıl yapılabilir ve CNC işleme merkezlerinin işleme yeteneklerinden maksimum fayda nasıl alınabilir hâline geldi, bu da ileri üretim şirketleri için acil bir gereksinim halini aldı.

İnce duvarlı zayıf rijit parçaların deformasyon kontrol teknolojisi üzerine yapılan araştırmalar, uzun süre boyunca mühendislerin ve araştırmacının dikkatini çekmiştir. Erken üretim uygulamalarında, insanlar genellikle ince duvarlı yapıların her iki yanındaki sırayla frezeleme stratejisi olan su hattı stratejisi kullanır, bu da boyutsal doğruluğa etki eden deformasyon ve titreşimin olumsuz etkilerini belirli ölçüde kolayca azaltabilir. Ayrıca, desteklemeli kafes gibi ön yapılandırılmış fedakar yapılar kurarak işleme rijitliğini artıran bir yol daha vardır.

Kesim zor materyaller için kesim teknolojisi

Yüksek sıcaklık ve yüksek basınçlı ortamlarda sabit hizmet gereksinimlerini karşılamak için, uçak motoru türbinye yaprakları için kullanılan yaygın malzemeler tiyat alaşım veya yüksek sıcaklık alaşımıdır. Son yıllarda, tiyat-alüminyum ara metalleri de uygulama potansiyeli olan bir yaprak malzemesi haline gelmiştir. Tiyat alaşımı düşük termal iletkenlik, düşük plastisite, düşük elastik modül ve güçlü afinite özelliklere sahiptir; bu da kesim sırasında büyük kesme kuvveti, yüksek kesme sıcaklığı, ciddi işsertleşmesi ve büyük araç aşınması gibi sorunlara neden olur. Bu nedenle, tipik zor kesilir malzemelerdendir (mikro yapı morfoljisi Şekil 2a'ya bakınız) [7]. Yüksek sıcaklık alaşımının ana özellikleri yüksek plastisite ve dayanıma, kötü termal iletkenliğe ve içerdeki yoğun çözünmüş fazların varlığına sahip olmaktır [8]. Kesim sırasında plastiğe变形 sebebiyle kristal örgüsünde ciddi bozunma meydana gelir, yüksek deformasyon direnci, büyük kesme kuvveti ve ciddi soğuksertleşme olayı yaşarlar, bu da onları tipik zor kesilir malzemeler haline getirir (mikro yapı morfoljisi Şekil 2b'ye bakınız). Bu nedenle, tiyat alaşımı ve yüksek sıcaklık alaşımı gibi zor kesilir malzemeler için verimli ve hassas kesim teknolojisi geliştirmek çok önemlidir. Zor kesilir malzemelerin verimli ve hassas şekilde işleme konusunda, yaratıcı kesim yöntemleri, optimal makina aracı malzemeleri ve optimize edilmiş kesim parametreleri açısından hem yerli hem de yabancı bilim adamları derinlemesine araştırmalar yapmıştır.

