Tecnologia e equipamentos de usinagem precisa para pás finas, especiais e complexas de motores aeronáuticos

Como um componente-chave para alcançar o desempenho dos motores a jato, as pás têm características típicas, como paredes finas, formas especiais, estruturas complexas, materiais difíceis de processar e altos requisitos para precisão de processamento e qualidade de superfície. Como alcançar um processamento preciso e eficiente das pás é um grande desafio no campo atual de fabricação de motores a jato. Através da análise dos fatores-chave que afetam a precisão do processamento das pás, o estado atual da pesquisa sobre tecnologia e equipamentos de processamento preciso de pás é resumido de forma abrangente, e a tendência de desenvolvimento da tecnologia de processamento de pás de motores a jato é prospectada.

Na indústria aeroespacial, peças leves, de alta resistência e com paredes finas são amplamente utilizadas e são componentes-chave para alcançar o desempenho de equipamentos importantes, como motores de aviões [1]. Por exemplo, as pás de liga de titânio dos motores de aviões com grande razão de bypass (veja Figura 1) podem ter até 1 metro de comprimento, com perfis de pá complexos e estruturas de plataforma amortecedora, e a espessura da parte mais fina é de apenas 1,2 mm, sendo uma peça típica de grande porte com paredes finas e formato especial [2]. Como uma peça típica com paredes finas, forma especial e baixa rigidez, a pá está sujeita a deformações e vibrações durante o processamento [3]. Esses problemas afetam seriamente a precisão do processamento e a qualidade superficial da pá.

O desempenho do motor depende em grande parte do nível de fabricação das pás. Durante a operação do motor, as pás precisam funcionar de forma estável em ambientes operacionais extremos como alta temperatura e alta pressão. Isso exige que o material da pá tenha boa resistência, resistência à fadiga e resistência à corrosão por altas temperaturas, além de garantir estabilidade estrutural [2]. Normalmente, ligas de titânio ou ligas de alta temperatura são usadas para as pás dos motores aeronáuticos. No entanto, as ligas de titânio e as ligas de alta temperatura têm baixa usinabilidade. Durante o processo de corte, a força de corte é grande e a ferramenta desgasta rapidamente. À medida que o desgaste da ferramenta aumenta, a força de corte irá aumentar ainda mais, resultando em deformações e vibrações mais sérias durante o processo de usinagem, levando a baixa precisão dimensional e má qualidade superficial das peças. Para atender aos requisitos de desempenho do motor sob condições de trabalho extremas, a precisão de usinagem e a qualidade superficial das pás são extremamente altas. Tomando como exemplo as pás de ventilador de liga de titânio usadas em um motor turbofan de alto índice de bypass nacional, o comprimento total da pá é de 681mm, enquanto a espessura é inferior a 6mm. O requisito de perfil é de -0,12 a +0,03mm, a precisão dimensional das bordas de entrada e saída é de -0,05 a +0,06mm, e o erro de torção da seção da pá deve estar dentro ± 10′, e o valor de rugosidade da superfície Ra é melhor do que 0.4 μ m. Isso geralmente requer usinagem de precisão em uma ferramenta CNC de cinco eixos. No entanto, devido à baixa rigidez da lâmina, estrutura complexa e materiais difíceis de usinar, para garantir a precisão e a qualidade da usinagem, o pessoal de processo precisa ajustar os parâmetros de corte várias vezes durante o processo de usinagem, o que limita seriamente o desempenho do centro de usinagem CNC e causa uma enorme perda de eficiência [4]. Portanto, com o rápido desenvolvimento da tecnologia de usinagem CNC, como alcançar controle de deformação e supressão de vibração na usinagem de peças de parede fina e aproveitar ao máximo as capacidades de usinagem dos centros de usinagem CNC tornou-se uma necessidade urgente para empresas de manufatura avançada.

A pesquisa sobre a tecnologia de controle de deformação de peças rígidas fracas de parede fina tem atraído a atenção de engenheiros e pesquisadores por muito tempo. Na prática produtiva inicial, as pessoas frequentemente utilizam a estratégia de linha d'água de usinagem alternada em ambos os lados das estruturas de parede fina, o que pode reduzir facilmente os efeitos adversos da deformação e da vibração na precisão dimensional até certo ponto. Além disso, existe também a possibilidade de melhorar a rigidez do processo por meio da configuração de estruturas sacrificiais pré-fabricadas, como nervuras de reforço.

