טכנולוגיית עיבוד מיוחדת הכרחית בייצור מנוע אוויר

תקציר: הביצועים הגבוהים של מנועי אוויר מתקדמים מחייבים את התכנון לאמץ מספר רב של מבנים כוללים, מבנים קלים, מבני קירור מתקדמים וחומרים חדשים כגון חומרים מרוכבים, אבקת מטלורגיה ותרכובות בין-מתכתיות, ורכיבים אלה צריכים להיות נוצר בעיבוד מיוחד. מאמר זה לומד את המאפיינים של טכנולוגיות עיבוד מיוחדות כמו ניצוץ חשמלי, אלקטרוליזה, לייזר, קולי וסילון מים והיישומים החדשים שלהם במנועים מתקדמים, ומסביר את היתרונות של טכנולוגיות עיבוד מיוחדות ואת ההשפעות המיוחדות שלהם בפיתוח מנועים מתקדמים.

1. חומרי Aeroengine ומאפיינים טכניים

מנוע האוויר פועל בתנאים קיצוניים של טמפרטורה גבוהה, לחץ גבוה ומהירות גבוהה. יחד עם זאת, הוא דורש משקל קל, צריכת דלק נמוכה, אמינות גבוהה, חיים ארוכים ושימוש חוזר. זהו מוצר יוקרתי המשלב תחומים מרובים. המאפיין שלה הוא הצטברות טכנולוגיות הליבה. ללא טכנולוגיות ליבה, לא היו מנועים מתקדמים מודרניים. למנועי אוויר מתקדמים מודרניים דרישות ביצועים גבוהות יותר לדחף היחידה, יחס דחף-משקל, שיוט קולי, פונקציית וקטור דחף, ביצועי התגנבות, אמינות גבוהה, חיים ארוכים ויכולת תחזוקה טובה. הדרישות לחומרים וטכנולוגיית ייצור מחמירות יותר. מביא: מסגסוגות רגילות ליישום סגסוגות חדשות עמידות בטמפרטורה גבוהה, קל משקל וחוזק גבוה; מחומרי מתכת ועד ליישום של מספר רב של חומרים שאינם מתכתיים וחומרים מרוכבים; מעיבוד מכני לעיבוד מיוחד; מיצור חומרים מופחת ליצירת דיוק והגדלת ייצור חומרים; מהבטחת צורה גיאומטרית ועד בקרת שלמות פני השטח; מאימות ניסיוני לאימות סימולציה; ממחקר בתהליך יחיד למחקר משפטי צימוד רב-תהליכי; החל מדיגיטציה, אוטומציה, אינפורמציה ועד ייצור חכם המתן.

חומרים חדשים של מנוע מתקדם ומבנים מורכבים מקשים על עיבוד חלקים יותר ויותר, וחלקם אפילו לא ניתן להשיג עיבוד מכני מסורתי. טכנולוגיות עיבוד מיוחדות הפכו לטכנולוגיות שאין לה תחליף בתחומים מסוימים, ויישומיהן הפכו נרחבים יותר ויותר, מה שמפצה על מכונות מסורתיות. עיבוד לא מספיק. נכון לעכשיו, טכנולוגיות עיבוד מיוחדות מסורתיות כגון EDM, עיבוד אלקטרוכימי, עיבוד לייזר, אלומת אלקטרונים ועיבוד קרן יונים היו בשימוש נרחב בייצור מנועי תעופה. עם זאת, עם הופעתם של חומרים חדשים ומנועים מתקדמים ומבנים חדשים, טכנולוגיות עיבוד מיוחדות קיבלו גם פיתוח ויישום חדש. טכנולוגיית ה- EDM רב-צירית של הבליסק הסגור, טכנולוגיית העיבוד המדויק של אלקטרוכימיה של הבליסק, טכנולוגיית עיבוד הלייזר המהירה במיוחד של חומרים מרוכבים מטריקס קרמיקה, טכנולוגיית חיזוק הלם הלייזר וטכנולוגיית חיזוק סילוני מים בלחץ גבוה וכו '. , הם החומרים החדשים למנועים מתקדמים. , פיתוח חלקים מבניים חדשים ושיפור דרישות פנימיות ואמינות מילאו תפקיד חשוב יותר ויותר.