2.1 Kesme işleme yöntemlerinin yenilikleri

Yenilikçi araştırma ve kesim yöntemlerinin geliştirilmesi konusunda, bilim adamları malzeme işlenebilirliğini artırmak ve verimli kesim sağlamak amacıyla lazer ısıtma ve kriyo soğutma gibi yardımcı araçlar tanıtmışlardır. Lazer ısıtma destekli işleme [9] (Şekil 3a bakınız) prensibi, kesme ucu önündeki iş parçası yüzeyine yüksek güçte bir lazer ışını odaklayarak, ışının yerel ısıtımlarıyla malzemeyi yumuşatmak, malzemenin akma dayanımını azaltmak, böylece kesme kuvvetini ve alet aşınmasını azaltmak ve kesim kalitesini ve verimliliğini artırmaktır. Kriyo soğutma destekli işleme [10] (Şekil 3b bakınız), sıvı azot, yüksek basınçlı karbon dioksit gazı gibi soğutma ortamlarını kesim noktasına püskürterek kesim sürecini soğutmayı amaçlar, malzemenin kötü termal iletkenliği nedeniyle oluşan fazla yerel kesim sıcaklığı sorununu önler ve iş parçasını yerel olarak soğuk ve çatlak hale getirerek, chip koparma etkisini artırır. İngiltere'deki Nuclear AMRC şirketi, tiyanyum alaşımı işleme sürecinde yüksek basınçlı karbon dioksit gazını başarıyla kullandı. Kurutma kesim durumuna göre yapılan analiz göstermiştir ki, kriyo soğutma destekli işleme kesme kuvetini azaltma, kesim yüzeyi kalitesini artırmaya ve alet aşınmasını etkili bir şekilde azaltmaya ve alet ömrünü uzatmaya yardımcı olmaktadır. Ayrıca, zor işlem Edwin maddeler için etkili bir yöntem olan ultrasonik titreşim destekli işleme [11, 12] (Şekil 3c bakınız) de bulunmaktadır. Alete yüksek frekanslı, küçük amplitudlu titreşimler uygulanarak işleme sırasında alet ile iş parçası arasında aralıklı ayrılma sağlanır, bu da malzeme çıkarma mekanizmasını değiştirir, dinamik kesimin istikrarını artırır, alet ile işlenmiş yüzey arasındaki sürtünmeyi etkili bir şekilde önler, kesim sıcaklığını ve kesme kuvvetini azaltır, yüzey kabartma değerlerini düşürür ve alet aşınmasını azaltır. Mükemmel işleme etkileri nedeniyle bu yöntem geniş ilgi görmüştür.

2.2 Alet malzeme seçimleri

Kesim zor olan malzemeler için, örneğin titaniyum alaşımında, alet malzeme optimizasyonu kesim sonuçlarını etkili bir şekilde geliştirebilir [8, 13]. Çalışmalar, titaniyum alaşımları işlemede, işlem hızına göre farklı araçların seçilebileceğini göstermiştir. Düşük hızda kesim için yüksek kobaltlı hızlı çeliğin kullanılması, orta hızda kesim için alüminyum oksit kaplama olan sinterli karbür araçların kullanılması ve yüksek hızda kesim için kübik borazan (CBN) araçların kullanılması önerilir; yüksek sıcaklıkta işlenen alaşım için ise yüksek sertlik ve iyi aşınma dayanımı olan yüksek vanadyumlu hızlı çelik veya YG sinterli karbür araçlar kullanılmalıdır.

2.3 Optimal kesim parametreleri

Kesim parametreleri, işleme etkisini etkileyen önemli bir faktör olarak da kabul edilmektedir. İlgili malzemeler için uygun kesim parametrelerini kullanmak, işleme kalitesini ve verimliliğini etkili şekilde artırabilir. Kesim hızı parametresini ele alarak, düşük kesim hızı, malzeme yüzeyinde birikmiş kenar alanının oluşmasına neden olabilir ve bu da yüzey işleme doğruluğunu azaltır; yüksek kesim hızı ise ısı birikimi yapmaya meyilli olup, iş parçası ve aracı yakabilir. Bu konuda, Harbin Mühendislik ve Teknoloji Üniversitesi'ndeki Zhai Yuansheng profesörünün ekibi, sıkışık malzemelerin mekanik ve fiziksel özelliklerini analiz etti ve dikdörtgenli işleme deneyleri aracılığıyla sıkışık malzemeler için önerilen kesim hızları tablosunu özetledi [14] (Tablo 1'i görün). Tabloda önerilen araçları ve kesim hızlarını kullanarak işlemeye geçmek, işleme eksiğini ve araç aşınmasını etkili bir şekilde azaltabilir ve işleme kalitesini artırmaya yardımcı olabilir.