Tecnologia de corte para materiais difíceis de cortar

Para atender aos requisitos de um serviço estável em um ambiente de alta temperatura e alta pressão, os materiais comumente usados para as pás de motores aeronáuticos são ligas de titânio ou ligas de alta temperatura. Nos últimos anos, compostos intermetálicos de titânio-alumínio também se tornaram um material de pás com grande potencial de aplicação. As ligas de titânio têm as características de baixa condutividade térmica, baixa plasticidade, módulo elástico baixo e forte afinidade, o que faz com que apresentem problemas como força de corte elevada, alta temperatura de corte, endurecimento severo do trabalho e desgaste significativo da ferramenta durante o corte. Elas são materiais típicos difíceis de cortar (morfologia microestrutural veja Figura 2a) [7]. As principais características das ligas de alta temperatura são alta plasticidade e resistência, má condutividade térmica e uma grande quantidade de solução sólida densa internamente [8]. A deformação plástica durante o corte causa distorção severa da rede cristalina, alta resistência à deformação, força de corte elevada e fenômeno severo de endurecimento frio, sendo também materiais típicos difíceis de cortar (morfologia microestrutural veja Figura 2b). Portanto, é muito importante desenvolver tecnologias de corte eficientes e precisas para materiais difíceis de cortar, como ligas de titânio e ligas de alta temperatura. Para alcançar um corte eficiente e preciso desses materiais difíceis de cortar, acadêmicos nacionais e estrangeiros realizaram pesquisas aprofundadas sob diferentes perspectivas, como métodos inovadores de corte, materiais ideais para ferramentas de corte e parâmetros de corte otimizados.

2.1 Inovação dos métodos de processamento de corte

Em termos de pesquisa e desenvolvimento inovadores de métodos de corte, os estudiosos introduziram meios auxiliares como aquecimento a laser e resfriamento criogênico para melhorar a usinabilidade dos materiais e alcançar um corte eficiente. O princípio de funcionamento do processamento assistido por aquecimento a laser [9] (ver Figura 3a) é focar um feixe de laser de alta potência na superfície da peça à frente da borda de corte, amolecer o material por meio do aquecimento local do feixe, reduzir a resistência ao escoamento do material, diminuir assim a força de corte e o desgaste da ferramenta, e melhorar a qualidade e a eficiência do corte. O processamento assistido por resfriamento criogênico [10] (ver Figura 3b) utiliza meios de resfriamento como nitrogênio líquido, gás dióxido de carbono de alta pressão e outros para pulverizar sobre a parte de corte, resfriando o processo de corte, evitando o problema de temperatura excessiva local causada pelo mau condutor térmico do material, e tornando a peça localmente fria e frágil, melhorando assim o efeito de quebra de chips. A empresa Nuclear AMRC no Reino Unido utilizou com sucesso gás dióxido de carbono de alta pressão para resfriar o processo de usinagem de ligas de titânio. Comparado ao estado de corte seco, a análise mostra que o processamento assistido por resfriamento criogênico não apenas reduz a força de corte e melhora a qualidade da superfície cortada, mas também reduz eficazmente o desgaste da ferramenta e aumenta sua vida útil. Além disso, o processamento assistido por vibração ultrasônica [11, 12] (ver Figura 3c) também é um método eficaz para o corte eficiente de materiais difíceis de usinar. Aplicando vibrações de alta frequência e pequena amplitude à ferramenta, alcança-se uma separação intermitente entre a ferramenta e a peça durante o processo de usinagem, alterando o mecanismo de remoção de material, melhorando a estabilidade do corte dinâmico, evitando eficazmente a fricção entre a ferramenta e a superfície usinada, reduzindo a temperatura de corte e a força de corte, diminuindo os valores de rugosidade superficial e reduzindo o desgaste da ferramenta. Seus excelentes efeitos de processo têm recebido ampla atenção.

