Análisis del proceso de mecanizado de perfiles de grandes palas turbo de titanio

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Las aspas del ventilador del motor turbofan de gran relación de derivación han alcanzado básicamente más de 500 mm en términos de longitud y tamaño. Esta característica estructural a gran escala hace que la fuerza centrífuga y el estrés por vibración sean muy grandes durante su trabajo, por lo que también se ha convertido en un motor turbo de gran tamaño en piezas muy importantes.

En la actualidad, muchos motores turbofan todavía utilizan aspas de ventilador de amortiguación de aleación de titanio más maduras. La estructura estrecha y larga de este perfil de pala hace que su débil rigidez en forma de estructura de paredes delgadas en la dirección del fondo del lavabo sea más prominente. La escasa rigidez de la estructura y la gran superficie del perfil, siendo la naturaleza del material difícil de procesar, repercuten negativamente en la estructura tradicional. proceso de mecanizado, que se refleja intuitivamente en la precisión del tamaño del contorno y la precisión de la posición del perfil. Es difícil de garantizar, la eficiencia del pulido manual es baja, la intensidad del trabajo es grande y el tipo de hoja es propenso a quemarse y ablación. 

La existencia de los problemas anteriores constituye un cuello de botella para la producción de palas. Con el desarrollo y la aplicación de la vinculación multieje Mecanizado CNC La tecnología y la investigación sobre la tecnología de mecanizado de este perfil de hoja, las dificultades de este mecanizado de perfil de hoja se han ido superando gradualmente, y la calidad y el nivel de eficiencia del mecanizado han alcanzado un estado relativamente ideal.

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La principal ruta tecnológica del mecanizado CNC de grandes perfiles de aspas de abanico de aleación de titanio

Para el mecanizado del perfil grande de la paleta del ventilador de aleación de titanio, considerando todos los aspectos involucrados en el proceso tradicional, sus efectos adversos tienen los siguientes aspectos.

1. Influencia de los materiales

1. ▶ La aleación de titanio tiene un pequeño módulo elástico, que es fácil de provocar la deformación de sujeción del mecanizado de la hoja; el desgaste de la cara del flanco durante el mecanizado tiende a aumentar la fuerza de corte.
2. ▶ La mala conductividad térmica, el pulido en seco pulido a mano es fácil de causar deformación por tensión, quemaduras y ablación.

2. Influencia de la estructura de la pala

1. ▶ El área de mecanizado general del perfil es grande y la precisión causada por el desgaste durante todo el proceso de la herramienta se ve muy afectada.
2. ▶ Debido a los inconvenientes en el manejo, el pulido manual requiere mucha mano de obra y la precisión del mecanizado es difícil de garantizar.

3. Influencia del estado de la lana

Debido a la influencia de los materiales y las especificaciones, es difícil obtener una distribución de margen ideal, lo que da como resultado fluctuaciones de la fuerza de corte causadas por la eliminación desigual del margen del perfil y la deformación por tensión.

4. Influencia de las funciones de la máquina herramienta

1. ▶ La estructura curva del perfil de la hoja, la dirección de corte de la herramienta, el ángulo de corte real y los parámetros de corte son diferentes, lo que da como resultado cambios en la fuerza de corte.
2. ▶ Las malas condiciones de refrigeración, la refrigeración insuficiente y la ausencia de refrigeración provocan deformaciones por tensión térmica.

Teniendo como objetivo los factores difíciles del mecanizado de la superficie de la pala de los ventiladores de aleación de titanio grandes, basados ​​en las ventajas integrales de mecanizado de la tecnología de mecanizado CNC de varillaje multieje, la ruta principal de mecanizado determinada es: 

el mecanizado de la espiga de la hoja y el dato de posicionamiento auxiliar → el perfil de la hoja Fresado en desbaste CNC Mecanizado → Recocido de alivio de tensión → Reparación de referencia de posicionamiento → Fresado de hoja CNC con control numérico → Acabado de perfil. 