karmaşık bıçak yüzeyleri için 3 Precision CNC makine teknolojisi

Son yıllarda, havacılık endüstrisinin hızlı gelişmesi ve artan pazar talebiyle birlikte, ince duvarlı bıçakların verimli ve hassas işleme gereksinimi giderek arttı ve daha yüksek hassasiyetli deformasyon kontrol teknolojisi üzerine olan talep daha acil hale geldi. Zekâlı imalat teknolojisi bağlamında, modern elektronik bilgi teknolojilerini entegre ederek, uçak motoru bıçaklarının işleme sırasında meydana gelen deformasyon ve titreşimi zekâlı şekilde kontrol etmek birçok araştırmacı için popüler bir konu haline geldi. Bıçakların karmaşık eğri yüzeylerinin hassas işleme sürecinde zekâlı CNC sistemlerini kullanmak ve bu sistemlere dayalı olarak işleme süreçlerindeki hataları aktif olarak telafi etmek, deformasyonu ve titreşimi etkili bir şekilde bastırmayı sağlayabilir.

Machining sürecinde aktif hata telafi için, araç yolu gibi machining parametrelerinin optimizasyonu ve kontrolü için önce süreç parametrelerinin machining deformasyonu ve titreşimi üzerine olan etkisini elde etmek gerekir. İki yaygın kullanılan yöntem vardır: birincisi, her araç geçişinin sonuçlarını makinede ölçümlerle ve hata analiziyle analiz etmektir [15]; diğeri ise dinamik analiz [16], sonlu eleman modellemesi [17], deneyler [18] ve sinir ağları [19] gibi yöntemlerle machining deformasyonu ve titreşimi için bir tahmin modeli oluşturmaktır (Şekil 4 bakınız).

Yukarıdaki tahmin modeli veya makine üzerindeki ölçüm teknolojisi temelinde, insanlar işleme parametrelerini optimize edebilir ve hatta gerçek zamanlı kontrol edebilir. Ana akım yönü, araç yolu tekrar planlanmasıyla deformasyon ve titreşim nedeniyle oluşan hataları telafi etmektir. Bu yönde yaygın kullanılan yöntem "ayna telafi yöntemi" [20] (Şekil 5 bakınız). Bu yöntem, adi araç yörüngesini düzelterek tek bir kesimde meydana gelen deformasyonu telafi eder. Ancak, tek bir telafi yeni işleme deformasyonları oluşturabilir. Bu nedenle, kesim kuvveti ve işleme deformasyonu arasında birden fazla telafi aracılığıyla iteratif bir ilişki kurmak gerekir ki, bu şekilde deformasyonlar sırasıyla düzeltilir. Araç yolu planlamasına dayalı aktif hata telafi yöntemi haricinde, birçok bilim adamı aynı zamanda kesim parametrelerini ve araç parametrelerini optimize ederek ve kontrol ederek nasıl deformasyonu ve titreşimi kontrol edebilecekleri konusunda çalışmaktadır. Belirli bir tür hava motoru pervanesinin kesiminde, işlem parametreleri birkaç tur ortogonal deney için değiştirildi. Deney verileri temelinde, her bir kesim parametresinin ve araç parametresinin pervane işleme deformasyonu ve titreşim yanıtına olan etkisi analiz edildi [21-23]. Bir deneyimsel tahmin modeli oluşturuldu ve bu, işlem parametrelerini optimize etmek, işleme deformasyonunu etkili bir şekilde azaltmak ve kesim titreşimini bastırmak için kullanıldı.