2.2 Seleção de materiais para ferramentas

Para materiais difíceis de usinar, como ligas de titânio, otimizar os materiais das ferramentas pode melhorar eficazmente os resultados de usinagem [8, 13]. Estudos mostraram que, para a usinagem de ligas de titânio, diferentes ferramentas podem ser selecionadas de acordo com a velocidade de processamento. Para usinagem em baixa velocidade, utiliza-se aço de alta velocidade com alto teor de cobalto; para usinagem em velocidade média, utilizam-se ferramentas de carbeto de tungstênio com revestimento de óxido de alumínio; e para usinagem em alta velocidade, utilizam-se ferramentas de nitreto cúbico de boro (CBN). Para a usinagem de ligas de altas temperaturas, devem ser usadas ferramentas de aço de alta velocidade com alto teor de vanádio ou ferramentas de carbeto YG com alta dureza e boa resistência ao desgaste.

2.3 Parâmetros de corte ótimos

Os parâmetros de corte também são um fator importante que afeta o resultado do usinamento. O uso de parâmetros de corte apropriados para os materiais correspondentes pode melhorar eficazmente a qualidade e a eficiência do usinamento. Tomando como exemplo o parâmetro de velocidade de corte, uma velocidade de corte baixa pode facilmente formar uma área de borda soldada na superfície do material, reduzindo a precisão do usinamento da superfície; uma velocidade de corte alta pode facilmente causar acúmulo de calor, causando queimaduras na peça e na ferramenta. Nesse aspecto, a equipe do Professor Zhai Yuansheng, da Universidade de Ciência e Tecnologia de Harbin, analisou as propriedades mecânicas e físicas dos materiais difíceis de usinar comumente utilizados e resumiu uma tabela recomendada de velocidades de corte para materiais difíceis de usinar por meio de experimentos ortogonais de usinamento [14] (veja Tabela 1). Usar as ferramentas e velocidades de corte recomendadas na tabela para usinagem pode reduzir eficazmente os defeitos de usinagem e o desgaste das ferramentas, melhorando a qualidade do usinamento.

3 Tecnologia de usinagem CNC de precisão para superfícies complexas de lâminas

Nos últimos anos, com o desenvolvimento rápido da indústria aeroespacial e o aumento da demanda do mercado, os requisitos para processamento eficiente e preciso de lâminas finas têm aumentado cada vez mais, e a necessidade de tecnologia de controle de deformação de maior precisão tornou-se mais urgente. No contexto da tecnologia de manufatura inteligente, integrar tecnologias modernas de eletrônica e informação para alcançar controle inteligente de deformação e vibração no processamento das lâminas dos motores aeronáuticos se tornou um tópico quente para muitos pesquisadores. Introduzir sistemas CNC inteligentes no processamento preciso de superfícies curvas complexas de lâminas, e compensar ativamente erros no processo de usinagem com base em sistemas CNC inteligentes, pode suprimir eficazmente a deformação e a vibração.

Para a compensação ativa de erros no processo de usinagem, com o objetivo de alcançar a otimização e controle dos parâmetros de usinagem, como a trajetória da ferramenta, é necessário primeiro obter a influência dos parâmetros do processo sobre a deformação e vibração durante a usinagem. Existem dois métodos comumente utilizados: um é analisar e deduzir os resultados de cada passada da ferramenta por meio de medição in-loco e análise de erro [15]; o outro é estabelecer um modelo de previsão para deformação e vibração na usinagem por meio de métodos como análise dinâmica [16], modelagem por elementos finitos [17], experimentos [18] e redes neurais [19] (veja Figura 4).

Com base no modelo de previsão acima ou na tecnologia de medição a bordo, as pessoas podem otimizar e até controlar os parâmetros de usinagem em tempo real. A direção principal é compensar os erros causados por deformação e vibração replanejando a trajetória da ferramenta. O método comumente usado nessa direção é o "método de compensação espelhada" [20] (veja Figura 5). Esse método compensa a deformação de um corte único corrigindo a trajetória nominal da ferramenta. No entanto, uma única compensação pode gerar uma nova deformação de usinagem. Portanto, é necessário estabelecer uma relação iterativa entre a força de corte e a deformação de usinagem através de múltiplas compensações para corrigir as deformações uma a uma. Além do método de compensação ativa de erro baseado no planejamento da trajetória da ferramenta, muitos estudiosos também estão pesquisando como controlar a deformação e a vibração otimizando e controlando os parâmetros de corte e os parâmetros da ferramenta. Para o corte de um certo tipo de pás de motor aeronáutico, foram realizados vários testes ortogonais alterando os parâmetros de usinagem. Com base nos dados dos testes, foi analisada a influência de cada parâmetro de corte e parâmetro da ferramenta sobre a deformação de usinagem da pá e a resposta à vibração [21-23]. Um modelo de previsão empírica foi estabelecido para otimizar os parâmetros de usinagem, reduzir eficazmente a deformação de usinagem e suprimir a vibração de corte.

