Là một thành phần quan trọng để đạt được hiệu suất của động cơ máy bay, cánh quạt có các đặc điểm điển hình như thành mỏng, hình dạng đặc biệt, cấu trúc phức tạp, vật liệu khó gia công và yêu cầu cao về độ chính xác gia công và chất lượng bề mặt. Làm thế nào để đạt được quá trình gia công chính xác và hiệu quả của cánh quạt là một thách thức lớn trong lĩnh vực sản xuất động cơ máy bay hiện nay. Thông qua việc phân tích các yếu tố chính ảnh hưởng đến độ chính xác gia công cánh quạt, tình hình nghiên cứu hiện tại về công nghệ và thiết bị gia công chính xác cánh quạt được tóm tắt toàn diện và xu hướng phát triển của công nghệ gia công cánh quạt động cơ máy bay được triển vọng.
Trong ngành hàng không vũ trụ, các bộ phận thành mỏng nhẹ, độ bền cao được sử dụng rộng rãi và là thành phần chính để đạt được hiệu suất của các thiết bị quan trọng như động cơ máy bay [1]. Ví dụ, cánh quạt hợp kim titan của động cơ máy bay có tỷ lệ bỏ qua lớn (xem Hình 1) có thể dài tới 1 mét, với cấu hình cánh quạt và cấu trúc bệ giảm chấn phức tạp và độ dày của phần mỏng nhất chỉ là 1.2 mm, đây là một bộ phận hình dạng đặc biệt thành mỏng kích thước lớn điển hình [2]. Là một bộ phận độ cứng yếu hình dạng đặc biệt thành mỏng điển hình, cánh quạt dễ bị biến dạng gia công và rung động trong quá trình gia công [3]. Những vấn đề này ảnh hưởng nghiêm trọng đến độ chính xác gia công và chất lượng bề mặt của cánh quạt.
Hiệu suất của động cơ phụ thuộc phần lớn vào trình độ sản xuất của cánh quạt. Trong quá trình vận hành động cơ, cánh quạt cần phải hoạt động ổn định trong môi trường vận hành khắc nghiệt như nhiệt độ cao và áp suất cao. Điều này đòi hỏi vật liệu cánh quạt phải có độ bền tốt, khả năng chống mỏi và chống ăn mòn ở nhiệt độ cao, đồng thời đảm bảo tính ổn định về mặt cấu trúc [2]. Thông thường, hợp kim titan hoặc hợp kim chịu nhiệt độ cao được sử dụng cho cánh quạt động cơ máy bay. Tuy nhiên, hợp kim titan và hợp kim chịu nhiệt độ cao có khả năng gia công kém. Trong quá trình cắt, lực cắt lớn và dụng cụ bị mòn nhanh. Khi độ mòn của dụng cụ tăng lên, lực cắt sẽ tăng thêm, dẫn đến biến dạng gia công và rung động nghiêm trọng hơn, dẫn đến độ chính xác kích thước thấp và chất lượng bề mặt của các bộ phận kém. Để đáp ứng các yêu cầu về hiệu suất dịch vụ của động cơ trong điều kiện làm việc khắc nghiệt, độ chính xác gia công và chất lượng bề mặt của cánh quạt phải cực kỳ cao. Lấy cánh quạt hợp kim titan được sử dụng trong động cơ tuốc bin phản lực có tỷ lệ vòng tránh cao sản xuất trong nước làm ví dụ, tổng chiều dài của cánh quạt là 681mm, trong khi độ dày nhỏ hơn 6mm. Yêu cầu về cấu hình là -0.12 đến +0.03mm, độ chính xác về kích thước của các cạnh vào và ra là -0.05 đến +0.06mm, sai số xoắn của phần cánh nằm trong ±10'và giá trị độ nhám bề mặt Ra tốt hơn 0.4μm. Điều này thường đòi hỏi gia công chính xác trên máy công cụ CNC năm trục. Tuy nhiên, do độ cứng của lưỡi dao yếu, cấu trúc phức tạp và vật liệu khó gia công, để đảm bảo độ chính xác và chất lượng gia công, nhân viên xử lý phải điều chỉnh các thông số cắt nhiều lần trong quá trình gia công, điều này hạn chế nghiêm trọng hiệu suất của trung tâm gia công CNC và gây lãng phí hiệu quả rất lớn [4]. Do đó, với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ gia công CNC, làm thế nào để đạt được khả năng kiểm soát biến dạng và giảm rung động khi gia công các chi tiết có thành mỏng và phát huy hết khả năng gia công của trung tâm gia công CNC đã trở thành nhu cầu cấp thiết đối với các công ty sản xuất tiên tiến.