2. יישום טכנולוגיית עיבוד מיוחדת על מנועים מתקדמים

(1) טכנולוגיית EDM היא טכנולוגיית העיבוד המיוחדת הנפוצה ביותר. זה נעשה שימוש נרחב בייצור מנועי תעופה, כגון חוט EDM, EDM להרכיב, EDM שחיקה, קידוח EDM משטח EDM לחזק וכן הלאה.

בשנים האחרונות, עם שיפור ביצועי המנוע המתקדמים, היישום של טכנולוגיית EDM מסורתית הוגבל. לדוגמא, להבי טורבינת מנוע חדשים משתמשים בלהבי גביש בודדים, ואילו טכנולוגיית קידוח EDM המליטה שכבות, מיקרו סדקים וחום. אסור להשתמש בפגמים כגון האזור הפגוע לעיבוד חורי סרטי אוויר בלהבי גביש בודדים. איור 1 מציג את התצלום המטלוגרפי של חור סרט הגז EDM של להב הטורבינה. עובי השכבה המחודשת הוא בדרך כלל 0.01 ～ 0.04 מ"מ.

אך יחד עם זאת, הופעתם של חלקים מבניים חדשים כגון מגהצים מנועים מתקדמים קידמה את הפיתוח והיישום של טכנולוגיית EDM. לדוגמא, מבנה הבליסק פיתח כרסום CNC פריקה חשמלית יעיל במיוחד בשל עלות העיבוד הגבוהה ומחזורו הארוך. לדוגמא, קשה לממש את הטחינה המכנית של הבקעות הסגורות עם כתר בשל מבנהו, ופיתוח טכנולוגיית עיבוד EDM של הצמדת חמישה צירים כדי לפתור בעיה זו, שיטת התהליך היא עיבוד EDM של הצמדת חמישה צירים, ו לאחר מכן משלים אותו עיבוד זרימה שוחק כדי להסיר את השכבה המחודשת על המשטח המעובד, וכך לעמוד בדרישות השימוש. איור 2 מציג את האלקטרודה ואת חתיכת הבדיקה עם דיסק מוכתר שעובד על ידי EDM בעל חמישה צירים, ואיור 3 מציג את הבליטק המוכתר שעובד בזרימת חלקיקים שוחקים.

(2) לעיבוד שבבי אלקטרוכימי יתרונות בעיבוד חפצי עיבוד מיוחדים (כגון חומרים קשים למכונה או חלקים בעלי צורות מורכבות, מידות קטנות וקשיחות נמוכה במיוחד), במיוחד בחלקי פרופיל מורכבים כגון להבי מנוע אוויר ומעטפות. נעשה שימוש נרחב בתחום הייצור, דבר שמשפר מאוד את יעילות הייצור ומפחית את עלויות הייצור.

בשל דרישות תכנון הביצועים של מנועי אוויר מתקדמים, חומרי להב המדחס משתמשים בדרך כלל בסגסוגות-על מתקדמות על בסיס ניקל או סגסוגות טיטניום וסגסוגות אלומיניום טיטניום וחומרים חדשים אחרים, ומשתמשים בצורות להב מיוחדות בעיצובים תלת-ממדיים כגון כיפופים וטאטאות. , שקשה וקל לעבד אותם. הוא מעוות בשל השפעת כוח החיתוך ודורש דיוק גבוה. עיבוד מכני מסורתי ועיבוד אלקטרוכימי קשים לעמוד בדרישות העיבוד של רפידת אוויר גבוהה ומורכבת זו. טכנולוגיית עיבוד שבבי אלקטרוכימי מדויק (PECM) מיוצרת כדי לעמוד בדרישת עיבוד מיוחדת זו. הוא מפעיל את יתרונותיו הייחודיים בעיבוד להבים דקים ורדיוס קטן. דיוק העיבוד מגיע ל -0.03 מ"מ, העונה על הצרכים של מנועי אוויר מתקדמים. דרש.