Com base nos modelos e métodos mencionados acima, muitas empresas desenvolveram ou aprimoraram os sistemas CNC dos centros de usinagem CNC para alcançar o controle adaptativo em tempo real dos parâmetros de processamento de peças finas. O sistema de fresagem ótimo da empresa OMAT de Israel [24] é um representante típico nessa área. Ele ajusta principalmente a velocidade de alimentação por meio de tecnologia adaptativa para alcançar o objetivo de fresagem com força constante e realizar a usinagem eficiente e de alta qualidade de produtos complexos. Além disso, a Beijing Jingdiao também aplicou uma tecnologia semelhante no caso técnico clássico de gravação de padrões na superfície de casca de ovo por meio de medição adaptativa em máquina [25]. THERRIEN da GE nos Estados Unidos [26] propôs um método de correção em tempo real para códigos de usinagem CNC durante o processo, fornecendo um meio técnico básico para usinagem adaptativa e controle em tempo real de pás finas complexas. O sistema de reparo automatizado de componentes de turbinas de motores aeronáuticos da União Europeia (AROSATEC) realiza fresagem de precisão adaptativa após o reparo das pás por manufatura aditiva, tendo sido aplicado à produção de reparo de pás da empresa MTU da Alemanha e da empresa SIFCO da Irlanda [27].

4. Melhoria da rigidez de processamento com base em equipamentos de processo inteligentes

Utilizar equipamentos de processo inteligentes para melhorar a rigidez do sistema de processo e melhorar as características de amortecimento também é uma maneira eficaz de suprimir a deformação e a vibração no processamento de lâminas de parede fina, melhorar a precisão do processamento e melhorar a qualidade da superfície. Nos últimos anos, um grande número de diferentes equipamentos de processo têm sido utilizados no processamento de vários tipos de pás de motores aeroespaciais [28]. Como as pás dos motores aeroespaciais geralmente possuem características estruturais de parede fina e irregulares, com uma pequena área de fixação e posicionamento, baixa rigidez de processamento e deformação local sob a ação das cargas de corte, os equipamentos de processamento de lâminas normalmente aplicam suporte auxiliar à peça no princípio de posicionamento em seis pontos [29] para otimizar a rigidez do sistema de processo e suprimir a deformação durante o processamento. Superfícies curvas de parede fina e irregulares apresentam duas exigências para o posicionamento e fixação dos dispositivos: primeiro, a força de fixação ou a força de contato do dispositivo deve ser distribuída o mais uniformemente possível na superfície curva para evitar séria deformação local da peça sob a ação da força de fixação; segundo, os elementos de posicionamento, fixação e suporte auxiliar do dispositivo devem se ajustar melhor à superfície curva complexa da peça, gerando uma força de contato superficial uniforme em cada ponto de contato. Em resposta a essas duas exigências, estudiosos propuseram um sistema flexível de ferramentaria. Os sistemas flexíveis de ferramentaria podem ser divididos em ferramentaria flexível de mudança de fase e ferramentaria flexível adaptativa. A ferramentaria flexível de mudança de fase utiliza as mudanças na rigidez e amortecimento antes e depois da mudança de fase do fluido: o fluido na fase líquida ou móvel tem baixa rigidez e amortecimento, e pode se adaptar à superfície curva complexa da peça sob baixa pressão. Depois disso, o fluido é transformado em fase sólida ou consolidado por forças externas como eletricidade/magnetismo/calor, e a rigidez e o amortecimento são grandemente melhorados, proporcionando assim suporte uniforme e flexível à peça e suprimindo deformação e vibração.