Yukarıdaki modeller ve yöntemler temelinde, birçok şirket CNC makinelerinin CNC sistemlerini geliştirdi veya iyileştirdi, böylece ince duvarlı parçaların işleme parametreleri için gerçek zamanlı uyumlu kontrolü sağladı. İsrail'in OMAT şirketinin optimal frezeleme sistemi [24], bu alandaki tipik bir temsilci olarak gösterilmiştir. Ana amaç, sabit kuvvetli frezeleme sağlamak ve karmaşık ürünlerin verimli ve kaliteli işlenmesini gerçekleştirmek için beslemeyi uyumlu teknoloji aracılığıyla ayarlamaktır. Ayrıca, Beijing Jingdiao benzer bir teknolojiyi makine üzerinde ölçülebilir uyumlu kompansasyon yoluyla yumurta kabuğuna yüzey deseni oyma klasik teknik örneğinde uyguladı [25]. Amerika Birleşik Devletleri'ndeki GE'nin THERRIEN [26], işleme sırasında CNC işleme kodlarının gerçek zamanlı düzeltme yöntemini önerdi, bu da karmaşık ince duvarlı türbinyaprağının uyumlu işleme ve gerçek zamanlı kontrolleri için temel teknik bir araç sağlamış oldu. Avrupa Birliği'nin hava motoru türbin bileşenleri için otomatik tamir sistemi (AROSATEC), ekleme yapımı ile tamir edilen yapraklar için uyumlu hassas frezeleme gerçekleştirir ve Almanya'nın MTU şirketi ve İrlanda'nın SIFCO şirketinin yaprak tamiri üretimine uygulanmıştır [27].

4. Akıllı süreç ekipmanlarına dayalı işleme sertliğinin geliştirilmesi

Zeki süreç ekipmanlarını kullanarak sürecin sisteminin katınlığını artırmak ve sönüm özelliklerini iyileştirmek, ince duvarlı yaprak işleme sırasında meydana gelen deformasyonu ve titreşimi bastırmak, işleme hassasiyetini artırmak ve yüzey kalitesini iyileştirmek için de etkili bir yoldur. Son yıllarda, çeşitli türdeki hava motoru yapraklarının işlemede farklı süreç ekipmanlarının kullanımı yaygın olmuştur [28]. Hava motoru yaprakları genellikle ince duvarlı ve düzensiz yapısal özelliklere sahip olduğundan, küçük bir tutma ve konumlandırma alanı, düşük işlem katınlığı ve kesim yükleri etkisi altında yerel deformasyon yaşar. Bu nedenle, yaprak işleme ekipmanı genellikle altı nokta konumlandırma prensibini karşılamak üzere iş parçasına yardımcı destek uygular [29], bu da sürecin sisteminin katınlığını optimize eder ve işlem deformasyonunu önler. İnce duvarlı ve düzensiz eğri yüzeyler, araçlar için konumlandırma ve tutma açısından iki talep ortaya koyar: İlki, araçların tutma gücü veya temas gücü mümkün olan kadar eşit şekilde eğri yüzeye dağıtılmalıdır ki, iş parçasının tutma gücünün etkisi altında ciddi yerel deformasyon yaşanmasın; ikincisi, araçların konumlandırma, tutma ve yardımcı destek elemanları iş parçasının karmaşık eğri yüzeyine daha iyi uyabilmelidir ki, her bir temas noktasında düzgün yüzey temas gücü üretilsin. Bu iki talebe yanıt olarak, bilim adamları esnek araç sistemini önermiştir. Esnek araç sistemleri, faz değişimi esnek araçları ve uyumlu esnek araçlara ayrılmaktadır. Faz değişimi esnek araçları, sıvı veya hareketli fazdaki akışkanın düşük katınlık ve sönüm göstermesini kullanır ve düşük basınç altında iş parçasının karmaşık eğri yüzeyine uyum sağlar. Daha sonra, elektrik/manyetizma/ısı gibi dış güçlerle akışkan katı fazda ya da sabitleştirilir ve katınlık ve sönüm büyük ölçüde artar, böylece iş parçasına düzgün ve esnek destek sağlar ve deformasyonu ve titreşimi engeller.

