Výskum a aplikácia prispôsobivej technológie obrábania pre opravu poškodení špiciek turbínových listov leteckého motora

Oprava poškodených turbinek je veľkého významu pre údržbu a predĺženie života lietadlových motorkov. Tento článok prehodnotí vedecký pokrok v oblasti technológií opravy určitého niklového kovového vysokoteplotného spoja turbinového listu, s dôrazom na metódu opravy prispôsobiteľnou strojníctvom na konci lalistka, a podrobne vysvetľuje experimentálny spracovacia proces a overovacie výsledky, pričom naráža na rozvojové perspektívy technológií opravy turbinek.

Motor lietadla je srdcom silným jeho pohonia. Medzi rôznymi komponentami motoru lietadla určujú funkčné úlohy a pracovné vlastnosti tureckých lopatiek, že sú jednou z rotujúcich častí s najhorším stresom a najväčšou záťažou v motore lietadla, čo spôsobuje tiež bežné poruchy a poškodenie tureckých lopatiek. Medzi nimi má porucha krakovaní najvyššiu pravdepodobnosť výskytu a najväčšiu škodu, hlavne únavové kraky spôsobené centrifugálnou silou nadpísanou na ohnivúťovú stresu, únavové kraky spôsobené vibráciou prostredia a vysokoteplotné únavové kraky spôsobené koroziou poškodenou životným prostredím. V tomto štádiu je na zníženie nákladov na používanie motora veľkým významom rekonštrukcia a oprava poškodených tureckých lopatiek.

Medzi kľúčovými technológiami na opravu lopatiek turbín sa stala adaptívna spracovacia technológia, ktorá upoutala pozornosť mnohých výskumníkov ako účinné prostriedky na dosiahnutie hladkého prechodu poškodených hraníc a presnej formy opravených oblastí. Spoločnosť TTL z Veľkej Británie získava informácie o prierezoch lopaťov pomocou kontaktných meraní a používa merané údaje o profile prierezov na dokončenie rekonštrukcie modelu oblasti poškodeného špicu lopatky posunom v Z smerovaní, čo umožňuje generovať zpracovacie kódy na odstránenie nanesenej vrstvy. Spoločnosť Delcam z Veľkej Británie navrhla metódu rekonštrukcie modelu na opravu špicov lopaťov turbín cez meranie na stroji, čo znížilo problém akumulácie polohových chýb cez meranie na stroji; dve prierezové dáta blízko nanesenej vrstvy boli získané pomocou kontaktného merania, a na základe toho bolo vypočítané geometrické modelovanie poškodeného špicu rovnolínovej lopatky, aby sa dokončil celý opravný proces mačkaním. Na základe teórie sivých systémov predpovedal Ding Huapeng oblúkovú čiaru a hrúbku profilu lopatky v poškodených oblastiach, potom rekonštruoval kompletný model lopatky a získal model defektu na oprave pomocou Boolovského rozdielu, čím dosiahol istý opravný efekt. Hou F a spol. navrhol adaptívnu metódu opravy tela lopatky, vrátane modelovania povrchu svárneho spoja a optimalizácie modelovania cieľového opravného povrchu, a nakoniec použil simuláciu na dokázanie účinnosti metódy opravy. Zhang X a spol. navrhli automatizovaný postup opravy poškodených oblastí lopaťov motoru, ktorý je priamo tvorený nanesením materiálu. V porovnaní so staršími metódami opravy je tento prístup inovatívny do istej miery, no je ťažké ho aplikovať na turbínové lopatky so zložitými povrchmi.

Výše uvedené výskumy ukazujú, že oprava lopatiek letectvého motora je aktuálnym témem v aviačnom priemysle doma aj v zahraničí. V oblasti opravného obrábania sa zamýšľa predovšetkým nad dosiahnutím hladkého prechodu medzi opravenou oblasťou a nepoškodenou oblasťou, ako aj presnejšími tvarmi po oprave. Preto, na základe uvedeného výskumu, sa tento článok zaoberá aplikáciami adaptívneho technológie obrábania na opravu poškodených lopatiek turbín, aby sa zabezpečil hladký prechod medzi obrábanou a neobrábanou oblasťou opravených lopatiek a aby celková opravená povrchová struktúra spĺňala konečné tolerančné požiadavky opravených lopatiek.

