Ως βασικό συστατικό για την επίτευξη της απόδοσης των αερο-μηχανών, οι λεπίδες έχουν τυπικά χαρακτηριστικά όπως λεπτό τοίχωμα, ειδικά σε σχήμα, σύνθετες δομές, δύσκολα υλικά για επεξεργασία και υψηλές απαιτήσεις για την ακρίβεια επεξεργασίας και την ποιότητα της επιφάνειας. Το πώς να επιτευχθεί ακριβής και αποτελεσματική επεξεργασία των λεπίδων αποτελεί σημαντική πρόκληση στον τρέχοντα τομέα κατασκευής αεροκινητήρα. Μέσω της ανάλυσης των βασικών παραγόντων που επηρεάζουν την ακρίβεια επεξεργασίας των λεπίδων, η τρέχουσα κατάσταση της έρευνας σχετικά με την τεχνολογία και τον εξοπλισμό επεξεργασίας ακριβείας λεπίδων συνοψίζεται διεξοδικά και προωθείται η τάση ανάπτυξης της τεχνολογίας επεξεργασίας αεροκινητήρων.
Στη βιομηχανία αεροδιαστημικής, τα ελαφριά, υψηλά αντοχή σε λεπτό τοιχώματα χρησιμοποιούνται ευρέως και είναι βασικά εξαρτήματα για την επίτευξη της απόδοσης σημαντικού εξοπλισμού όπως οι κινητήρες αεροσκαφών [1]. Για παράδειγμα, οι λεπίδες ανεμιστήρων κράματος τιτανίου των μεγάλων κινητήρων αεροσκαφών (βλέπε σχήμα 1) μπορούν να έχουν μήκος έως 1 μέτρο, με σύνθετα προφίλ λεπίδων και δομές πλατφόρμας απόσβεσης και το πάχος του λεπτότερου τμήματος είναι μόνο 1,2 mm, το οποίο είναι ένα τυπικό ειδικό τμήμα σε σχήμα λεπτού μεγέθους [2]. Ως τυπικό τμήμα αδύναμης ακαμψίας με λεπτό τοίχωμα, η λεπίδα είναι επιρρεπής στην παραμόρφωση και τη δόνηση κατά τη διάρκεια της επεξεργασίας [3]. Αυτά τα προβλήματα επηρεάζουν σοβαρά την ακρίβεια της επεξεργασίας και την ποιότητα της επιφάνειας της λεπίδας.
Η απόδοση του κινητήρα εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από το επίπεδο κατασκευής των λεπίδων. Κατά τη λειτουργία του κινητήρα, οι λεπίδες πρέπει να λειτουργούν σταθερά σε ακραία λειτουργικά περιβάλλοντα, όπως η υψηλή θερμοκρασία και η υψηλή πίεση. Αυτό απαιτεί ότι το υλικό της λεπίδας πρέπει να έχει καλή αντοχή, αντίσταση κόπωσης και αντοχή στη διάβρωση υψηλής θερμοκρασίας και να εξασφαλίζει δομική σταθερότητα [2]. Συνήθως, τα κράματα τιτανίου ή τα κράματα υψηλής θερμοκρασίας χρησιμοποιούνται για λεπίδες κινητήρα αεροσκαφών. Ωστόσο, τα κράματα τιτανίου και τα κράματα υψηλής θερμοκρασίας έχουν κακή μηχανική ικανότητα. Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας κοπής, η δύναμη κοπής είναι μεγάλη και το εργαλείο φοράει γρήγορα. Καθώς η φθορά του εργαλείου αυξάνεται, η δύναμη κοπής θα αυξηθεί περαιτέρω, με αποτέλεσμα την πιο σοβαρή παραμόρφωση και τους κραδασμούς μηχανικής κατεργασίας, με αποτέλεσμα την ακρίβεια χαμηλής διαστάσεων και την κακή ποιότητα των τμημάτων της επιφάνειας. Προκειμένου να ικανοποιηθούν οι απαιτήσεις απόδοσης της υπηρεσίας του κινητήρα υπό ακραίες συνθήκες εργασίας, η ακρίβεια κατεργασίας και η ποιότητα της επιφάνειας των λεπίδων είναι εξαιρετικά υψηλά. Λαμβάνοντας τα πτερύγια ανεμιστήρα από κράμα τιτανίου που χρησιμοποιούνται σε έναν κινητήρα Turbofan με υψηλή αναλογία παράκαμψης ως παράδειγμα, το συνολικό μήκος της λεπίδας είναι 681mm, ενώ το πάχος είναι μικρότερο από 6mm. Η απαίτηση προφίλ είναι -0. Αυτό συνήθως απαιτεί κατεργασία ακριβείας σε ένα εργαλείο μηχανής CNC πέντε αξόνων. Ωστόσο, λόγω της αδύναμης ακαμψίας, της