Uçak motoru bıçaklarının geleneksel işleme teknolojisi süreç ekipmanında, düşük erime noktası alaşım gibi faz değişimi maddeleri doldurmak için yardımcı destek olarak kullanılır. Yani, iş parçası şablonu altı noktada konumlandırıldıktan ve sıkıştırıldıktan sonra, iş parçasının konumlandırma referansı düşük erime noktası alaşımıyla birlikte bir döküm bloğuna dökülür ve iş parçası için yardımcı destek sağlar. Bu yöntem, karmaşık nokta konumlandırmayı düzenli yüzey konumlandırma dönüşümüne çevirir ve ardından işleme gereksinimi olan parçanın hassas işleme yapılır (Şekil 6 bakınız). Bu süreç yöntemi belirgin eksikliklere sahiptir: konumlandırma referansı dönüşümü, konumlandırma doğruluğunu azaltır; üretim hazırlığı karmaştır ve düşük erime noktası alaşımının dökülmesi ve eritilmesi Ayrıca iş parçası yüzeyinde kalıntı ve temizleme sorunları getirir. Aynı zamanda, döküm ve erime koşulları da nispeten kötüdür [30]. Yukarıdaki süreç eksikliklerini çözmek için yaygın bir yöntem, faz değişimi malzemesi ile birleştirilmiş çoklu nokta destek yapısını tanıtmaktır [31]. Destek yapısının üst ucunda konumlandırma için iş parçasıyla temas vardır ve alt ucu düşük erime noktası alaşımı odasında bulunan alandadır. Düşük erime noktası alaşımının faz değişimi özelliklerine dayalı esnek yardımcı destek sağlanır. Destek yapısının tanıtılması, düşük erime noktası alaşımının bıçaklara temas etmesinden kaynaklanan yüzey eksikliklerini önlemesine rağmen, faz değişimi maddelerinin performans sınırlamaları nedeniyle, faz değişimi esnek kalıp araçları, yüksek sertlik ve yüksek yanıt hızı gibi iki ana gereksinimi aynı anda karşılayamaz ve verimli otomatik üretimde zor uygulanabilir.

Faz değişimi esnek kalıbın eksikliklerini çözmek için birçok akademisyen, uyum kavramını esnek kalıp geliştirmede kullanmıştır. Uyumsal esnek kalıp, kompleks bıçak şekilleri ve olası şekil hatalarını elektromekanik sistemler aracılığıyla uyumlu bir şekilde eşleştirebilir. Bütün bıçağın üzerine etkiyen temas kuvvetinin dengeli dağılmış olduğundan emin olmak için, kalıplar genellikle destek matrisi oluşturmak amacıyla çok nokta yardımcı destekleri kullanır. Qinghua Üniversitesi'ndeki Wang Hui takımı, net-şekil bıçak işleme için uygun çok nokta esnek yardımcı destekli süreç ekipmanı önermiştir [32, 33] (Şekil 7 bakınız). Kalıp, net-şekil bıçağın bıçak yüzeyini desteklemek için birden fazla esnek malzeme sıkma elemanı kullanır ve temas alanını artırır. ​​ her bir temas alanını ve kavrama gücünün her bir temas noktasında ve tüm bıçakta eşit dağıtmayı sağlayarak, işleme sisteminin katılığını artırır ve bıçağın yerel deformasyonunu etkili bir şekilde önler. Takım, birden fazla pasif serbestlik derecesine sahiptir ve bu, bıçağın şekline ve hata payına uyum sağlarken aşırı konumlanmayı engellemeyi mümkün kılar. Uyumlu destek sağlanması için esnek malzemeler kullanılırken, uyumlu esnek takım geliştirmesi için elektromanyetik induksiyon prensibi de araştırılmaktadır. Pekin Havacılık ve Uzay Bilimleri Üniversitesi'ndeki Yang Yiqing takımı, elektromanyetik induksiyon prensibine dayalı bir yardımcı destek cihazı icat etti [34]. Takım, elektromanyetik sinyal tarafından tetiklenen bir esnek yardımcı destek kullanır ki bu da işleme sisteminin sönüm özelliklerini değiştirebilir. Kavrama sırasında, yardımcı destek, kalıcı bir manyetik alan etkisi altında iş parçasının şeklini uyumlu bir şekilde eşleştirir. İşleme sırasında ise, iş parçasından üretilen titreşim yardımcı desteğe iletilir ve elektromanyetik induksiyon prensibine göre ters elektromanyetik kuvvet tetiklenir, böylece ince duvarlı iş parçasının titreşimleri bastırılır.