La idea general del proceso establecida por la ruta del proceso anterior es: el proceso de fresado de desbaste CNC de superficie elimina la mayor parte del margen, y el proceso de fresado de acabado tiene una distribución de margen ideal; el proceso de fresado de precisión CNC del perfil de la hoja asegura la geometría del perfil Y la precisión de la posición básicamente cumple con los requisitos de precisión final de la hoja; el acabado del perfil de la hoja asegura que la calidad de la capa superficial del perfil cumpla con los requisitos.

Los puntos principales del fresado CNC del perfil grande de la paleta del ventilador de aleación de titanio

De acuerdo con los requisitos tecnológicos generales del perfil de la cuchilla, el fresado del perfil de la cuchilla debe garantizar que la precisión de la posición geométrica del perfil cumpla básicamente con los requisitos de diseño y tenga una cierta calidad de rugosidad superficial. Al mismo tiempo, la mejora de la eficiencia en el mecanizado es también el foco del fresado de perfiles Work one. 

De acuerdo con la comprensión de las características de mecanizado del perfil grande de la paleta del ventilador de aleación de titanio, es necesario considerar exhaustivamente la influencia de muchos factores, como equipos, herramientas, posicionamiento de mecanizado, etc. Para el fresado de grandes aspas de ventilador de aleación de titanio, es necesario seleccionar un centro de mecanizado de cinco ejes. La selección de un centro de mecanizado de cuchillas articuladas de cinco ejes maduro tiene tanto consideraciones de mecanizado de alta eficiencia como capacidades de garantía de precisión de mecanizado. 

Para el mecanizado de perfiles con grandes cambios de curvatura, la función del ángulo de giro del husillo de la máquina herramienta se puede adaptar bien a los requisitos de fuerza de corte constante correspondiente al cambio en la curvatura del perfil. El sistema de enfriamiento de alta presión de la máquina herramienta reduce en gran medida la temperatura de corte y evita el rápido desgaste de la herramienta. , Para que el mecanizado de perfiles pueda obtener una buena precisión de mecanizado y calidad de mecanizado de superficies. Para prevenir y reducir la deformación por torsión durante la sujeción y el corte de la hoja larga, es necesario asegurarse de que la rotación ejes de las cuchillas en los extremos delantero y trasero del equipo tienen una función de rotación síncrona, y el propósito es cambiar la sujeción de un extremo y un extremo de la tecnología tradicional de mecanizado de cuchillas. 

Método de sujeción de posicionamiento apretado para evitar la deformación por flexión durante la sujeción de la hoja y la deformación por torsión del perfil de la hoja en la dirección longitudinal causada por un extremo girando y un extremo siguiendo durante el mecanizado de rotación de la cuchilla. Para cumplir con los requisitos de posicionamiento y sujeción de la hoja, la parte de posicionamiento auxiliar en el extremo posterior de la hoja tiene requisitos estrictos de precisión de posición en relación con la referencia de posicionamiento de la espiga en el extremo delantero. 

Una vez completado el desbaste del perfil, se reparará la parte delantera y trasera de la hoja debido a la deformación por tensión. El error de precisión de la posición entre las referencias de posicionamiento final debe repararse. Después de instalar las plantillas para el mecanizado del perfil de la hoja en los ejes giratorios en los extremos delantero y trasero de la máquina herramienta, y después de determinar que no hay error de concentricidad en los ejes giratorios en los extremos delantero y trasero de la máquina herramienta, la precisión de la instalación de la parte delantera y trasera accesorios se detecta y ajusta mediante un mandril especial. Asegúrese de que el accesorios en ambos extremos tienen una relación de precisión posicional precisa, a fin de evitar la tensión de torsión adicional causada por la función de rotación síncrona de los ejes giratorios delantero y trasero de la máquina herramienta debido a la mala precisión de sujeción de la accesorios. El fresado basto del perfil de la hoja es para eliminar un gran margen y dejar un margen de mecanizado uniforme para el acabado. Bajo esta premisa, el mecanizado de este proceso debe garantizar una alta eficiencia de mecanizado. El centro de mecanizado de cuchillas articuladas de cinco ejes tiene una función de mecanizado de hilera ancha. 