O equipamento de processo na tecnologia tradicional de processamento de pás de motores aeronáuticos utiliza materiais de mudança de fase, como ligas de baixo ponto de fusão, para preenchimento e suporte auxiliar. Isso significa que, após o bruto da peça ser posicionado e fixado em seis pontos, a referência de posicionamento da peça é fundida em um bloco de fundição através da liga de baixo ponto de fusão para fornecer suporte auxiliar à peça, convertendo o posicionamento de pontos complexos em posicionamento de superfícies regulares, e então realizando o processamento preciso da parte a ser processada (ver Figura 6). Este método de processo apresenta defeitos óbvios: a conversão da referência de posicionamento leva a uma redução na precisão do posicionamento; a preparação da produção é complicada, e o fundido e derretimento da liga de baixo ponto de fusão também trazem problemas de resíduos e limpeza na superfície da peça. Ao mesmo tempo, as condições de fundição e derretimento também são relativamente ruins [30]. Para resolver os defeitos de processo acima, um método comum é introduzir uma estrutura de suporte multiponto combinada com um material de mudança de fase [31]. A extremidade superior da estrutura de suporte entra em contato com a peça para posicionamento, enquanto a extremidade inferior está imersa no compartimento da liga de baixo ponto de fusão. Um suporte auxiliar flexível é alcançado com base nas características de mudança de fase da liga de baixo ponto de fusão. Embora a introdução de uma estrutura de suporte possa evitar defeitos de superfície causados pelo contato das ligas de baixo ponto de fusão com as pás, devido às limitações de desempenho dos materiais de mudança de fase, ferramentas flexíveis de mudança de fase não podem satisfazer simultaneamente os dois principais requisitos de alta rigidez e alta velocidade de resposta, sendo difíceis de aplicar em produção automatizada de alta eficiência.

Para resolver as desvantagens da ferramenta flexível de mudança de fase, muitos estudiosos incorporaram o conceito de adaptação no desenvolvimento de ferramentas flexíveis. A ferramenta flexível adaptativa pode se ajustar para corresponder a formas complexas de pás e possíveis erros de forma por meio de sistemas eletromecânicos. Para garantir que a força de contato seja distribuída uniformemente em toda a pá, a ferramenta geralmente utiliza suportes auxiliares multipontos para formar uma matriz de suporte. A equipe de Wang Hui na Universidade de Tsinghua propôs um equipamento de processo com suporte flexível multiponto adequado para o processamento de pás próximas à forma final [32, 33] (veja Figura 7). A ferramenta utiliza vários elementos de fixação de material flexível para auxiliar no suporte da superfície da pá de forma próxima à final, aumentando a área de contato. ​​ cada área de contato e garantindo que a força de fixação seja distribuída uniformemente em cada parte de contato e em toda a lâmina, melhorando assim a rigidez do sistema de processo e prevenindo eficazmente a deformação local da lâmina. A ferramenta possui múltiplos graus de liberdade passivos, que podem se adaptar à forma da lâmina e seus erros enquanto evitam posicionamento excessivo. Além de alcançar suporte adaptativo por meio de materiais flexíveis, o princípio da indução eletromagnética também é aplicado no desenvolvimento de ferramentas flexíveis adaptativas. A equipe de Yang Yiqing na Universidade de Ciência e Tecnologia Aeronáutica e Astronáutica de Pequim inventou um dispositivo de suporte auxiliar baseado no princípio de indução eletromagnética [34]. A ferramenta utiliza um suporte auxiliar flexível excitado por um sinal eletromagnético, que pode alterar as características de amortecimento do sistema de processo. Durante o processo de fixação, o suporte auxiliar se adapta à forma da peça sob a ação de um ímã permanente. Durante o processamento, as vibrações geradas pela peça serão transmitidas ao suporte auxiliar, e uma força eletromagnética inversa será excitada com base no princípio de indução eletromagnética, suprimindo assim as vibrações no processamento de peças finas.