Nghiên cứu về công nghệ kiểm soát biến dạng của các bộ phận cứng yếu có thành mỏng đã thu hút sự chú ý của các kỹ sư và nhà nghiên cứu trong một thời gian dài. Trong thực tế sản xuất ban đầu, mọi người thường sử dụng chiến lược đường nước phay xen kẽ ở cả hai mặt của các cấu trúc thành mỏng, có thể dễ dàng giảm thiểu các tác động bất lợi của biến dạng và rung động đến độ chính xác về kích thước ở một mức độ nhất định. Ngoài ra, còn có một cách để cải thiện độ cứng gia công bằng cách thiết lập các cấu trúc hy sinh đúc sẵn như các gân gia cố.
Để đáp ứng yêu cầu dịch vụ ổn định trong môi trường nhiệt độ và áp suất cao, vật liệu thường được sử dụng cho cánh động cơ máy bay là hợp kim titan hoặc hợp kim nhiệt độ cao. Trong những năm gần đây, hợp chất liên kim titan-nhôm cũng đã trở thành vật liệu cánh có tiềm năng ứng dụng lớn. Hợp kim titan có đặc điểm là độ dẫn nhiệt thấp, độ dẻo thấp, mô đun đàn hồi thấp và ái lực mạnh, khiến chúng gặp phải các vấn đề như lực cắt lớn, nhiệt độ cắt cao, làm cứng nghiêm trọng và mài mòn dụng cụ lớn trong quá trình cắt. Chúng là vật liệu khó cắt điển hình (hình thái vi cấu trúc xem Hình 2a) [7]. Các đặc điểm chính của hợp kim nhiệt độ cao là độ dẻo và độ bền cao, độ dẫn nhiệt kém và có một lượng lớn dung dịch rắn đặc bên trong [8]. Biến dạng dẻo trong quá trình cắt gây ra sự biến dạng nghiêm trọng của mạng, khả năng chống biến dạng cao, lực cắt lớn và hiện tượng làm cứng nguội nghiêm trọng, đây cũng là vật liệu khó cắt điển hình (hình thái vi cấu trúc xem Hình 2b). Do đó, việc phát triển công nghệ cắt hiệu quả và chính xác cho các vật liệu khó cắt như hợp kim titan và hợp kim chịu nhiệt độ cao là rất quan trọng. Để đạt được hiệu quả và độ chính xác gia công các vật liệu khó cắt, các học giả trong và ngoài nước đã tiến hành nghiên cứu chuyên sâu từ góc độ phương pháp cắt sáng tạo, vật liệu công cụ gia công tối ưu và thông số cắt tối ưu.
Về mặt nghiên cứu và phát triển sáng tạo các phương pháp cắt, các học giả đã giới thiệu các phương tiện phụ trợ như gia nhiệt bằng laser và làm mát bằng nhiệt độ thấp để cải thiện khả năng gia công vật liệu và đạt được hiệu quả cắt. Nguyên lý hoạt động của gia công hỗ trợ gia nhiệt bằng laser [9] (xem Hình 3a) là tập trung chùm tia laser công suất cao vào bề mặt phôi ở phía trước lưỡi cắt, làm mềm vật liệu bằng cách gia nhiệt cục bộ của chùm tia, giảm độ bền kéo của vật liệu, do đó giảm lực cắt và mài mòn dụng cụ, đồng thời cải thiện chất lượng và hiệu quả cắt. Gia công hỗ trợ làm mát bằng nhiệt độ thấp [10] (xem Hình 3b) sử dụng nitơ lỏng, khí carbon dioxide áp suất cao và các phương tiện làm mát khác để phun vào bộ phận cắt để làm mát quá trình cắt, tránh vấn đề nhiệt độ cắt cục bộ quá mức do độ dẫn nhiệt kém của vật liệu và làm cho phôi nguội và giòn cục bộ, do đó tăng cường hiệu ứng bẻ phoi. Công ty Nuclear AMRC tại Anh đã sử dụng thành công khí carbon dioxide áp suất cao để làm mát quá trình gia công hợp kim titan. So với trạng thái cắt khô, phân tích cho thấy quá trình gia công hỗ trợ làm mát bằng nhiệt độ thấp không chỉ có thể giảm lực cắt và cải thiện chất lượng bề mặt cắt mà còn có hiệu quả giảm mài mòn dụng cụ và tăng tuổi thọ của dụng cụ. Ngoài ra, quá trình gia công hỗ trợ rung siêu âm [11, 12] (xem Hình 3c) cũng là một phương pháp hiệu quả để cắt hiệu quả các vật liệu khó gia công. Bằng cách áp dụng rung động tần số cao, biên độ nhỏ vào dụng cụ, quá trình gia công đạt được sự tách biệt không liên tục giữa dụng cụ và phôi, làm thay đổi cơ chế loại bỏ vật liệu, tăng cường độ ổn định của quá trình cắt động, tránh ma sát hiệu quả giữa dụng cụ và bề mặt gia công, giảm nhiệt độ cắt và lực cắt, giảm giá trị độ nhám bề mặt và giảm mài mòn dụng cụ. Các hiệu ứng quy trình tuyệt vời của nó đã nhận được sự quan tâm rộng rãi.