1 Analýza možnosti opravy poškodení špiciek lopatiek

Obrázok 1 ukazuje typickú chybu v podobe trhliny na špicke lopatky turbíny. Na základe toho je navrhnutá metóda na znovupoužitie a opravu poškodených špiciek lopatiek turbín letacieho motora. Bola vytvorená riešenie pre znovupoužitie a opravu, ktoré zahŕňa odstránenie poškodeného časti špiciek - maľovanie s mäknutím a následné natieranie (ako je uvedené na obrázku 2) - získanie bodového oblaku lopatiek - rekonštrukcia digitálneho modelu lopatiek - prispôsobivá spracovacia technológia lopatiek, aby sa dosiahla prispôsobivá oprava geometrickej presnosti a obnovenie výkonu lopatiek. Kvalita a výkon opravených lopatiek vyhovujú návrhovým požiadavkám a môžu byť použité na opravách v reálnom čase na mieste opravy, čo poskytuje efektívne riešenie pre realizáciu hromadnej opravy poškodených komponentov letácich motorov.

1.1 Analýza ťažkostí procesu

Z dôvodu problému s presnosťou odlievania existujú jednotlivé rozdiely medzi dokončenou čeľadou a teoretickým dizajnovým modelom. Rozmer čeľade je utvorený v novom stave, a po pracovnom cykle vznikne rôzna miera deformácií a defektov. Z dôvodu individuality spracovávaného objektu, ak sa bude opravovať a spracovávať podľa teoretickej veľkosti z dizajnového vykresu, bude zničená tvarová presnosť pôvodnej čeľade. Ak je potrebné pre každé kusové spracovanie znovu vygenerovať súbor zpracovácich kódov podľa modelu CAD, veľmi to ovplyvní celý spracovací cyklus komponentu.

Spodná časť lopatky má zložitú štruktúru, s návrškom a krytou doskou 2 až 3 mm pod koncom lopatky, a najúžšia šírka zadnej hrany je len 0,5 mm. Lopatka je vnútorná dutina štruktúry a na povrchu tela lopatky je mnoho vzduchových filmových otvorov. Strihy sa ľahko dostanú do vniterné dutiny a otvorov pre vzduchový film, čo ich čistenie ťažké.

hlavné technické požiadavky

(1) Po oprave konca sú kontury vnútorných a vonkajších zakrivených povrchov zhodné s dizajnovým nákresom a plynule sa pripojujú k pôvodnej základnej forme lopatky.

(2) Minimálna steny hrúbka podľa tvaru lopatky na zadnej hranici konca je 0,41 mm a minimálna steny hrúbka podľa tvaru lopatky na iných častiach je 0,51 mm (ako je ukázané na obrázku 3).

(3) Zabezpečuje sa rozmerná výška lopatky.

(4) Hrubkosť nie je vyššia ako Ra0,8 μm.

(5) Vnútorná dutina a otvory pre vzduchový film nesmú obsahovať žiadne strihy alebo iné nepožadované látky.

(6) Opravená plocha je skontrolována fluorescenčnou metódou, aby sa zabezpečilo, že nie sú prítomné žiadne trhliny, zahrnutia atď., a kontrola sa vykonáva v súlade so štandardmi fluorescenčnej kontroly a kritériami prijatia.

2 Prispôsobivá technológia opravy poškodenia na špicach lopatiek

Vzhľadom na ťažkosti pri oprave procesu čostra lopatky pracovnej lopatky turbíny, konkrétne: deformácia každej opravenej lopatky nie je konzistentná, položenie a uhol zachuťovania sú rôzne a presnosť pôvodného litníckeho výrobného procesu je problematická. Také praktické problémy môžu byť rýchlo detegované online cez prispôsobivú spracovaciu technológiu pre každú časť alebo časť, ktorá sa má spracovať, a môžeme pochopiť skutočnú formu a rozlozenie polohy. Následne systém rekonštruuje cieľový digitálny model zhodný s dizajnom pomocou meraných údajov, vygeneruje jedinečnú personalizovanú trajektóriu cesty, aby sa splnila produkčná výroba, a nakoniec sa zhoduje s dizajnom a skutočným objektom. Prispôsobivá technológia spracovania je znázornená na obrázku 4.

2.2 Technológia registrácie údajov CAD modelu

Z dôvodu personalizovaných charakteristík prázdnej formy spracovávaného objektu chýba rekonštruuovanému CAD modelu štandardná referenčná rovina na nájdenie jeho súradnicového systému, a je potrebné použiť registračnú technológiu na zarovnanie jeho súradnicového systému. Dve množiny bodov v priestore sú teoretický model X{xi} a meracie informácie P{pi} spracovávaného objektu. Množina bodov P sa otáča a prekladá sa tak, aby sa minimalizovala vzdialenosť od množiny bodov X, a naviaže sa priestorový transformačný vzťah medzi meracími informáciami P{pi} a teoretickými modelovými informáciami X{xi}. Priestorový transformačný vzťah zahŕňa rotančnú maticu R a prekladovú maticu T. Následne sa používa metóda najbližšieho párovania bodov na nájdenie bodu v X, ktorý je najbližší k každému bodu v P, aby sa ho bolo možné spárovať, čím sa vytvorí nová množina bodov X', ako je znázornené na obrázku 5.

