Дослідження та застосування адаптивної технології обробки для виправлення пошкоджень напівчолоків турбін літакопроводових двигунів

Ремонт пошкоджених турбінних лопаток має велике значення для технічного обслуговування та продовження терміну служби aviаційних двигунів. У статті розглядаються досягнення в дослідженні технології ремонту певної никелевої високотемпературної сплавленої турбінної робочої лопатки, з акцентом на метод ремонтu адаптивного оброблювання у вершині лопатки, детально розкриваючи експериментальний процес обробки та результати перевірки, а також перспективи розвитку технології ремонту турбінних лопаток.

Двигун літака є енергетичним ядром літака. Серед різних компонентів двигуна літака функціональна місія та робочі характеристики турбінних лопаток визначають, що вони є одним із обертових деталей з найгіршим навантаженням та найбільшою нагрузкою у двигуні літака, що також призводить до поширеного збою та пошкодження турбінних лопаток. Серед них, тріщинозгенний злам має найвищу ймовірність виникнення та найбільшу шкоду, головним чином виснажувальні тріщини, спричинені центрувальною силою, наложеною на згинну стресу, виснажувальні тріщини від флапту, спричинені випадковим середовищем, та високотемпературні виснажувальні тріщини, спричинені корозійним пошкодженням через дію середовищних медій. На цьому етапі, для зменшення вартості експлуатації двигуна, ремануфактура та ремонт пошкоджених турбінних лопаток мають велике значення.

Серед ключових технологій для ремонту лопаток турбін адаптивна обробна технологія привернула увагу багатьох дослідників як ефективний спосіб досягнення гладкого нахилу пошкоджених меж і високоточного формування відновлених областей. Компанія TTL з Великої Британії отримує інформацію про перерізи лопатки за допомогою контактних методів вимірювання і використовує виміряну інформацію про профіль перерізу для завершення моделювання області зношу краю за рахунок зсуву вздовж осі Z, а також генерує обробні коди для видалення шару наплавлення. Компанія Delcam з Великої Британії запропонувала метод моделювання для відновлення краю лопатки турбіни за допомогою вимірювання на машині, що зменшило проблему накопичення помилки позиціонування через вимірювання на машині; два перерізних дані поблизу наплавленого шару були отримані контактним вимірюванням, і було обчислено геометричну модель для відновлення зношеного краю прямолінійної лопатки, щоб завершити весь процес відновлення шлифуванням. На основі сіртої системної теорії Дінь Хуапень передбачив дугу та товщину профілю лопатки в пошкодженій зоні, а потім відновив повну модель лопатки, а потім отримав модель дефекту відновлення через булеву різницю, що дозволило досягти певного ефекту відновлення. Хау Ф. та ін. запропонували адаптивний метод відновлення тіла лопатки, включаючи моделювання поверхні наплавлення та оптимізаційне моделювання цільової поверхні відновлення, і нарешті використали симуляцію для доведення ефективності методу відновлення. Чжань С. та ін. запропонували автоматизовану схему відновлення пошкоджених зон лопаток двигуна, яка формується напрямку матеріалу. У порівнянні з традиційними методами відновлення, це є інноваційним до певного ступеня, але важко відновити турбінні лопатки з складними поверхнями.

Вищенаведене дослідження показує, що ремонт лопаток aviаційних двигунів є актуальною темою в авіаційній галузі як в Україні, так і за кордоном. У сфері ремонтного оброблення головний акцент робиться на досягненні гладкого перехіду між ремонтуваною областю та непошкодженою областю, а також на високоточному формуванні після ремонту. Отже, з урахуванням наведених досліджень ремонту, ця стаття беретья пошкоджений робочий лист турбіни як приклад для проведення дослідження застосування адаптивної технології фрезерування для ремонту пошкоджень краю лопатки, забезпечуючи гладкий перехід між обробленими та необробленими областями відновленої лопатки, і щоб загальна поверхня ремонту відповідала кінцевим толерансам відновленої лопатки.