Đối với các vật liệu khó cắt như hợp kim titan, việc tối ưu hóa vật liệu dụng cụ có thể cải thiện hiệu quả kết quả cắt [8, 13]. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng đối với quá trình gia công hợp kim titan, có thể lựa chọn các dụng cụ khác nhau theo tốc độ gia công. Đối với quá trình cắt tốc độ thấp, sử dụng thép tốc độ cao coban cao, đối với quá trình cắt tốc độ trung bình, sử dụng dụng cụ cacbua xi măng có lớp phủ nhôm oxit và đối với quá trình cắt tốc độ cao, sử dụng dụng cụ nitrit bo khối (CBN); đối với quá trình gia công hợp kim nhiệt độ cao, nên sử dụng dụng cụ thép tốc độ cao vanadi cao hoặc cacbua xi măng YG có độ cứng cao và khả năng chống mài mòn tốt để gia công.
Các thông số cắt cũng là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hiệu quả gia công. Sử dụng các thông số cắt phù hợp cho các vật liệu tương ứng có thể cải thiện hiệu quả chất lượng và hiệu quả gia công. Lấy thông số tốc độ cắt làm ví dụ, tốc độ cắt thấp có thể dễ dàng hình thành diện tích cạnh tích tụ trên bề mặt vật liệu, làm giảm độ chính xác gia công bề mặt; tốc độ cắt cao có thể dễ dàng gây tích tụ nhiệt, gây bỏng cho phôi và dụng cụ. Về vấn đề này, nhóm của Giáo sư Zhai Yuansheng tại Đại học Khoa học và Công nghệ Cáp Nhĩ Tân đã phân tích các tính chất cơ học và vật lý của các vật liệu khó gia công thường được sử dụng và tóm tắt một bảng tốc độ cắt được khuyến nghị cho các vật liệu khó gia công thông qua các thí nghiệm gia công trực giao [14] (xem Bảng 1). Sử dụng các công cụ và tốc độ cắt được khuyến nghị trong bảng để gia công có thể giảm hiệu quả các khuyết tật gia công và mài mòn dụng cụ, đồng thời cải thiện chất lượng gia công.
Trong những năm gần đây, với sự phát triển nhanh chóng của ngành hàng không và nhu cầu thị trường ngày càng tăng, các yêu cầu về gia công hiệu quả và chính xác các cánh mỏng ngày càng tăng và nhu cầu về công nghệ kiểm soát biến dạng có độ chính xác cao hơn đã trở nên cấp thiết hơn. Trong bối cảnh công nghệ sản xuất thông minh, việc kết hợp công nghệ thông tin điện tử hiện đại để đạt được khả năng kiểm soát thông minh biến dạng và độ rung của quá trình gia công cánh động cơ máy bay đã trở thành chủ đề nóng đối với nhiều nhà nghiên cứu. Việc đưa các hệ thống CNC thông minh vào quá trình gia công chính xác các bề mặt cong phức tạp của cánh và chủ động bù đắp các lỗi trong quá trình gia công dựa trên các hệ thống CNC thông minh, có thể ngăn chặn hiệu quả biến dạng và độ rung.
Đối với việc bù lỗi chủ động trong quá trình gia công, để đạt được sự tối ưu hóa và kiểm soát các thông số gia công như đường chạy dao, trước tiên cần phải có được ảnh hưởng của các thông số quy trình đến biến dạng và độ rung gia công. Có hai phương pháp thường được sử dụng: một là phân tích và lý giải kết quả của từng lần chạy dao thông qua phép đo trên máy và phân tích lỗi [15]; phương pháp còn lại là thiết lập mô hình dự đoán biến dạng và độ rung gia công thông qua các phương pháp như phân tích động [16], mô hình phần tử hữu hạn [17], thí nghiệm [18] và mạng nơ-ron [19] (xem Hình 4).