σύνθετης δομής και της δυσκολίας υλικών της λεπίδας, προκειμένου να εξασφαλιστεί η ακρίβεια και η ποιότητα της επεξεργασίας, το προσωπικό της διαδικασίας πρέπει να προσαρμόσει τις παραμέτρους κοπής πολλές φορές κατά τη διάρκεια της διαδικασίας μηχανικής κατεργασίας, η οποία περιορίζει σοβαρά την απόδοση του κέντρου κατεργασίας CNC και προκαλεί τεράστια απόσταση απόδοσης [4]. Ως εκ τούτου, με την ταχεία ανάπτυξη της τεχνολογίας κατεργασίας CNC, ο τρόπος επίτευξης ελέγχου παραμόρφωσης και καταστολής κραδασμών για την κατεργασία των εξαρτημάτων με λεπτό τοίχωμα και να δώσει πλήρη παιχνίδι στις δυνατότητες κατεργασίας των κέντρων κατεργασίας CNC έχει γίνει επείγουσα ανάγκη για προηγμένες εταιρείες παραγωγής.
Η έρευνα σχετικά με την τεχνολογία ελέγχου παραμόρφωσης των αδύναμων άκαμπτων τμημάτων παραμόρφωσης έχει προσελκύσει την προσοχή των μηχανικών και των ερευνητών για μεγάλο χρονικό διάστημα. Στην πρακτική της πρώιμης παραγωγής, οι άνθρωποι χρησιμοποιούν συχνά τη στρατηγική για την εναλλασσόμενη άλεση και στις δύο πλευρές των δομών με λεπτό τοίχωμα, οι οποίες μπορούν εύκολα να μειώσουν τις δυσμενείς επιπτώσεις της παραμόρφωσης και των κραδασμών στην ακρίβεια των διαστάσεων σε κάποιο βαθμό. Επιπλέον, υπάρχει επίσης ένας τρόπος βελτίωσης της ακαμψίας επεξεργασίας, ρυθμίζοντας προκατασκευασμένες δομές θυσίας όπως η ενίσχυση των νευρώσεων.
Τεχνολογία κοπής για δύσκολο να κοπεί υλικά
Προκειμένου να ικανοποιηθούν οι απαιτήσεις της σταθερής υπηρεσίας υπό περιβάλλον υψηλής θερμοκρασίας και υψηλής πίεσης, τα χρησιμοποιούμενα υλικά για τα πτερύγια κινητήρα αεροσκαφών είναι κράματα τιτανίου ή κράματα υψηλής θερμοκρασίας. Τα τελευταία χρόνια, οι διαμεταλλικές ενώσεις τιτανίου-αλουμινίου έχουν επίσης γίνει υλικό λεπίδας με μεγάλο δυναμικό εφαρμογής. Τα κράματα τιτανίου έχουν τα χαρακτηριστικά της χαμηλής θερμικής αγωγιμότητας, της χαμηλής πλαστικότητας, του χαμηλού ελαστικού συντελεστή και της ισχυρής συγγένειας, γεγονός που τους καθιστά προβλήματα όπως η μεγάλη δύναμη κοπής, η υψηλή θερμοκρασία κοπής, η σοβαρή σκλήρυνση εργασίας και η μεγάλη φθορά των εργαλείων κατά τη διάρκεια της κοπής. Είναι τυπικά δύσκολο να κοπούν υλικά (μορφολογία μικροδομής βλ. Εικόνα 2Α) [7]. Τα κύρια χαρακτηριστικά των κραμάτων υψηλής θερμοκρασίας είναι η υψηλή πλαστικότητα και η αντοχή, η κακή θερμική αγωγιμότητα και η μεγάλη ποσότητα πυκνού στερεού διαλύματος μέσα [8]. Η πλαστική παραμόρφωση κατά τη διάρκεια της κοπής προκαλεί σοβαρή παραμόρφωση του πλέγματος, υψηλής αντοχής παραμόρφωσης, μεγάλης δύναμης κοπής και έντονου φαινομένου κρύου σκλήρυνσης, τα οποία είναι επίσης τυπικά υλικά που έχουν κοπεί (μορφολογία μικροδομής βλέπε σχήμα 2Β). Ως εκ τούτου, είναι πολύ σημαντικό να αναπτυχθούν αποτελεσματική και ακριβής τεχνολογία κοπής για τα δύσκολα υλικά όπως τα κράματα τιτανίου και τα κράματα υψηλής θερμοκρασίας. Προκειμένου να επιτευχθεί αποτελεσματική και ακριβής κατεργασία υλικών δύσκολης για να κοπεί, οι εγχώριοι και ξένοι μελετητές διεξήγαγαν εμπεριστατωμένη έρευνα από τις προοπτικές των καινοτόμων μεθόδων κοπής, των βέλτιστων υλικών εργαλείων επεξεργασίας και των βελτιστοποιημένων παραμέτρων κοπής.