Şu anda, süreç ekipmanı tasarımında genellikle sonlu eleman analizi, genetik algoritma ve diğer yöntemler kullanılarak çok nokta yardımcı desteklerin düzeni optimize edilir [35]. Ancak, optimizasyon sonucu genellikle yalnızca bir noktadaki işleme deformasyonunun en aza indirilmesini sağlayabilir ve diğer işleme bölgelerinde aynı deformasyon bastırma etkisinin elde edilebileceğini garanti edemez. Kanaat işleme sürecinde, genellikle aynı makine üzerinde iş parçası üzerinde bir dizi araç geçişi gerçekleştirilir, ancak farklı bölümlerin işleme için sıkma gereksinimleri farklıdır ve hatta zamanla değişebilir. Statik çok nokta destek yöntemi için, yardımcı destek sayısını artırarak süreç sisteminin esnekliğini artırmak, bir yandan takımların kütlesini ve hacmini artırır, diğer yandan ise aracıların hareket alanı daraltılır. Farklı bölümler işlendikçe yardımcı destek konumunun sıfırlandırılması durumunda, işleme süreci kesintiye uğrayacaktır ve işleme verimliliği düşecektir. Bu nedenle, işleme sürecine göre destek düzenini ve destek gücünü çevrimiçi olarak otomatik olarak ayarlayan takip süreç ekipmanı [36-38] önerilmiştir. Takip süreç ekipmanı (Şekil 8 bakınız), herhangi bir işleme işlemi başlamadan önce zamanla değişen kesim sürecinin araç yörüngesi ve çalışma koşulları değişikliklerine göre araç ve takımların koordine edilmiş işbirliğiyle dinamik destek sağlamayı amaçlamaktadır: önce yardımcı destekleri mevcut işleme deformasyonunu baskılayabilen bir konuma taşır, böylece işleme bölgesi...  i̇ş parçası aktif olarak desteklenirken, iş parçasının diğer kısımları mümkün olduğunca az temas ile konumda kalır ve böylece işleme süreci sırasında değişen zamanla ilgili sıkma gereksinimlerine uygun gelir.