Dựa trên mô hình dự đoán trên hoặc công nghệ đo lường trên máy, mọi người có thể tối ưu hóa và thậm chí kiểm soát các thông số gia công theo thời gian thực. Hướng chính là bù đắp các lỗi do biến dạng và rung động gây ra bằng cách lập lại đường đi của dụng cụ. Phương pháp thường được sử dụng theo hướng này là "phương pháp bù gương" [20] (xem Hình 5). Phương pháp này bù đắp biến dạng của một lần cắt duy nhất bằng cách hiệu chỉnh quỹ đạo dụng cụ danh nghĩa. Tuy nhiên, một lần bù sẽ tạo ra biến dạng gia công mới. Do đó, cần thiết lập mối quan hệ lặp lại giữa lực cắt và biến dạng gia công thông qua nhiều lần bù để hiệu chỉnh biến dạng từng cái một. Ngoài phương pháp bù lỗi chủ động dựa trên lập kế hoạch đường đi của dụng cụ, nhiều học giả cũng đang nghiên cứu cách kiểm soát biến dạng và rung động bằng cách tối ưu hóa và kiểm soát các thông số cắt và thông số dụng cụ. Đối với quá trình cắt một loại cánh động cơ máy bay nhất định, các thông số gia công đã được thay đổi trong nhiều vòng thử nghiệm trực giao. Dựa trên dữ liệu thử nghiệm, ảnh hưởng của từng thông số cắt và thông số dụng cụ đến biến dạng gia công của cánh và phản ứng rung động đã được phân tích [21-23]. Một mô hình dự đoán thực nghiệm đã được thiết lập để tối ưu hóa các thông số gia công, giảm hiệu quả biến dạng gia công và ngăn chặn rung động cắt.
Dựa trên các mô hình và phương pháp trên, nhiều công ty đã phát triển hoặc cải tiến hệ thống CNC của các trung tâm gia công CNC để đạt được khả năng điều khiển thích ứng thời gian thực đối với các thông số gia công chi tiết thành mỏng. Hệ thống phay tối ưu của công ty OMAT của Israel [24] là một đại diện tiêu biểu trong lĩnh vực này. Hệ thống này chủ yếu điều chỉnh tốc độ cấp liệu thông qua công nghệ thích ứng để đạt được mục đích phay lực không đổi và thực hiện gia công hiệu quả cao và chất lượng cao đối với các sản phẩm phức tạp. Ngoài ra, Beijing Jingdiao cũng áp dụng công nghệ tương tự trong trường hợp kỹ thuật kinh điển là hoàn thiện quá trình khắc hoa văn bề mặt vỏ trứng thông qua bù thích ứng đo lường trên máy [25]. THERRIEN của GE tại Hoa Kỳ [26] đã đề xuất một phương pháp hiệu chỉnh thời gian thực cho các mã gia công CNC trong quá trình gia công, cung cấp phương tiện kỹ thuật cơ bản để gia công thích ứng và điều khiển thời gian thực các lưỡi dao thành mỏng phức tạp. Hệ thống sửa chữa tự động của Liên minh Châu Âu dành cho các thành phần tuabin động cơ máy bay (AROSATEC) thực hiện phay chính xác thích ứng sau khi lưỡi dao được sửa chữa bằng phương pháp sản xuất bồi đắp và đã được áp dụng vào sản xuất sửa chữa lưỡi dao của công ty MTU của Đức và công ty SIFCO của Ireland [27].