El principio es que al fresar la hoja, la línea central de la herramienta no es perpendicular a la tangente del punto o la superficie que se está fresando, sino en la dirección de la herramienta y el punto o la superficie que se está fresando. La dirección normal está en cierto ángulo. Este tipo de fresado utiliza una fresa cilíndrica y la trayectoria de fresado es un arco elíptico ancho. En comparación con el fresado de una cabeza de bola, se fresa la misma altura de pico de perfil o superficie. En términos de calidad, la distancia entre las trayectorias de herramientas generadas es mucho mayor. Por lo tanto, este tipo de mecanizado tiene una alta eficiencia de mecanizado. En el mecanizado real, se utiliza el método de mecanizado rotativo que se mueve de un extremo al otro extremo a lo largo de la hoja, es decir, el método de fresado en espiral. Desde la perspectiva de la eficiencia, el método de fresado en espiral también tiene una mayor eficiencia de mecanizado en comparación con el método de fresado longitudinal. El fresado fino del perfil de la cuchilla es para obtener una mayor precisión geométrica y de posición, y al mismo tiempo hacer que el nivel de rugosidad del perfil cumpla con ciertos requisitos. Para reducir el impacto del "rebote" causado por el mecanizado de materiales de aleación de titanio y el impacto del desgaste de la herramienta en la precisión del mecanizado durante el mecanizado de perfiles de gran superficie, la herramienta debe estar afilada y evitar el mecanizado prolongado de una herramienta. Por este motivo, si es posible, utilice una fresa para realizar el fresado longitudinal del perfil. El fresado longitudinal puede utilizar varias herramientas para fresar la superficie posterior de la hoja, la superficie de la hoja, el borde de entrada y el borde de escape, para evitar el desgaste causado por un mecanizado a gran escala de una herramienta y para producir un nivel de precisión en la superficie de la espada. 

La inconsistencia es propicia para el acabado final del perfil. Al fresar una pala de rotor de ventilador de aleación de titanio grande, para mejorar las condiciones de corte, son necesarias todas las medidas para evitar el desgaste de la herramienta. En cuanto a la selección de materiales y especificaciones de la herramienta, la fresa de bolas cilíndricas recubierta de aleación dura en general se utiliza para procesar el lado interno de la placa del borde de la hoja, el lado interno de la placa del borde y el arco de transición del perfil, el perfil de transición cerca a la placa del borde 1. Para los bordes de admisión y escape, seleccione una fresa de extremo con un inserto cilíndrico y una hoja recubierta de aleación dura para procesar la superficie del perfil de área grande del recipiente de la hoja de la hoja y la parte posterior de la hoja. 

La selección de materiales de recubrimiento para el mecanizado de herramientas de aleación de titanio es muy importante. Evite el uso de materiales de revestimiento que tengan afinidad con las aleaciones de titanio. En la actualidad, las herramientas recubiertas de PVD se utilizan comúnmente para mecanizar aleaciones de titanio. El revestimiento de PVD es fino y liso. Cuando se unen al sustrato de carburo cementado de la herramienta, también producirán una tensión residual. Esta tensión favorece la mejora de la resistencia al daño de la herramienta. PVD Se puede unir estrechamente a la herramienta, lo que es útil para mantener la forma afilada del borde de corte. La herramienta PVD tiene buena resistencia a la abrasión, propiedades químicas estables y no es fácil de producir un borde reforzado. Durante el mecanizado, se debe utilizar suficiente refrigerante para enfriar la herramienta y mejorar el impacto de la fricción, seleccionar parámetros de corte razonables y mejorar el efecto de la fuerza de corte.

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Características del acabado CNC de grandes perfiles de aspas de abanico de titanio

El acabado del perfil de la hoja es para garantizar que la rugosidad y ondulación del perfil cumplan con los requisitos de diseño, el rendimiento de la estructura del material no cambia y las dimensiones geométricas y la precisión de posición obtenidas mediante el fresado básicamente no cambian durante el mecanizado. 

Para el mecanizado real, el acabado del perfil de la hoja se basa en eliminar las marcas de herramienta restantes en el proceso de fresado para lograr la rugosidad y ondulación requeridas. La cantidad de eliminación de metal en cada lado de la superficie de la moldura no debe ser superior a 0.05 mm. En la actualidad, el uso de máquinas herramienta de rectificado y pulido de banda abrasiva CNC para el acabado de la superficie de la hoja es un método más maduro para aplicaciones prácticas de mecanizado, y el uso de máquinas herramienta de rectificado de muelas de diamante CNC para el acabado de la superficie de la hoja es una aplicación de prueba. Fuera. 