2.1 Καινοτομία μεθόδων επεξεργασίας κοπής
Όσον αφορά την καινοτόμο έρευνα και την ανάπτυξη μεθόδων κοπής, οι μελετητές έχουν εισαγάγει βοηθητικά μέσα, όπως η θέρμανση με λέιζερ και η κρυογονική ψύξη για τη βελτίωση της μηχανικής ικανότητας των υλικών και την επίτευξη αποτελεσματικής κοπής. Η αρχή λειτουργίας της υποβοηθούμενης επεξεργασίας με τη θέρμανση με λέιζερ [9] (βλ. Εικόνα 3α) είναι να εστιάσει μια δέσμη λέιζερ υψηλής ισχύος στην επιφάνεια του τεμαχίου μπροστά από την κοπτική άκρη, μαλακώνει το υλικό με τοπική θέρμανση της δέσμης, μειώνει την ισχύ της απόδοσης του υλικού, μειώνοντας έτσι την δύναμη κοπής και τη φθορά των εργαλείων και τη βελτίωση της ποιότητας και της αποδοτικότητας της κοπής. Η επεξεργασία με κρυογονική ψύξη [10] (βλ. Εικόνα 3Β) χρησιμοποιεί υγρό άζωτο, αέριο διοξειδίου του άνθρακα υψηλής πίεσης και άλλα μέσα ψύξης για να ψεκάσει το τμήμα κοπής για να δροσίσει τη διαδικασία κοπής, να αποφύγει το πρόβλημα της υπερβολικής τοπικής θερμοκρασίας κοπής που προκαλείται από την κακή θερμική αγωγιμότητα του υλικού και να κάνει το τεμάχιο εργασίας τοπικά κρύο και ευρύχωρο, ενισχύοντας έτσι το αποτέλεσμα διακοπής των τσιπ. Η πυρηνική εταιρεία AMRC στο Ηνωμένο Βασίλειο χρησιμοποίησε επιτυχώς αέριο διοξειδίου του άνθρακα υψηλής πίεσης για να ψύξει τη διαδικασία επεξεργασίας κράματος τιτανίου. Σε σύγκριση με την κατάσταση ξηρά κοπής, η ανάλυση δείχνει ότι η επεξεργασία με κρυογονική ψύξη μπορεί να μειώσει μόνο τη δύναμη κοπής και να βελτιώσει την ποιότητα της επιφάνειας κοπής, αλλά και να μειώσει αποτελεσματικά τη φθορά των εργαλείων και να αυξήσει τη διάρκεια ζωής του εργαλείου. Επιπλέον, η υπερηχητική επεξεργασία με δόνηση [11, 12] (βλ. Εικόνα 3C) είναι επίσης μια αποτελεσματική μέθοδος για την αποτελεσματική κοπή των δυσκολίας στην επεξεργασία. Με την εφαρμογή των δονήσεων μικρού μήκους, μικρού μήκους, διαλείπουσα διαχωρισμό μεταξύ του εργαλείου και του τεμαχίου εργασίας επιτυγχάνεται κατά τη διάρκεια της διαδικασίας κατεργασίας, η οποία μεταβάλλει τον μηχανισμό απομάκρυνσης του υλικού, ενισχύει τη σταθερότητα της δυναμικής κοπής, αποφεύγει αποτελεσματικά την τριβή μεταξύ του εργαλείου και της επιφάνειας μείωσης, μειώνει τη θερμοκρασία κοπής και τη δύναμη κοπής, μειώνει τις επιφανειακές τιμές και το εργαλείο της μείωσης. Τα εξαιρετικά αποτελέσματα της διαδικασίας έχουν λάβει ευρεία προσοχή.