Sử dụng thiết bị xử lý thông minh để cải thiện độ cứng của hệ thống xử lý và cải thiện đặc tính giảm chấn cũng là một cách hiệu quả để ngăn chặn biến dạng và rung động của quá trình gia công lưỡi dao thành mỏng, cải thiện độ chính xác gia công và cải thiện chất lượng bề mặt. Trong những năm gần đây, một số lượng lớn các thiết bị xử lý khác nhau đã được sử dụng trong quá trình gia công các loại lưỡi dao động cơ hàng không khác nhau [28]. Vì lưỡi dao động cơ hàng không thường có đặc điểm cấu trúc thành mỏng và không đều, diện tích kẹp và định vị nhỏ, độ cứng gia công thấp và biến dạng cục bộ dưới tác động của tải cắt, nên thiết bị xử lý lưỡi dao thường áp dụng hỗ trợ phụ cho phôi trên cơ sở đáp ứng nguyên tắc định vị sáu điểm [29] để tối ưu hóa độ cứng của hệ thống xử lý và ngăn chặn biến dạng gia công. Các bề mặt cong thành mỏng và không đều đưa ra hai yêu cầu đối với việc định vị và kẹp dụng cụ: thứ nhất, lực kẹp hoặc lực tiếp xúc của dụng cụ phải được phân bổ đều nhất có thể trên bề mặt cong để tránh biến dạng cục bộ nghiêm trọng của phôi dưới tác động của lực kẹp; Thứ hai, các thành phần định vị, kẹp và hỗ trợ phụ của dụng cụ cần phải phù hợp hơn với bề mặt cong phức tạp của phôi để tạo ra lực tiếp xúc bề mặt đồng đều tại mỗi điểm tiếp xúc. Để đáp ứng hai yêu cầu này, các học giả đã đề xuất một hệ thống dụng cụ linh hoạt. Hệ thống dụng cụ linh hoạt có thể được chia thành dụng cụ linh hoạt thay đổi pha và dụng cụ linh hoạt thích ứng. Dụng cụ linh hoạt thay đổi pha sử dụng các thay đổi về độ cứng và giảm chấn trước và sau khi thay đổi pha của chất lỏng: chất lỏng trong pha lỏng hoặc pha động có độ cứng và giảm chấn thấp, và có thể thích ứng với bề mặt cong phức tạp của phôi dưới áp suất thấp. Sau đó, chất lỏng được chuyển thành pha rắn hoặc được hợp nhất bởi các lực bên ngoài như điện/từ/nhiệt, và độ cứng và giảm chấn được cải thiện đáng kể, do đó cung cấp hỗ trợ đồng đều và linh hoạt cho phôi và ngăn chặn biến dạng và rung động.
Thiết bị xử lý trong công nghệ xử lý truyền thống của cánh động cơ máy bay là sử dụng vật liệu thay đổi pha như hợp kim có điểm nóng chảy thấp để lấp đầy giá đỡ phụ. Nghĩa là, sau khi phôi được định vị và kẹp tại sáu điểm, tham chiếu định vị của phôi được đúc thành khối đúc thông qua hợp kim có điểm nóng chảy thấp để cung cấp giá đỡ phụ cho phôi và định vị điểm phức tạp được chuyển đổi thành định vị bề mặt thông thường, sau đó tiến hành gia công chính xác chi tiết cần gia công (xem Hình 6). Phương pháp xử lý này có những khiếm khuyết rõ ràng: chuyển đổi tham chiếu định vị dẫn đến giảm độ chính xác định vị; khâu chuẩn bị sản xuất phức tạp và quá trình đúc và nấu chảy hợp kim có điểm nóng chảy thấp cũng gây ra các vấn đề về cặn và vệ sinh trên bề mặt phôi. Đồng thời, điều kiện đúc và nấu chảy cũng tương đối kém [30]. Để giải quyết các khiếm khuyết quy trình trên, một phương pháp phổ biến là đưa vào cấu trúc hỗ trợ đa điểm kết hợp với vật liệu thay đổi pha [31]. Đầu trên của cấu trúc hỗ trợ tiếp xúc với phôi để định vị và đầu dưới được ngâm trong khoang hợp kim có điểm nóng chảy thấp. Hỗ trợ phụ trợ linh hoạt đạt được dựa trên các đặc tính thay đổi pha của hợp kim có điểm nóng chảy thấp. Mặc dù việc đưa vào cấu trúc hỗ trợ có thể tránh được các khuyết tật bề mặt do hợp kim có điểm nóng chảy thấp tiếp xúc với lưỡi dao, nhưng do hạn chế về hiệu suất của vật liệu thay đổi pha, dụng cụ linh hoạt thay đổi pha không thể đồng thời đáp ứng hai yêu cầu chính là độ cứng cao và tốc độ phản hồi cao, và khó áp dụng cho sản xuất tự động hiệu suất cao.