עיבוד שבבי אלקטרוכימי מדויק הוא גם אחת השיטות המועדפות מבין שיטות הייצור הרבות של הבליסק. זה יכול לממש את התהליך השלם החל מהגוש המחוספס ועד לצורת פרופיל הלהב הסופי. באופן כללי, שני שלבים של גיבוש ראשוני וגיבוש סופי מאומצים. הטופס הראשוני מאמץ שיטת עיבוד קינון להסרת רוב החומר, והיצירה הסופית מאמצת שיטת עיבוד פרופיל, ולבסוף דיוק קווי המתאר של פרופיל הלהב הוא ≤0.06 מ"מ, וחספוס פני השטח של חומר הסגסוגת בטמפרטורה גבוהה הערך של Ra ≤0.2μm יכול לממש את הייצור המדויק של כל הבליק ללא שוליים, ובכך להחליף את כרסום הבקרה המספרי והליטוש הידני, מה שיכול להגדיל את יעילות הייצור במספר פעמים ולהפחית את עלות הייצור ביותר מ- 50%.

(3) יחס העומק לקוטר של החורים שעובדו על ידי הקורה האלקטרו-הידראולית הוא 150/1, קוטר החור נע בין 0.13 ל -1.5 מ"מ, דיוק עיבוד החור הוא ± 0.025 מ"מ, ערך חספוס פני השטח הוא Ra=1.6 מיקרומטר, והכניסה והיציאה של החור יוצרות באופן טבעי פינה מעוגלת R קטנה, ללא קצוות חדים. החורים הקטנים שעובדו על ידי הקורה האלקטרו-הידראולית מוצגים באיור 4.

לעיבוד קרני אלקטרו הידראולי של להבי טורבינה יש שלמות פנים טובה, ללא שכבת התכה חדשה, מיקרו סדקים ואזורים המושפעים מחום, ואין סיכון להתגבשות מחדש בעיבוד סגסוגות גביש יחיד. לכן, זה הפך את המנוע המתקדם עיבוד חור קירור בקריסטל יחיד של להב יחיד. התהליך המועדף.

(4) טכנולוגיית עיבוד לייזר הוחלה לראשונה על חיתוך תאי בעירת המנוע, פגזים חיצוניים לאחר הצרבת וייצור חורי להב הטורבינה. עם זאת, עיבוד לייזר מסורתי מוגבל על ידי דיוק עיבוד וחיזוב נמוך, ולכן משתמשים בו במנועים. לא הרבה. עם זאת, עבור חלקים מיוחדים מסוימים, קידוח לייזר יכול להשיג יתרונות טובים יותר. לדוגמא, חיתוך לייזר סיבובי של YAG משמש לעיבוד חורי סרטי גז של להבי טורבינת מנוע טורבו, המוחלפים בהדרגה בקידוחי ניצוץ חשמליים במהירות גבוהה. בנוסף, זה גם יתרון מאוד לעבד חורים קטנים בעלי קשיות גבוהה וחומרים שאינם מוליכים ומספר רב של חלקי חורים קבוצתיים, כגון עיבוד ניקוב של חלקים מבניים כגון מגן חום מפזר מנוע, קירות פנימיים וחיצוניים של גלילי להבה , המשמשים כיום במנועים רחבים יותר.