2.2 Επιλογή υλικών εργαλείων
Για δυσκολία να κοπούν υλικά όπως κράματα τιτανίου, η βελτιστοποίηση των υλικών εργαλείων μπορεί να βελτιώσει αποτελεσματικά τα αποτελέσματα κοπής [8, 13]. Μελέτες έχουν δείξει ότι για την επεξεργασία κράματος τιτανίου, μπορούν να επιλεγούν διαφορετικά εργαλεία σύμφωνα με την ταχύτητα επεξεργασίας. Για την κοπή χαμηλής ταχύτητας, χρησιμοποιείται χάλυβα υψηλής ταχύτητας υψηλής ταχύτητας, για κοπή μεσαίας ταχύτητας, χρησιμοποιούνται εργαλεία καρβιδίου με μέση ταχύτητα, τσιμέντο με επικάλυψη αλουμινίου και για κοπή υψηλής ταχύτητας, εργαλεία νιτρικού κυβικού βορίου (CBN). Για επεξεργασία κράματος υψηλής θερμοκρασίας, θα πρέπει να χρησιμοποιούνται για επεξεργασία υψηλής σκληρής σκληρότητας υψηλής ταχύτητας.
2.3 Βέλτιστες παραμέτρους κοπής
Οι παράμετροι κοπής είναι επίσης ένας σημαντικός παράγοντας που επηρεάζει το αποτέλεσμα μηχανικής κατεργασίας. Η χρήση κατάλληλων παραμέτρων κοπής για τα αντίστοιχα υλικά μπορεί να βελτιώσει αποτελεσματικά την ποιότητα και την αποτελεσματικότητα της μηχανικής κατεργασίας. Λαμβάνοντας την παράμετρο ταχύτητας κοπής ως παράδειγμα, η χαμηλή ταχύτητα κοπής μπορεί εύκολα να σχηματίσει μια περιοχή ενσωματωμένη άκρη στην επιφάνεια του υλικού, μειώνοντας την ακρίβεια της επιφάνειας κατεργασίας. Η υψηλή ταχύτητα κοπής μπορεί εύκολα να προκαλέσει συσσώρευση θερμότητας, προκαλώντας εγκαύματα στο τεμάχιο εργασίας και στο εργαλείο. Από αυτή την άποψη, η ομάδα του καθηγητή Zhai Yuansheng στο Πανεπιστήμιο Επιστήμης και Τεχνολογίας του Harbin ανέλυσε τις μηχανικές και φυσικές ιδιότητες των συνηθισμένων υλικών δύσκολης μηχανής και συνοψίζει έναν συνιστώμενο πίνακα ταχύτητας κοπής για δυσκολία στην κατασκευή υλικών μέσω ορθογώνιων πειραμάτων μηχανικής κατεργασίας [14] (βλ. Πίνακα 1). Χρησιμοποιώντας τα εργαλεία και τις ταχύτητες κοπής που συνιστώνται στον πίνακα για κατεργασία μπορεί να μειώσει αποτελεσματικά τα ελαττώματα μηχανικής κατεργασίας και τη φθορά των εργαλείων και να βελτιώσει την ποιότητα της κατεργασίας.