Để giải quyết những nhược điểm của công cụ linh hoạt thay đổi pha, nhiều học giả đã đưa khái niệm thích ứng vào nghiên cứu và phát triển công cụ linh hoạt. Công cụ linh hoạt thích ứng có thể thích ứng với các hình dạng lưỡi phức tạp và các lỗi hình dạng có thể xảy ra thông qua các hệ thống cơ điện. Để đảm bảo lực tiếp xúc được phân bổ đều trên toàn bộ lưỡi, công cụ thường sử dụng các điểm hỗ trợ phụ trợ đa điểm để tạo thành ma trận hỗ trợ. Nhóm của Wang Hui tại Đại học Thanh Hoa đã đề xuất một thiết bị quy trình hỗ trợ phụ trợ linh hoạt đa điểm phù hợp để gia công lưỡi có hình dạng gần lưới [32, 33] (xem Hình 7). Công cụ sử dụng nhiều thành phần kẹp vật liệu linh hoạt để hỗ trợ hỗ trợ bề mặt lưỡi của lưỡi có hình dạng gần lưới, tăng diện tích tiếp xúc của mỗi vùng tiếp xúc và đảm bảo lực kẹp được phân bổ đều trên mỗi phần tiếp xúc và toàn bộ lưỡi dao, do đó cải thiện độ cứng của hệ thống quy trình và ngăn ngừa hiệu quả biến dạng cục bộ của lưỡi dao. Dụng cụ có nhiều bậc tự do thụ động, có thể thích ứng với hình dạng lưỡi dao và lỗi của nó trong khi tránh định vị quá mức. Ngoài việc đạt được sự hỗ trợ thích ứng thông qua các vật liệu linh hoạt, nguyên lý cảm ứng điện từ cũng được áp dụng vào nghiên cứu và phát triển dụng cụ linh hoạt thích ứng. Nhóm của Yang Yiqing tại Đại học Hàng không và Du hành vũ trụ Bắc Kinh đã phát minh ra một thiết bị hỗ trợ phụ dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ [34]. Dụng cụ sử dụng một giá đỡ phụ linh hoạt được kích thích bằng tín hiệu điện từ, có thể thay đổi các đặc tính giảm chấn của hệ thống quy trình. Trong quá trình kẹp, giá đỡ phụ thích ứng với hình dạng của phôi dưới tác động của nam châm vĩnh cửu. Trong quá trình gia công, rung động do phôi tạo ra sẽ được truyền đến giá đỡ phụ và lực điện từ ngược sẽ được kích thích theo nguyên lý cảm ứng điện từ, do đó triệt tiêu rung động của quá trình gia công phôi có thành mỏng.
Hiện nay, trong quá trình thiết kế thiết bị gia công, phương pháp phân tích phần tử hữu hạn, thuật toán di truyền và các phương pháp khác thường được sử dụng để tối ưu hóa bố trí các giá đỡ phụ đa điểm [35]. Tuy nhiên, kết quả tối ưu hóa thường chỉ có thể đảm bảo rằng biến dạng gia công tại một điểm được giảm thiểu và không thể đảm bảo rằng hiệu ứng ức chế biến dạng tương tự có thể đạt được ở các bộ phận gia công khác. Trong quá trình gia công lưỡi dao, một loạt các lần chạy dao thường được thực hiện trên phôi trên cùng một máy công cụ, nhưng yêu cầu kẹp để gia công các bộ phận khác nhau là khác nhau và thậm chí có thể thay đổi theo thời gian. Đối với phương pháp hỗ trợ đa điểm tĩnh, nếu độ cứng của hệ thống gia công được cải thiện bằng cách tăng số lượng giá đỡ phụ, một mặt, khối lượng và thể tích của dụng cụ sẽ tăng lên, mặt khác, không gian chuyển động của dụng cụ sẽ bị nén. Nếu vị trí của giá đỡ phụ được đặt lại khi gia công các bộ phận khác nhau, quá trình gia công chắc chắn sẽ bị gián đoạn và hiệu quả gia công sẽ giảm. Do đó, thiết bị gia công tiếp theo [36-38] tự động điều chỉnh bố trí giá đỡ và lực hỗ trợ trực tuyến theo quy trình gia công đã được đề xuất. Thiết bị xử lý tiếp theo (xem Hình 8) có thể đạt được hỗ trợ động thông qua sự hợp tác phối hợp của công cụ và dụng cụ dựa trên quỹ đạo công cụ và những thay đổi về điều kiện làm việc của quá trình cắt thay đổi theo thời gian trước khi bất kỳ quy trình xử lý nào bắt đầu: trước tiên, di chuyển giá đỡ phụ đến vị trí giúp ngăn chặn biến dạng xử lý hiện tại, do đó, khu vực xử lý của phôi được hỗ trợ tích cực, trong khi các bộ phận khác của phôi vẫn giữ nguyên vị trí với ít tiếp xúc nhất có thể, do đó phù hợp với các yêu cầu kẹp thay đổi theo thời gian trong quá trình gia công.