עם התפתחות טכנולוגיית הלייזר, טכנולוגיות חדשות כמו ריתוך בלייזר, ייצור תוספי לייזר, חיזוק הלם לייזר, עיבוד לייזר מונחה מים וניקוי לייזר פותחו והוחלו ברציפות, ומספקות אפשרויות טכניות יותר לייצור מנועים מתקדם. לדוגמא, לטכנולוגיית חיזוק הלם לייזר יתרונות של שכבת חיזוק משטח מתכת עמוקה, לחץ דחיסה שיורי, נגישות טובה ויעילות גבוהה. זה משפר משמעותית את עמידות העייפות של חומר&# 39, עמידות בפני קורוזיה בפני בלאי ומתח, ועומק הלחץ הדחפי השיורי יכול להגיע ל -1 ～ 2 מ"מ, שהוא פי 3 עד 5 מזה של קליפת זריקות קולי ופי 5 עד 10 מזה של קונבנציונאלי. חירטום ירי. יש לו את היתרונות בשיפור חוזק העייפות, הארכת חיי העייפות, עיכוב היווצרות והרחבת סדקים וכו '. לכן, זה הפך לבלסק מתקדם של מנועי אוויר, טכנולוגיית המפתח לחיזוק משטח להב טבעת הלהב.

(5) בטכנולוגיית עיבוד סילוני מים בלחץ גבוה נעשה שימוש נרחב בחיתוך חלקים, קידוחים וניקוי. בנוסף, בוצעו חיפושי חיתוך של חומרים מרוכבים חדשים ועיבוד חלקים מבניים מיוחדים של הבליסק האינטגרלי, ופיתוח טכנולוגיית הפשטת מים להסרת ציפוי להבי מנוע.

טכנולוגיית חיזוק סילוני המים משתמשת בכוח ההשפעה שנוצר על ידי סילון המים בלחץ גבוה כדי לפגוע בחומר העבודה כדי לחזק את פני חומר המתכת. על בסיס שיפור ביצועי העייפות של החומר, ניתן להשיג איכות משטח טובה של החומר. בדיסקי טורבינת מנועים מתקדמים ובחלקים אחרים, הבירור לשיפור סילוני מים הועלה בבירור.

3. סיכויים לטכנולוגיית עיבוד מיוחדת

טכנולוגיית עיבוד מיוחדת מילאה תפקיד שאין לו תחליף בייצור מנועי אוויר מתקדמים. ניתן לומר כי לא ניתן לייצר מנועי" מנועים מתקדמים ללא עיבוד מיוחד." בנוסף, ישנן טכנולוגיות עיבוד מיוחדות חדשות כגון שחיקה אלקטרוליטית, זרימה שוחקת, קרן יונים וקרן אלקטרונים, אשר פותחו וייושמו ברציפות בכמה אוניברסיטאות, מכוני מחקר ועסקים בבית ומחוצה לה. עם הופעתם המתמשכת של חומרים חדשים ומבנים חדשים למנועים מתקדמים, טכנולוגיית העיבוד המיוחדת המקורית התרחבה גם לשימושים חדשים. לדוגמא, יכולת העיבוד של להבי חומרים חדשים על בסיס ניקל ואלומיניום גרועה מאוד, בעוד שעיבוד עיבוד אלקטרוליטי מתאים מאוד לעיבוד ויכול לעמוד בדרישות הדיוק דוגמא נוספת היא השימוש בשיטות עיבוד אלקטרוכימיות צילום מסורתיות למבנה הלמינציה הנקבובית החדשה, והופעתה של טכנולוגיית עיבוד קר לייזר מהירה במיוחד הביאה פתרונות חדשים לעיבוד חורי סרטי אוויר של להבי קריסטל בודדים.

נעשה שימוש נרחב בטכנולוגיית עיבוד מיוחדת בפיתוח חומרים קשים לעיבוד וחלקים מבניים מיוחדים כגון מעטפות מנוע מתקדמות, טלאים אינטגרליים, להבי גביש יחיד וחומרים מרוכבים, ופתרה את בעיות הפיתוח. עם ההתפתחות המהירה של טכנולוגיית המנועים המתקדמת, הדרישות לטכנולוגיית הייצור אינן אינסופיות, ומועלות דרישות גבוהות יותר לפיתוח טכנולוגיות עיבוד וייצור מיוחדות. טכנולוגיית עיבוד מיוחדת מתפתחת גם לכיוון דיוק, אוטומציה ומודיעין.