3 Τεχνολογία κατεργασίας CNC ακρίβειας για σύνθετες επιφάνειες λεπίδων
Τα τελευταία χρόνια, με την ταχεία ανάπτυξη της αεροπορικής βιομηχανίας και την αυξανόμενη ζήτηση της αγοράς, οι απαιτήσεις για αποτελεσματική και ακριβή επεξεργασία λεπίδων λεπτών τοιχώματος αυξήθηκαν όλο και περισσότερο και η ζήτηση για τεχνολογία ελέγχου παραμόρφωσης υψηλότερης ακρίβειας έχει γίνει πιο επείγουσα. Στο πλαίσιο της έξυπνης τεχνολογίας κατασκευής, συνδυάζοντας τη σύγχρονη ηλεκτρονική τεχνολογία πληροφοριών για την επίτευξη ευφυούς ελέγχου της παραμόρφωσης και της δόνησης της επεξεργασίας λεπίδων με κινητήρα αεροσκαφών έχει γίνει ένα καυτό θέμα για πολλούς ερευνητές. Η εισαγωγή ευφυών συστημάτων CNC στην επεξεργασία ακριβείας των σύνθετων καμπυλών επιφανειών των λεπίδων και η ενεργά αντιστάθμιση των σφαλμάτων στη διαδικασία επεξεργασίας που βασίζεται σε έξυπνα συστήματα CNC, μπορεί να καταστείλει αποτελεσματικά την παραμόρφωση και τη δόνηση.
Για την αντιστάθμιση ενεργού σφάλματος στη διαδικασία μηχανικής κατεργασίας, προκειμένου να επιτευχθεί η βελτιστοποίηση και ο έλεγχος των παραμέτρων κατεργασίας όπως η διαδρομή εργαλείων, είναι απαραίτητο να επιτευχθεί πρώτα η επίδραση των παραμέτρων της διαδικασίας στην παραμόρφωση της μηχανικής κατεργασίας και τους κραδασμούς. Υπάρχουν δύο κοινώς χρησιμοποιούμενες μεθόδους: το ένα είναι να αναλύσει και να λόγο τα αποτελέσματα κάθε εργαλείου που περνούν μέσω της ανάλυσης μέτρησης και σφαλμάτων [15] [15]. Το άλλο είναι να δημιουργηθεί ένα μοντέλο πρόβλεψης για την κατεργασία της παραμόρφωσης και της δόνησης μέσω μεθόδων όπως η δυναμική ανάλυση [16], η μοντελοποίηση πεπερασμένων στοιχείων [17], τα πειράματα [18] και τα νευρωνικά δίκτυα [19] (βλέπε σχήμα 4).
Με βάση το παραπάνω μοντέλο πρόβλεψης ή την τεχνολογία μέτρησης της μηχανής, οι άνθρωποι μπορούν να βελτιστοποιήσουν και ακόμη και να ελέγξουν τις παραμέτρους κατεργασίας σε πραγματικό χρόνο. Η κύρια κατεύθυνση είναι να αντισταθμιστεί τα σφάλματα που προκαλούνται από την παραμόρφωση και τη δόνηση με την επαναφορά της διαδρομής εργαλείων. Η συνηθισμένη μέθοδος προς αυτή την κατεύθυνση είναι η "μέθοδος αντιστάθμισης καθρέφτη" [20] (βλ. Εικόνα 5). Αυτή η μέθοδος αντισταθμίζει την παραμόρφωση μιας μόνο κοπής διορθώνοντας την ονομαστική τροχιά εργαλείων. Ωστόσο, μια ενιαία αντιστάθμιση θα παράγει νέα παραμόρφωση της μηχανικής κατεργασίας. Ως εκ τούτου, είναι απαραίτητο να δημιουργηθεί μια επαναληπτική σχέση μεταξύ της δύναμης κοπής και της παραμόρφωσης της μηχανικής κατεργασίας μέσω πολλαπλών αντιστάθμισης για τη διόρθωση της παραμόρφωσης μία προς μία. Εκτός από τη μέθοδο της αντιστάθμισης ενεργού σφαλμάτων με βάση τον προγραμματισμό της διαδρομής εργαλείων, πολλοί μελετητές μελετούν επίσης τον τρόπο ελέγχου της παραμόρφωσης και της δόνησης βελτιστοποιώντας και ελέγχοντας τις παραμέτρους κοπής και τις παραμέτρους εργαλείων. Για την κοπή ενός συγκεκριμένου τύπου λεπίδας κινητήρα αεροσκαφών, οι παράμετροι κατεργασίας άλλαξαν για πολλαπλούς γύρους ορθογώνιων δοκιμών. Με βάση τα δεδομένα δοκιμής, η επίδραση κάθε παραμέτρου κοπής και παραμέτρου εργαλείου στην παραμόρφωση της μηχανής επεξεργασίας λεπίδων και η απόκριση δόνησης αναλύθηκε [21-23]. Δημιουργήθηκε ένα εμπειρικό μοντέλο πρόβλεψης για τη βελτιστοποίηση των παραμέτρων κατεργασίας, μειώνουν αποτελεσματικά την παραμόρφωση της μηχανικής κατεργασίας και καταστέλλουν τη δόνηση κοπής.