Để nâng cao hơn nữa khả năng hỗ trợ động thích ứng của thiết bị xử lý, đáp ứng các yêu cầu kẹp phức tạp hơn trong quy trình xử lý và cải thiện chất lượng cũng như hiệu quả sản xuất gia công lưỡi dao, hỗ trợ phụ trợ tiếp theo được mở rộng thành nhóm được hình thành bởi nhiều hỗ trợ phụ trợ động. Mỗi bộ phận hỗ trợ động đều cần phối hợp các hành động và tự động, nhanh chóng tái tạo sự tiếp xúc giữa nhóm hỗ trợ và phôi theo yêu cầu thay đổi theo thời gian của quy trình sản xuất. Quá trình tái tạo không ảnh hưởng đến vị trí của toàn bộ phôi và không gây ra sự dịch chuyển hoặc rung động cục bộ. Thiết bị xử lý dựa trên khái niệm này được gọi là thiết bị nhóm tự cấu hình lại [39], có ưu điểm là linh hoạt, có thể cấu hình lại và tự chủ. Thiết bị nhóm tự cấu hình lại có thể phân bổ nhiều giá đỡ phụ vào các vị trí khác nhau trên bề mặt được hỗ trợ theo yêu cầu của quy trình sản xuất và có thể thích ứng với các phôi có hình dạng phức tạp với diện tích lớn, đồng thời đảm bảo đủ độ cứng và loại bỏ các giá đỡ dư thừa. Phương pháp hoạt động của thiết bị cố định là bộ điều khiển gửi hướng dẫn theo chương trình đã lập trình và đế di động sẽ đưa phần tử hỗ trợ đến vị trí mục tiêu theo hướng dẫn. Yếu tố hỗ trợ thích ứng với hình dạng hình học cục bộ của phôi để đạt được sự hỗ trợ phù hợp. Các đặc tính động (độ cứng và độ giảm chấn) của vùng tiếp xúc giữa một phần tử hỗ trợ duy nhất và phôi gia công tại chỗ có thể được kiểm soát bằng cách thay đổi các thông số của phần tử hỗ trợ (ví dụ, phần tử hỗ trợ thủy lực thường có thể thay đổi áp suất thủy lực đầu vào để thay đổi các đặc tính tiếp xúc). Đặc điểm động của hệ thống quy trình được hình thành bởi sự kết hợp các đặc điểm động của vùng tiếp xúc giữa nhiều phần tử hỗ trợ và phôi, và liên quan đến các thông số của từng phần tử hỗ trợ và cách bố trí của nhóm phần tử hỗ trợ. Thiết kế sơ đồ tái cấu trúc hỗ trợ đa điểm của đồ gá nhóm tự cấu hình cần xem xét ba vấn đề sau: thích ứng với hình dạng hình học của phôi, định vị lại nhanh chóng các thành phần hỗ trợ và phối hợp hợp tác của nhiều điểm hỗ trợ [40]. Do đó, khi sử dụng đồ gá nhóm tự cấu hình lại, cần sử dụng hình dạng phôi, đặc tính tải và điều kiện biên cố hữu làm đầu vào để giải quyết bố cục hỗ trợ đa điểm và các thông số hỗ trợ trong các điều kiện xử lý khác nhau, lập kế hoạch đường di chuyển hỗ trợ đa điểm, tạo mã điều khiển từ kết quả giải pháp và nhập vào bộ điều khiển. Hiện nay, các học giả trong và ngoài nước đã tiến hành một số nghiên cứu và thử nghiệm về đồ gá nhóm tự cấu hình. Ở nước ngoài, dự án SwarmItFIX của EU đã phát triển một hệ thống đồ gá tự cấu hình lại có khả năng thích ứng cao mới [41], sử dụng một bộ giá đỡ phụ trợ di động để di chuyển tự do trên bàn làm việc và định vị lại theo thời gian thực để hỗ trợ tốt hơn các bộ phận đã xử lý. Nguyên mẫu của hệ thống SwarmItFIX đã được triển khai trong dự án này (xem Hình 9a) và được thử nghiệm tại địa điểm của một nhà sản xuất máy bay Ý. Tại Trung Quốc, nhóm của Wang Hui tại Đại học Thanh Hoa đã phát triển một bàn làm việc hỗ trợ kẹp bốn điểm có thể được điều khiển phối hợp với một máy công cụ [42] (xem Hình 9b). Bàn làm việc này có thể hỗ trợ mộng nhô ra và tự động tránh dụng cụ trong quá trình gia công tinh xảo mộng của cánh tuabin.