3 Overenie prispôsobivej technológie opravy poškodení hrotu lalie

Adaptívny systém obrábania zahŕňa adaptívne softvérové a hardvérové systémy obrábania, ako sú strojné nástroje a režiaci nástroje. Ich integrácia je kľúčom na dosiahnutie adaptívneho obrábania. Pri oprave určitého typu vysokotlakového rotorového listu bola použitá adaptívna systém obrábania na opravu laliek a dokončenie opravy a aplikácie overenia viacerých motorných laliek.

3.1 Testovacie kroky

Krok 1: Po naplnení poškodeného oblasti laliek na oprave vrstvením a naterovacím spájaním sa získajú merací informácie o oblasti blízko poškodeného špicu lalie.

Krok 2: Získať teoretické informácie o modeli pred opravou špicu lalie.

Krok 3: Použite registráciu údajov na stanovenie priestorovej transformačnej relácie medzi meracími informáciami a teoretickým modelom (priestorová transformačná relácia zahŕňa rotáciu a posun), a získajte korekciu rotácie a posunu, t.j. množstvo rotácie a posunu po najlepšom priladení.

Krok 4: Vygenerujte súbor CLSF s lokáciou nástroja podľa teoretických informácií o modele a vygenerujte opravené umiestnenie nástroja a vektor osi nástroja v súbore CLSF podľa korekčných údajov v smere XYZ získaných v kroku 3.

Krok 5: Mačkanie a líšanie poškodeného oblasti čierky lopatky pomocou upraveného sledu nástroja, aby sa dosiahol úplný obnovenie presnej čierky lopatky.

Ako je uvedené na obrázku 6, používa sa sonda RMP40 a guľová styrieť so priemerom 6 mm pre online meranie. Dvanásť meracích bodov vznikne optimalizáciou dvoch častí blízko špičky listu. Vygenerované súbory meracích údajov môžu byť prenesené späť do softvérového systému počítača a základné na meraných údajoch môže byt v UG automaticky vygenerovaný zpracovacia model.

Test bol uskutočnený na trochostojnom vertikálnom frézovacom centri, kde bol lístok vertikálne prichytený na pracovnej doske cez rýchlo meniteľnú prispôsobivú paletu, čo uľahčilo opakovanú presnosť priepasovania počas frézovania a ďalšieho zpracovania charakteristík, ako je uvedené na obrázku 7.

Vygenerovaná nástrojová trajektória CLSF súboru je znázornená na obrázku 8.

3.2 Vnútorná dutina a ochrana vzduchového filmu

Počas testu bola splnená technická požiadavka, aby v interierovej dutine a duchodných dierečkách nezostali žiadne čipy alebo iné nepožadované látky. Počas procesného testu boli chránené interierová dutina a viaceré duchodné dierečky lopatky. Táto technická študia používa funkčný lep na zapečatenie interierovej dutiny a duchodných dierečiek, čím ich chráni. Je známe, že pri oprave takýchto lopatiek v zahraničí sa používa kapalný „multifunkčný epoxidový leptok“ na ochranu dutiny a duchodných dierečiek. Po ochladení tvrdne a dosahuje ochranný efekt. Keď je ohriato na viac ako 100 °C, topy sa a premení na „popol“, ktorý môže byť odstránený vzduchovým foukaním alebo ultrazvukovým mytím. V malých dierečkach nezostane žiadny nálep. V nasledujúcich dávkach inžinierskej aplikácie bude ochrana a čistenie dutín a malých dierečiek mimoriadne dôležité a bude potrebné pokračovať vo vyhľadávaní vhodnejších spôsobov prevencie vnikania čipov a nepožadovaných látok.

3.3 Výsledky testov

Merením profilu špičky opraveného turbínového listu, ako je uvedené na obrázku 9, vyhovuje tvar požiadavkám procesnej technológie. Z vizuálneho kontrolu je vidieť, že oblasť opravy listu a pôvodný profil po adapтивnom leštení prechádzajú hladko, ako je uvedené na obrázku 10. Ťažka vnútorných a vonkajších dutin je kvalifikovaná, hrubosť povrchu je pod Ra0.8 μm a ostatné technické ukazovatele vyhovujú procesným požiadavkám. Fluorescenčnou kontrolou sa zistilo, že bolo vyradenie nových trhličiek a iných defektov spôsobených pripracovaním.

Kontaktujte nás

Ďakujeme za záujem o našu spoločnosť! Jako profesionálna spoločnosť na výrobu častí plynových turbin sa budeme ďalej venovať technologickému inovovaniu a vylepšovaniu služieb, aby sme poskytovali viac kvalitných riešení pre zákazníkov po celom svete. Ak máte akékoľvek otázky, návrhy alebo záujem o spoluprácu, rádi vám pomôžeme. Kontaktujte nás nasledujúcimi spôsobmi:

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