Με βάση τα παραπάνω μοντέλα και μεθόδους, πολλές εταιρείες έχουν αναπτύξει ή βελτιώσει τα συστήματα CNC των κέντρων κατεργασίας CNC για να επιτύχουν προσαρμοστικό έλεγχο σε πραγματικό χρόνο των παραμέτρων επεξεργασίας εξαρτημάτων λεπτών τοιχωμάτων. Το βέλτιστο σύστημα άλεσης της εταιρείας OMAT του Ισραήλ [24] είναι ένας τυπικός εκπρόσωπος στον τομέα αυτό. Προσαρμόζει κυρίως την ταχύτητα τροφοδοσίας μέσω της προσαρμοστικής τεχνολογίας για να επιτύχει το σκοπό της σταθερής άλεσης της δύναμης και την πραγματοποίηση υψηλής απόδοσης και υψηλής ποιότητας επεξεργασίας σύνθετων προϊόντων. Επιπλέον, το Πεκίνο Jingdiao εφάρμοσε επίσης παρόμοια τεχνολογία στην κλασική τεχνική περίπτωση της ολοκλήρωσης της χάραξης σχεδίου επιφανείας αυγών μέσω της προσαρμοστικής αντιστάθμισης της μέτρησης της μηχανής [25]. Το Therrien της GE στις Ηνωμένες Πολιτείες [26] πρότεινε μια μέθοδο διόρθωσης σε πραγματικό χρόνο για τους κωδικούς μηχανικής επεξεργασίας CNC κατά τη διάρκεια της μηχανικής κατεργασίας, η οποία παρείχε βασικά τεχνικά μέσα για την προσαρμοστική κατεργασία και τον έλεγχο σε πραγματικό χρόνο σε σύνθετες λεπίδες λεπτών τοιχώματος. Το αυτοματοποιημένο σύστημα επισκευής της Ευρωπαϊκής Ένωσης για τα εξαρτήματα του στροβίλου του κινητήρα του αεροσκάφους (AROSATEC) συνειδητοποιεί την προσαρμοστική άλεση ακριβείας μετά την επισκευή της λεπίδας με την παραγωγή προσθέτων και έχει εφαρμοστεί στην παραγωγή επισκευής λεπίδων της εταιρείας MTU της Γερμανίας και της εταιρείας SIFCO της Ιρλανδίας [27].
Βελτίωση της ακαμψίας επεξεργασίας με βάση τον ευφυή εξοπλισμό διαδικασιών
Η χρήση ευφυούς εξοπλισμού διεργασιών για τη βελτίωση της ακαμψίας του συστήματος διεργασίας και τη βελτίωση των χαρακτηριστικών απόσβεσης είναι επίσης ένας αποτελεσματικός τρόπος για να καταστείλει την παραμόρφωση και τη δόνηση της επεξεργασίας λεπτών λεπτών τοιχώματος, στη βελτίωση της ακρίβειας της επεξεργασίας και στη βελτίωση της ποιότητας της επιφάνειας. Τα τελευταία χρόνια, χρησιμοποιήθηκε ένας μεγάλος αριθμός διαφορετικών εξοπλισμών διεργασιών στην επεξεργασία διαφόρων τύπων λεπίδων αεροβιομηχανίας [28]. Δεδομένου ότι οι λεπίδες των αεροκινητήρων έχουν γενικά λεπτό τοίχωμα και ακανόνιστα δομικά χαρακτηριστικά, μια μικρή περιοχή σύσφιξης και τοποθέτησης, χαμηλή ακαμψία επεξεργασίας και τοπική παραμόρφωση κάτω από τη δράση του συστήματος κοπής και της υποψηφιότητας του εξοπλισμού επεξεργασίας των λεπίδων. Οι λεπτές και ακανόνιστες καμπύλες επιφάνειες προβάλλουν δύο απαιτήσεις για την τοποθέτηση και τη σύσφιξη των εργαλείων: πρώτον, η δύναμη σύσφιξης ή η δύναμη επαφής των εργαλείων θα πρέπει να διανέμονται όσο το δυνατόν ομοιόμορφα στην καμπύλη επιφάνεια για να αποφευχθεί η σοβαρή τοπική