La razón por la que se seleccionan estos métodos de mecanizado para su aplicación es porque tienen sus propias características. En primer lugar, para el método de mecanizado de máquinas herramienta de rectificado y pulido de banda abrasiva CNC, tiene las siguientes características:

1. ▶ El grano abrasivo de la banda abrasiva es afilado y la eficiencia de pulido es alta, que ha alcanzado 10 veces el pulido y 5 veces el pulido ordinario de la muela;
2. ▶ La fricción entre el pulido de la banda abrasiva y la pieza de trabajo es pequeña, el pulido genera poco calor, la circunferencia de la banda abrasiva es grande y la partícula abrasiva tiene un intervalo de tiempo prolongado para la disipación del calor. Es fácil obtener un enfriamiento completo del aire y del fluido de corte, lo que puede reducir eficazmente la deformación de la pieza de trabajo. Quemaduras y ablación;
3. ▶ La suavidad de la cinta abrasiva y la estructura del cuerpo de goma en la superficie de la rueda de trabajo garantizan que la cinta abrasiva esté en contacto con la pieza de trabajo y tenga un buen efecto de rodaje y pulido;
4. ▶ Rectificado con banda abrasiva Hay un tamaño de herramienta abrasiva estable, debido a que la banda abrasiva está unida a la rueda de trabajo para rectificar, el tamaño de la herramienta abrasiva tiene mejor estabilidad;
5. ▶ El pulido de la banda abrasiva no se puede procesar durante mucho tiempo con una gran cantidad de remoción, y la banda abrasiva contiene La cantidad total de abrasivos es limitada, y el mecanizado a largo plazo con una gran remoción en exceso consumirá rápidamente los abrasivos, y es necesario interrumpir el mecanizado y sustituir la cinta abrasiva.

Las características mencionadas anteriormente del pulido con cinta abrasiva hacen posible que el pulido de la superficie de las palas de un ventilador de aleación de titanio grande realice una producción mecanizada en condiciones controladas por programa. En la actualidad, hay dos métodos para elegir para el método de pulido de banda CNC utilizado para el pulido de la hoja: uno es usar una máquina pulidora y pulidora de banda CNC de seis ejes, y el otro es usar un sistema de pulido de banda CNC robotizado. mecanizado. La función de movimiento de la máquina rectificadora y pulidora de banda CNC de seis ejes es similar a la del centro de mecanizado CNC de cinco ejes durante el fresado. 

La diferencia estructural entre la muela abrasiva de banda y el mecanizado de la fresa hace necesario adaptar el mecanizado del perfil a la estructura de la hoja. Con función de ángulo de giro en 2 direcciones. La máquina pulidora y pulidora de banda abrasiva CNC de seis ejes tiene la función doble de pulido y pulido de perfiles. La transformación de la función depende de la transformación del cabezal de potencia en forma de rectificado rígido y rectificado flotante. 

Durante el proceso de pulido, se activa el mecanismo de flotación de presión constante, de modo que el sensor de presión, el sensor de potencia de molienda, el cilindro de presión constante y otros mecanismos pueden controlar con precisión el cambio de la presión de avance de molienda para adaptarse a la diferencia en el tamaño de cada perfil de la hoja dentro de un cierto rango. Mecanizado de pulido sin destruir la precisión del perfil. Al realizar el rectificado de perfiles, el mecanismo flotante de la rueda de contacto se bloquea para permitir un rectificado rígido del perfil. 