1 Аналіз можливості ремонту пошкоджень краю лопатки

Рисунок 1 показує типовий ваду тріщини напівкінця турбінного лопатка. На основі цього пропонується метод реґенерації та ремонту пошкодженого напівкінця лопатка турбіни aviаційного двигуна. Було розроблено рішення для реґенерації та ремонту, яке включає видалення пошкодженої частини напівкінця - плавлення зварюванням та нанесення припойки (як показано на рисунку 2) - отримання облака точок лопатка - реконструкція цифрової моделі лопатка - адаптивна обробка лопатка, щоб досягти адаптивного ремонту геометричної точності розміру та відновлення характеристик лопатка. Якість та характеристики відремонтованого лопатка відповідають проектним вимогам і можуть бути використані для ремонтних робіт у режимі реального часу на місці ремонту, надаючи ефективне рішення для реалізації партійної обробки пошкоджених компонентів aviаційних двигунів.

1.1 Аналіз процесу складностей

Завдяки проблемі точності виливання, існують індивідуальні відмінності між готовим лезом та теоретичною моделлю проектування. Розмір леза утворюється у новому стані, а після циклу роботи він може деформуватися та мати дефекти різних ступенів. Завдяки особливостям обробляемого об'єкта, якщо його ремонтувати та обробляти за теоретичними розмірами конструкторського чертежу, знищується формальна точність початкового леза. Якщо для кожного елемента потрібно регенерувати набір кодів обробки відповідно до моделі CAD, це значно повлияє на весь цикл обробки деталі.

Частина вершини лопатки має складну структуру, з босом і кришкою, розташованими на 2 до 3 мм нижче від вершини лопатки, а найменша ширина хвостового шва задньої краю є лише 0,5 мм. Лопатка є внутрішньою порожнистою структурою, а на поверхні тіла лопатки знаходиться багато отворів повітряної плівки. Срібло легко потрапляє у внутрішню порожнину і отвори повітряної плівки, що робить її очищення важким.

1.2 Головні технічні вимоги

(1) Після ремонту вершини, контури внутрішньої та зовнішньої криволінійного поверхня відповідають проектному малюнку і гладко з'єднані з оригінальною формою базової лопатки.

(2) Мінімальна товщина стінки вздовж форми лопатки у задній частині вершини становить 0,41 мм, а мінімальна товщина стінки вздовж форми лопатки у інших частинах становить 0,51 мм (як показано на рисунку 3).

(3) Забезпечується вимір висоти лопатки.

(4) Шорсткість не повинна перевищувати Ra0.8 μm.

(5) У внутрішній порожнині та отворах повітряної плівки не дозволяється залишатися срібла або інших забруднювачів.

(6) Відремонтована область перевіряється флуоресцентним методом, щоб переконатися, що немає тріщин, включень тощо, а перевірка проводиться згідно з нормами та стандартами приймання флуоресцентного огляду.

2 Адаптивна технологія обробки для ремонту пошкоджень краю лопатки

У зв'язку з труднощями у процесі ремонту краю лопатки робочої лопатки турбіни, а саме: деформація кожного відремонтованого елемента є незрівняною, позиція та кут зачеплення відрізняються, і точність оригінального літнього виробництва має проблеми. Такі практичні проблеми можуть бути швидко виявлені онлайн через адаптивну технологію обробки для кожного деталей або деталей, які потрібно обробити, і можна зрозуміти фактичну форму та просторовий розподіл. Потім система перебудовує цільову цифрову модель, яка відповідає проекту, на основі виміряних даних, створює унікальну особисту траєкторію шляху для задовolenня вимог виробництва продукції, і, нарешті, відповідає проекту та фактичному об'єкту. Схема адаптивної технології обробки показана на рисунку 4.

2.2 Технологія реєстрації даних моделі CAD

Унаслідок особливостей персоналізованого заготівка оброб'юваного об'єкта, реконструована CAD-модель не має стандартної відносної площини для знаходження її системи координат, і необхідно використовувати технологію реєстрації для вирівнювання її системи координат. Два набори точок у просторі - це теоретична модель X{xi} та вимірювальна інформація P{pi} оброб'юваного об'єкта. Набір точок P обертається та переноситься для мінімізації відстані з набором точок X, і встановлюється просторова трансформаційна залежність між вимірювальною інформацією P{pi} та теоретичною моделлю X{xi}. Просторова трансформаційна залежність включає матрицю обертання R та матрицю перенесення T. Потім використовується метод парування найближчих точок для знаходження точки в X, яка найбільш близька до кожної точки в P для парування, формуючи новий набір точок X', як показано на рисунку 5.