Khi yêu cầu thiết kế tỷ lệ lực đẩy trên trọng lượng của động cơ máy bay tiếp tục tăng, số lượng các bộ phận dần dần giảm xuống và mức độ ứng suất của các bộ phận ngày càng cao hơn. Hiệu suất của hai vật liệu kết cấu nhiệt độ cao truyền thống chính đã đạt đến giới hạn. Trong những năm gần đây, vật liệu mới cho cánh động cơ máy bay đã phát triển nhanh chóng và ngày càng có nhiều vật liệu hiệu suất cao được sử dụng để chế tạo cánh có thành mỏng. Trong số đó, γ- Hợp kim TiAl[43] có các tính chất tuyệt vời như cường độ riêng cao, khả năng chịu nhiệt độ cao và khả năng chống oxy hóa tốt. Đồng thời, mật độ của nó là 3.9g/cm3, chỉ bằng một nửa mật độ của hợp kim chịu nhiệt độ cao. Trong tương lai, nó có tiềm năng lớn làm lưỡi dao trong phạm vi nhiệt độ 700-800℃. Mặc dù γ- Hợp kim TiAl có tính chất cơ học tuyệt vời, độ cứng cao, độ dẫn nhiệt thấp, độ bền gãy thấp và độ giòn cao dẫn đến tính toàn vẹn bề mặt kém và độ chính xác thấp. γ- Vật liệu hợp kim TiAl trong quá trình cắt, ảnh hưởng nghiêm trọng đến tuổi thọ của các bộ phận. Do đó, nghiên cứu chế biến γ- Hợp kim TiAl có ý nghĩa và giá trị lý thuyết quan trọng, là hướng nghiên cứu quan trọng của công nghệ gia công lưỡi dao hiện nay.
Các cánh quạt Aeroengine có bề mặt cong phức tạp và yêu cầu độ chính xác hình dạng cao. Hiện nay, gia công chính xác của chúng chủ yếu sử dụng các phương pháp gia công thích ứng hình học dựa trên lập kế hoạch đường đi và tái tạo mô hình. Phương pháp này có thể giảm hiệu quả tác động của các lỗi do định vị, kẹp, v.v. lên độ chính xác gia công cánh quạt. Ảnh hưởng. Tuy nhiên, do độ dày không đồng đều của phôi cánh quạt rèn khuôn, độ sâu cắt ở các vùng khác nhau của dụng cụ sẽ khác nhau trong quá trình cắt theo đường đi đã lập kế hoạch, điều này mang lại các yếu tố không chắc chắn cho quá trình cắt và ảnh hưởng đến độ ổn định của quá trình gia công. Trong tương lai, trong quá trình gia công thích ứng CNC, các thay đổi trạng thái gia công thực tế sẽ được theo dõi tốt hơn [44], do đó cải thiện đáng kể độ chính xác gia công của các bề mặt cong phức tạp và hình thành phương pháp gia công thích ứng điều khiển thay đổi theo thời gian, điều chỉnh các thông số cắt dựa trên dữ liệu phản hồi thời gian thực.
Là loại chi tiết lớn nhất trong động cơ, hiệu quả sản xuất của cánh quạt ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả sản xuất chung của động cơ, chất lượng sản xuất của cánh quạt ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất và tuổi thọ của động cơ. Do đó, gia công chính xác thông minh của cánh quạt đã trở thành hướng phát triển của sản xuất cánh quạt động cơ trên thế giới hiện nay. Nghiên cứu và phát triển máy công cụ và thiết bị xử lý là chìa khóa để hiện thực hóa quá trình gia công cánh quạt thông minh. Với sự phát triển của công nghệ CNC, trình độ thông minh của máy công cụ đã được cải thiện nhanh chóng, năng lực xử lý và sản xuất đã được nâng cao đáng kể. Do đó, nghiên cứu và phát triển và đổi mới thiết bị xử lý thông minh là một hướng phát triển quan trọng để gia công hiệu quả và chính xác các cánh quạt thành mỏng. Máy công cụ CNC có độ thông minh cao được kết hợp với thiết bị xử lý để tạo thành hệ thống gia công cánh quạt thông minh (xem Hình 10), hiện thực hóa quá trình gia công CNC có độ chính xác cao, hiệu suất cao và thích ứng của các cánh quạt thành mỏng.
Tin tức nóng2024-12-31
2024-12-04
2024-12-03
2024-12-05
2024-11-27
2024-11-26
Đội ngũ bán hàng chuyên nghiệp của chúng tôi đang chờ đợi sự tư vấn của bạn.
EN
AR
BG
HR
CS
DA
NL
FI
FR
DE
EL
HI
IT
JA
KO
KHÔNG
PL
PT
RO
RU
ES
SV
TL
IW
LV
LT
SR
SK
SL
UK
VI
ET
HU
TH
TR
AF
MS
GA
IS