El proceso de rectificado rígido del perfil puede complementar o reemplazar la situación cuando la precisión de precisión del perfil es pobre, y el tamaño de grano de la banda abrasiva utilizada debe cambiarse de acuerdo con el margen. Este mecanizado cambiará la precisión de la posición dimensional original y, en relación con el proceso de fresado, la eliminación de márgenes excesivos producirá una mayor deformación por tensión. Por lo tanto, no se recomienda utilizar la función de molienda bajo la premisa de que el proceso de molienda tiene la capacidad de garantizar la precisión. El método de pulido de banda abrasiva del robot CNC consiste en que el robot sostiene la hoja y realiza un movimiento compuesto bajo el control del programa para realizar el pulido mecanizado en una máquina de banda abrasiva fija. El mecanizado utiliza tecnología de ingeniería inversa. Antes del mecanizado, el robot sujeta la parte de la espiga de la hoja para escanear el perfil del perfil de la hoja, luego el mecanismo de mecanizado de datos genera un programa de control de mecanizado y finalmente realiza el pulido de la hoja bajo el control del programa. En la actualidad, debido a la limitación de la precisión del movimiento, el método de pulido de banda abrasiva de robot generalmente solo se usa como un método de pulido de perfiles. El método de rectificado de las muelas abrasivas de diamante CNC pertenece al típico rectificado duro y rígido. El mecanismo de movimiento de la máquina herramienta utilizado es básicamente el mismo que el del centro de mecanizado de fresado de cuchillas de varillaje de cinco ejes. La herramienta de corte utilizada es para cambiar la fresa vertical a la superficie recubierta con polvo de diamante. Muela abrasiva cilíndrica. Durante el rectificado, se utiliza tecnología de mecanizado de línea ancha. Este tipo de método de mecanizado es un rectificado duro y rígido. Debido a que la rueda de diamante en sí tiene poca permeabilidad al aire, no puede lograr el efecto de disipación de calor almacenando e intercambiando el medio de enfriamiento, por lo que no es adecuado para pulir la superficie de la pieza con una gran cantidad de remoción, e incluso es un proceso que elimina un pequeño margen, y también es fácil quemar el esmerilado de la superficie de la cuchilla del material de aleación de titanio. 

Por lo tanto, cuando se utiliza este método para procesar la superficie de la hoja de la hoja de aleación de titanio, es necesario encontrar los parámetros de corte más adecuados y el enfriamiento de la máquina herramienta. El camino debe ser muy efectivo. Además, las propiedades de rectificado duro y rígido del disco de diamante en la superficie del perfil también tienen un cierto "borde" de la fresa. Aunque se puede mejorar ajustando el programa a las especificaciones de la muela, no se puede eliminar por completo. El impacto de la fatiga de la hoja es desfavorable, por lo que se deben tomar medidas complementarias para eliminar las "crestas" de la superficie. También puede ser necesario utilizar máquinas herramienta de lijado y pulido de cinta abrasiva CNC para el mecanizado complementario bajo el control de los programas correspondientes. Además, el uso de propiedades abrasivas libres del método de soplado de arena húmeda para mecanizado complementario también debería ser un método factible. Debido a las características mencionadas anteriormente del método de rectificado de muelas abrasivas de diamante CNC, su aplicación de mecanizado aún se encuentra en la etapa exploratoria. En la actualidad, el método de máquina herramienta de pulido y pulido de banda abrasiva CNC se está convirtiendo en el método más adecuado para el pulido de perfiles de hoja grandes debido a sus muchas ventajas. Su amplia ventaja es que se puede utilizar para triturar en seco y en húmedo. También puede realizar un pulido a temperatura ultrabaja bajo enfriamiento con CO2, lo cual es muy beneficioso para evitar quemaduras y ablación del pulido del perfil de la hoja de material de aleación de titanio grande. 

La aplicación de máquinas herramienta de pulido y rectificado CNC ha cambiado el pulido manual a gran escala de perfiles de hojas grandes, lo que ha jugado un papel importante en la mejora de la eficiencia de producción de hojas grandes. El desarrollo y la aplicación de la tecnología de mecanizado de varillaje de ejes múltiples ha mejorado en gran medida la precisión y la capacidad de garantía de calidad del eslabón de mecanizado clave del mecanizado de perfiles de aspas de ventilador de motor grande, y también ha logrado resultados satisfactorios en la eficiencia del mecanizado. Creo que con el proceso de investigación continua y mejora de la tecnología de equipos, se desarrollará tecnología de mecanizado de perfiles de aspas de ventilador a gran escala en la dirección de la mecanización y la automatización.

Enlace a este artículo: Análisis del proceso de mecanizado de perfiles de álabes de turbina de titanio grandes

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