Atualmente, no processo de design de equipamentos de processo, são geralmente utilizados métodos como análise por elementos finitos, algoritmo genético e outros para otimizar o layout de suportes auxiliares multipontos [35]. No entanto, o resultado da otimização geralmente só pode garantir que a deformação de processamento em um ponto seja minimizada, sem poder assegurar que o mesmo efeito de supressão de deformação seja alcançado em outras partes do processamento. No processo de usinagem de lâminas, normalmente uma série de passadas de ferramenta é realizada na peça na mesma máquina, mas os requisitos de fixação para usinar diferentes partes podem variar e até serem temporais. Para o método estático de suporte multiponto, se a rigidez do sistema de processo for melhorada aumentando o número de suportes auxiliares, por um lado, a massa e o volume dos acessórios aumentarão, e por outro lado, o espaço de movimento da ferramenta será comprimido. Se a posição do suporte auxiliar for redefinida ao processar diferentes partes, o processo de usinagem inevitavelmente será interrompido e a eficiência de usinagem será reduzida. Portanto, foi proposto equipamento de processo subsequente [36-38] que ajusta automaticamente o layout de suporte e a força de suporte online de acordo com o processo de usinagem. O equipamento de processo subsequente (veja Figura 8) pode alcançar suporte dinâmico através da cooperação coordenada entre a ferramenta e os acessórios baseada no trajeto da ferramenta e nas mudanças de condições operacionais do processo de corte variável no tempo antes de qualquer procedimento de usinagem começar: primeiro mover o suporte auxiliar para uma posição que ajude a suprimir a deformação atual da usinagem, de modo que a área de processamento  a peça em trabalho é suportada ativamente, enquanto outras partes da peça permanecem em posição com o mínimo de contato possível, ajustando-se assim aos requisitos de fixação que variam no tempo durante o processo de usinagem.

Para aprimorar ainda mais a capacidade de suporte dinâmico adaptativo do equipamento de processo, atender aos requisitos de fixação mais complexos no processo de usinagem e melhorar a qualidade e eficiência da produção de processamento de pás, o suporte auxiliar subsequente é expandido para formar um grupo composto por vários suportes auxiliares dinâmicos. Cada suporte auxiliar dinâmico deve coordenar ações e reconstruir automaticamente e rapidamente o contato entre o grupo de suportes e a peça de acordo com os requisitos variáveis no tempo do processo de fabricação. O processo de reconstrução não interfere no posicionamento da peça inteira e não causa deslocamento ou vibração local. O equipamento de processo baseado neste conceito é chamado de fixture de grupo auto-reconfigurável [39], que possui as vantagens de flexibilidade, reconfigurabilidade e autonomia. O fixture de grupo auto-reconfigurável pode alocar múltiplos suportes auxiliares em diferentes posições na superfície de suporte de acordo com os requisitos do processo de fabricação e pode se adaptar a peças complexas de grande área, enquanto garante rigidez suficiente e elimina suportes redundantes. O método de funcionamento do fixture é que o controlador envia instruções de acordo com o programa programado, e a base móvel leva o elemento de suporte à posição-alvo de acordo com as instruções. O elemento de suporte se adapta à forma geométrica local da peça para alcançar um suporte complacente. As características dinâmicas (rigidez e amortecimento) da área de contato entre um único elemento de suporte e a peça local podem ser controladas alterando os parâmetros do elemento de suporte (por exemplo, o elemento de suporte hidráulico geralmente pode mudar a pressão hidráulica de entrada para alterar as características de contato). As características dinâmicas do sistema de processo são formadas pela acoplamento das características dinâmicas da área de contato entre vários elementos de suporte e a peça, e estão relacionadas aos parâmetros de cada elemento de suporte e ao layout do grupo de suporte. O design do esquema de reconstrução de suporte multi-ponto do fixture de grupo auto-reconfigurável precisa considerar as seguintes três questões: adaptar-se à forma geométrica da peça, reposicionamento rápido dos elementos de suporte e cooperação coordenada de múltiplos pontos de suporte [40]. Portanto, ao usar o fixture de grupo auto-reconfigurável, é necessário utilizar a forma da peça, características de carga e condições de contorno inerentes como entrada para resolver o layout de suporte multi-ponto e os parâmetros de suporte sob diferentes condições de processamento, planejar a trajetória de movimento do suporte multi-ponto, gerar código de controle a partir dos resultados da solução e importá-lo para o controlador. Atualmente, acadêmicos nacionais e internacionais realizaram algumas pesquisas e tentativas sobre fixtures de grupo auto-reconfiguráveis. No exterior, o projeto EU SwarmItFIX desenvolveu um novo sistema de fixture auto-reconfigurável altamente adaptável [41], que utiliza um conjunto de suportes auxiliares móveis para se mover livremente na bancada e reposicionar em tempo real para apoiar melhor as peças processadas. O protótipo do sistema SwarmItFIX foi implementado neste projeto (ver Figura 9a) e testado no local de uma fabricante italiana de aviões. Na China, a equipe de Wang Hui da Universidade de Tsinghua desenvolveu uma mesa de suporte de quatro pontos de fixação que pode ser controlada em coordenação com uma ferramenta CNC [42] (ver Figura 9b). Esta mesa pode suportar o tênuo suspenso e evitar automaticamente a ferramenta durante o acabamento fino do tênuo de uma pás de turbina. Durante o processo de usinagem, o suporte auxiliar de quatro pontos coopera com o centro de usinagem CNC para reconstruir o estado de contato de quatro pontos de acordo com a posição de movimento da ferramenta, o que não apenas evita interferências entre a ferramenta e o suporte auxiliar, mas também garante o efeito de suporte.