İşlem ekipmanlarının uyumlu dinamik destek kapasitesini daha da artırmak, işleme sürecindeki daha karmaşık sıkıştırma gereksinimlerine uyum sağlamak ve bıçak işleme üretimindeki kalite ve verimliliği artırmak için, takip eden yardımcı desteğin birden fazla dinamik yardımcı destekten oluşan bir gruba genişletilmesi planlanmaktadır. Her bir dinamik yardımcı destek koordineli hareket etmelidir ve destek grubu ile parça arasındaki teması, imalat sürecinin zamanla değişen gereksinimlerine göre otomatik ve hızlı yeniden oluşturmalıdır. Yeniden yapılandırma süreci tüm parçanın konumlandırmasını etkilememelidir ve yerel kayma veya titreşim yapmamalıdır. Bu kavram üzerine kurulan süreç ekipmanına "kendinden yeniden yapılandırılabilir grup fixture" denir ve esneklik, yeniden yapılandırılabilirlik ve otonomiyet avantajlarına sahiptir. Kendinden yeniden yapılandırılabilir grup fixture, desteklenen yüzeyde farklı konumlara göre birçok yardımcı desteğin dağıtımını yapabilir ve büyük alanlı karmaşık şekilli parçalara uyum sağlayabilirken yeterli sertliği korur ve gereksiz destekleri ortadan kaldırır. Fixture'nin çalışma yöntemi, kontrolörün programlanmış programa göre talimatlar göndermesi ve hareket edebilen tabanın destek elemanını talimatlara göre hedef konuma getirmesidir. Destek elemanı, parçanın yerel geometrik şekline uyum sağlayarak uyumlu destek sağlamayı amaçlar. Tek bir destek elemanı ile yerel parça arasındaki temas alanının dinamik özellikleri (sertlik ve emeliyet), destek elemanının parametrelerinin değiştirilmesiyle kontrol edilebilir (örneğin, hidrolik destek elemanı genellikle temas özelliklerini değiştirmek için giriş hidrolik basıncını değiştirebilir). İşlem sisteminin dinamik özellikleri, birden fazla destek elemanı ile parçanın temas alanlarının dinamik özelliklerinin birleşimiyle oluşur ve her bir destek elemanının parametreleri ile destek elemanı grubunun düzenlemesiyle ilgilidir. Kendinden yeniden yapılandırılabilir grup fixture'nin çok nokta destek yeniden yapılandırma şeması tasarımı, aşağıdaki üç sorunu dikkate almalıdır: parçanın geometrik şekline uyum sağlama, destek elemanlarının hızlı yeniden konumlandırma ve birden fazla destek noktasının koordine işbirliği [40]. Dolayısıyla, kendinden yeniden yapılandırılabilir grup fixture kullanılırken, parça şekli, yükleme özellikleri ve özsel sınır koşullarını girdi olarak kullanarak farklı işleme koşulları altında çok nokta destek düzenini ve destek parametrelerini çözmeniz, çok nokta destek hareket yolunu planlamak, çözüm sonuçlarından kontrol kodu üretmek ve bunu kontrolöre aktarmak gerekir. Şu anda, hem yerli hem de yabancı akademisyenler, kendinden yeniden yapılandırılabilir grup fixture'larda bazı araştırmalar ve denemeler gerçekleştirmiştir. Yabanda, AB projesi SwarmItFIX, daha fazla uyumlu ve kendinden yeniden yapılandırılabilir bir fixture sistem geliştirmiştir [41], bu sistem bir masada serbestçe hareket eden bir dizi mobil yardımcı destek kullanır ve işlem parçalarını daha iyi desteklemek için gerçek zamanlı yeniden konumlandırılır. SwarmItFIX sisteminin prototipi bu projede uygulanmıştır (Şekil 9a) ve İtalyan bir uçak üreticisinin tesisinde test edilmiştir. Çin'de ise Tsinghua Üniversitesi'ndeki Wang Hui ekibi, makine aracı ile koordineli kontrol edilebilen dört nokta sıkıştırma destek masası geliştirmiştir [42] (Şekil 9b). Bu masa, turbin kabartmasının hassas işlemede çubuğu destekleyebilir ve araçtan otomatik olarak uzak durabilir. İşlem sırasında, dört nokta yardımcı desteği CNC işleme merkezi ile işbirliği yaparak, araç hareketi konumuna göre dört nokta temas durumunu yeniden oluşturur; bu da hem araç ile yardımcı destek arasında müdahaleyi önler, hem de destek etkisini garanti eder.