3 Верифікація технології адаптивної обробки для ремонту пошкоджень напівчола лопатки

Адаптивна система обробки включає програмне забезпечення адаптивної обробки та апаратні системи, такі як гірськові машини та інструменти для розрізання. Їх інтеграція є ключовою для досягнення адаптивної обробки. При виправленні певного виду високотискового лопатка турбіни була використана адаптивна система обробки для виправлення лопаток, і було завершено виправлення та підтвердження застосування декількох лопаток двигуна.

3.1 Кроки тестування

Крок 1: Після наповнення пошкодженої області краю лопатки, яку потрібно відновити, через нанесення шару та наплавлення, отримуються вимірювальні дані про область поблизу пошкодженого краю лопатки за допомогою внутрішньомашинного вимірювання.

Крок 2: Отримайте теоретичну інформацію про модель перед виправленням краю лопатки.

Крок 3: Використайте реєстрацію даних для встановлення просторової трансформаційної взаємозалежності між вимірювальною інформацією та теоретичною моделлю (просторова трансформаційна залежність включає обертання та перенесення), а також отримайте корекцію обертання та перенесення, тобто кількість обертань та перенесень після найкращого відповідного призначення.

Крок 4: Створіть файл CLSF з місцем розташування інструменту обробки за теоретичною моделлю, а також сгенеруйте виправлене місце розташування інструмента та вектор осі інструмента у файлі CLSF за виправленими даними, отриманими у кроці 3 у напрямку XYZ.

Крок 5: Зачеплення та полірування пошкодженого району краю лопатки турбіни за допомогою виправленого шляху інструменту для повного відновлення точного краю лопатки.

Як показано на рисунку 6, для онлайн-вимірювання використовується зонд RMP40 та кулька стилуса діаметром φ6 мм. Отримано дванадцять вимірювальних точок шляхом оптимізації двох секцій поблизу краю лопатки. Згенеровані файли з вимірювальних даних можуть бути передані назад до програмного забезпечення комп'ютера, а моделювання обробляється автоматично в UG на основі вимірювальних даних.

Тест проводився на вертикальному триосному центрі обробки, і лопатка була вертикально закріплена на столі за допомогою швидкосмінного приспіву, що сприяло повторній точності фіксування під час обробки та обробки характеристик у наступному процесі, як показано на рисунку 7.

Згенерований файл траєкторії інструменту CLSF показаний на рисунку 8.

3.2 Защита внутрішньої порожнини та повітряної плівки

Під час тестування було виконано технічне вимогу, що усередині полості та отворів повітряної плівки не має залишатися чипів або інших забруднювачів. Під час процесу тестування внутрішня полость та кілька отворів повітряної плівки лопатки були захищені. Це технічне дослідження використовує функціональний клей для запечатування внутрішньої полості та отворів повітряної плівки, таким чином захищаючи ці отвори. Відомо, що при ремонту таких лопаток за кордоном використовується рідкий "багатофункціональний епоксидний шпатлювальний клей" для захисту полості та отворів повітряної плівки. Після охолодження він затверджується, щоб досягти захисного ефекту. При нагріванні до більше 100°C він плавиться і перетворюється на "пепел", який можна здути або вилучити за допомогою ультразвукової очистки. У малих отворах немає залишків. У подальшому застосуванні у пакетних інженерних проектах захист та очистка полостей та малих отворів будуть особливо важливими, і потрібно продовжувати пошук більш відповідних способів для запобігання потраплянню чипів та забруднювачів.

3.3 Результати тестування

Вимірюючи профіль краю відремонтованої турбінної лопатки, як показано на рисунку 9, форма відповідає технологічним вимогам. Зовнішній огляд показує, що після адаптивного полірування область ремонту лопатки гладко переходе до оригінального профілю, як показано на рисунку 10. Товщина стінок внутрішньої та зовнішньої порожнини є кваліфікованою, поверхнева шорсткість менше Ra0.8 μm, а інші технічні показники відповідають технологічним вимогам. За допомогою флуоресцентного перевірення було виявлено, що процес обробки не призвів до появи нових тріщин та інших дефектів.

Зв'яжіться з нами

Дякуємо за вашу цікавość до нашої компанії! Як професійний виробник деталей газових турбин, ми будемо постійно присвячувати себе технологічному інноваціям та покращенню сервісу, щоб надавати більше високоякісних розв'язків клієнтам у всьому світі. Якщо в вас є будь-які питання, пропозиції або наміри співпраці, ми з радістю допоможемо вам. Будь ласка, зв'яжіться з нами наступними способами:

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