5 Discussão sobre tendências de desenvolvimento futuro

5.1 Novos Materiais

À medida que os requisitos de design de relação empuxo-peso dos motores aeronáuticos continuam a aumentar, o número de peças é gradualmente reduzido e o nível de estresse das peças está ficando cada vez mais alto. O desempenho dos dois principais materiais estruturais de alta temperatura tradicionais atingiu seu limite. Nos últimos anos, novos materiais para pás de motores aeronáuticos desenvolveram-se rapidamente e cada vez mais materiais de alto desempenho são usados para fabricar pás com paredes finas. Entre eles, γ -liga TiAl[43] possui excelentes propriedades como alta resistência específica, resistência a altas temperaturas e boa resistência à oxidação. Ao mesmo tempo, sua densidade é de 3,9g/cm3, que é apenas metade da dos superalloys. No futuro, tem grande potencial como pá na faixa de temperatura de 700-800 ℃ . Embora γ -A liga TiAl possui excelentes propriedades mecânicas, sua alta dureza, baixa condutividade térmica, baixa tenacidade à fratura e alta britabilidade levam a uma integridade superficial pobre e baixa precisão de γ -material da liga TiAl durante o corte, o que afeta seriamente a vida útil das peças. Portanto, a pesquisa de processamento de γ -liga TiAl tem importante significado teórico e valor, e é uma direção de pesquisa importante na tecnologia atual de processamento de lâminas.

5.2 Processamento adaptativo temporal

As pás de motores a jato têm superfícies curvas complexas e exigem alta precisão na forma. Atualmente, seu usinagem de precisão utiliza principalmente métodos de usinagem adaptativa geométrica baseados em planejamento de trajetória e reconstrução de modelo. Este método pode reduzir eficazmente o impacto de erros causados por posicionamento, fixação, etc., na precisão da usinagem das pás. No entanto, devido à espessura irregular do blank de forjamento das pás, a profundidade de corte em diferentes áreas da ferramenta é diferente durante o processo de corte de acordo com a trajetória planejada, o que introduz fatores incertos no processo de corte e afeta a estabilidade do processamento. No futuro, durante o processo de usinagem adaptativa CNC, as mudanças no estado real da usinagem devem ser rastreadas melhor [44], melhorando significativamente a precisão da usinagem de superfícies curvas complexas e formando um método de usinagem adaptativa de controle variável no tempo que ajusta os parâmetros de corte com base em dados de feedback em tempo real.

5.3 Equipamentos de processo inteligente

Como o maior tipo de peças no motor, a eficiência de fabricação das pás afeta diretamente a eficiência geral de fabricação do motor, e a qualidade de fabricação das pás afeta diretamente o desempenho e a vida útil do motor. Portanto, o usinagem inteligente e de precisão das pás tornou-se a direção de desenvolvimento da fabricação de pás de motores no mundo atual. A pesquisa e desenvolvimento de máquinas-ferramenta e equipamentos de processo é a chave para realizar o processamento inteligente de pás. Com o desenvolvimento da tecnologia CNC, o nível de inteligência das máquinas-ferramenta melhorou rapidamente, e a capacidade de produção e usinagem foi ampliada significativamente. Assim, a pesquisa, desenvolvimento e inovação de equipamentos de processo inteligentes é uma importante direção de desenvolvimento para o usinagem eficiente e preciso de pás de parede fina. Máquinas-ferramenta CNC altamente inteligentes combinadas com equipamentos de processo formam um sistema inteligente de processamento de pás (ver Figura 10), que realiza o usinagem CNC de alta precisão, eficiente e adaptativo de pás de parede fina.