5 Gelecek Kalkınma Eğilimleri Üzerine Tartışma

5.1 Yeni Malzemeler

Uçak motorlarının itme-ağırlık oranı tasarım gereksinimlerinin sürekli artmasıyla birlikte, parça sayısı giderek azalıyor ve parçalar üzerindeki gerilme seviyesi daha da yükseliyor. İki ana geleneksel yüksek sıcaklık yapısal malzemenin performansı sınırlarına ulaştı. Son yıllarda, uçak motoru pırtıları için yeni malzemeler hızlı bir şekilde gelişti ve giderek daha fazla yüksek performanslı malzeme ince duvarlı pırtılar yapmak için kullanılmaya başladı. Bunların arasında γ -TiAl alaşımı[43] yüksek özgürlük kuvveti, yüksek sıcaklığa dayanıklılık ve iyi oksidasyona direnç gibi muhteşem özelliklere sahiptir. Aynı zamanda, yoğunluğu 3.9g/cm3'tür ki bu, yüksek sıcaklık alaşımının yarısıdır. Gelecekte, 700-800 derece sıcaklık aralığında bir pırtı olarak büyük potansiyele sahiptir. ℃ . Ancak γ -TiAl alaşımları mükemmel mekanik özelliklere sahiptir, ancak yüksek sertlikleri, düşük termal iletkenlikleri, düşük kırılabilirlik dayanımları ve yüksek Britanyaları yüzünden yetersiz yüzey bütünlüğüne ve düşük hassasiyete neden olur γ -TiAl malzeme kesim sırasında, bu durum parçaların hizmet ömrünü ciddi şekilde etkiler. Bu nedenle, işleme araştırması γ -TiAl alaşımının önemli teorik anlam ve değere sahip olduğu ve şu anki bıçak işleme teknolojisinin önemli bir araştırma yönüdür.

5.2 Zamanla değişen uyumsal işleme

Hava motoru pırlantıları karmaşık eğri yüzeylere sahip olup yüksek şekil doğruluğu gerektirir. Şu anda, bu pırlantıların hassas işlenmesi, genellikle yol planlama ve model yeniden oluşturma tabanlı geometrik uyumlu işleme yöntemlerini kullanır. Bu yöntem, konumlandırma, sıkıştırma vb. nedenlerle oluşan hataların pırlantı işleme doğruluğuna olan etkisini etkili bir şekilde azaltabilir. Ancak, kalıbın dökme pırlantı yarımfabrika malzemesinin eşit olmayan kalınlığı nedeniyle, planlanan yolda yapılan kesim sürecinde araçta farklı bölgelerde kesim derinliği farklıdır, bu da kesim sürecine belirsiz faktörler getirir ve işleme istikrarını etkiler. Gelecekte, CNC uyumlu işleme sürecinde, gerçek zamanlı işleme durumu değişiklikleri daha iyi takip edilmelidir [44], böylece karmaşık eğri yüzeylerin işleme doğruluğu önemli ölçüde artırılır ve geri bildirim verilerine göre kesim parametrelerini ayarlayan zaman-çevrimli kontrol uyumlu işleme yöntemi geliştirilir.

5.3 Zekâlı süreç ekipmanları

Motorun en büyük parçaları türü olarak, bıçakların üretim verimliliği doğrudan motorun genel üretim verimliliğini etkiler ve bıçakların kalite seviyesi doğrudan motonun performansını ve ömürünü etkiler. Bu nedenle, bıçakların akıllı hassas işlenmesi, bugün dünyada motor bıçaklarının üretiminde gelişim yönü olmuştur. Makine araçları ve süreç ekipmanlarının geliştirilmesi, akıllı bıçak işleme amacına ulaşmak için anahtardır. CNC teknolojisinin gelişimi ile birlikte, makine araçlarının zekası hızlı bir şekilde artmıştır ve işlem ve üretim kapasitesi büyük ölçüde artırılmıştır. Bu nedenle, akıllı süreç ekipmanlarının araştırılması, geliştirmesi ve yenilikleri, ince duvarlı bıçakların verimli ve hassas işleme için önemli bir gelişim yeldir. Yüksek derecede akıllı CNC makine araçları, süreç ekipmanlarıyla birleştirilerek bir akıllı bıçak işleme sistemi oluşturulur (Şekil 10 bakınız), bu da ince duvarlı bıçakların yüksek hassasiyetli, verimli ve uyumlu CNC işlemini sağlar.