παραμόρφωση του τεμαχίου κάτω από τη δράση της δύναμης σύσφιξης. Δεύτερον, η τοποθέτηση, η σύσφιξη και τα βοηθητικά στοιχεία υποστήριξης των εργαλείων πρέπει να ταιριάζουν καλύτερα με την πολύπλοκη καμπύλη επιφάνεια του τεμαχίου εργασίας για να παράγουν ομοιόμορφη δύναμη επαφής επιφάνειας σε κάθε σημείο επαφής. Σε απάντηση σε αυτές τις δύο απαιτήσεις, οι μελετητές πρότειναν ένα ευέλικτο σύστημα εργαλείων. Τα ευέλικτα συστήματα εργαλείων μπορούν να χωριστούν σε μεταβολή φάσης εύκαμπτα εργαλεία και προσαρμοστικά ευέλικτα εργαλεία. Η αλλαγή φάσης Το εύκαμπτο εργαλείο χρησιμοποιεί τις μεταβολές της ακαμψίας και της απόσβεσης πριν και μετά την αλλαγή φάσης του υγρού: το υγρό στην υγρή φάση ή την κινητή φάση έχει χαμηλή δυσκαμψία και απόσβεση και μπορεί να προσαρμοστεί στην πολύπλοκη καμπύλη επιφάνεια του τεμαχίου εργασίας υπό χαμηλή πίεση. Στη συνέχεια, το υγρό μετασχηματίζεται σε στερεά φάση ή ενοποιείται από εξωτερικές δυνάμεις όπως ο ηλεκτρικός ρεύματος/μαγνητισμός/θερμότητα και η δυσκαμψία και η απόσβεση βελτιώνονται σημαντικά, παρέχοντας έτσι ομοιόμορφη και ευέλικτη υποστήριξη για το τεμάχιο εργασίας και καταστέλλει την παραμόρφωση και τη δόνηση.
Ο εξοπλισμός διεργασίας στην παραδοσιακή τεχνολογία επεξεργασίας των λεπίδων κινητήρων αεροσκαφών είναι να χρησιμοποιεί υλικά αλλαγής φάσης, όπως κράματα χαμηλού σημείου τήξης για την πλήρωση βοηθητικής υποστήριξης. Δηλαδή, αφού το κενό του τεμαχίου τοποθετείται και συσφίγγεται σε έξι σημεία, η αναφορά τοποθέτησης του τεμαχίου εργασίας μεταδίδεται σε ένα μπλοκ χύτευσης μέσω του κράματος χαμηλού σημείου τήξης για να παρέχει βοηθητική υποστήριξη για το τεμάχιο εργασίας και η σύνθετη τοποθέτηση σημείων μετατρέπεται σε κανονική τοποθέτηση επιφάνειας και στη συνέχεια η επεξεργασία ακριβείας που πρόκειται να επεξεργαστεί (βλέπε Σχήμα 6). Αυτή η μέθοδος διεργασίας έχει προφανή ελαττώματα: η μετατροπή αναφοράς τοποθέτησης οδηγεί σε μείωση της ακρίβειας τοποθέτησης. Το παρασκεύασμα παραγωγής είναι περίπλοκο και η χύτευση και η τήξη του κράματος χαμηλού σημείου τήξης φέρνουν επίσης προβλήματα υπολειμμάτων και καθαρισμού στην επιφάνεια του τεμαχίου. Ταυτόχρονα, οι συνθήκες χύτευσης και τήξης είναι επίσης σχετικά φτωχές [30]. Προκειμένου να λύσουν τα παραπάνω ελαττώματα της διαδικασίας, μια κοινή μέθοδος είναι να εισαχθεί μια δομή υποστήριξης πολλαπλών σημείων σε συνδυασμό με ένα υλικό αλλαγής φάσης [31]. Το άνω άκρο της δομής στήριξης έρχεται σε επαφή με το τεμάχιο εργασίας για τοποθέτηση και το κάτω άκρο βυθίζεται στο θάλαμο κράματος χαμηλού σημείου τήξης. Η εύκαμπτη βοηθητική υποστήριξη επιτυγχάνεται με βάση τα χαρακτηριστικά αλλαγής φάσης του κράματος χαμηλού σημείου τήξης. Παρόλο που η εισαγωγή μιας δομής υποστήριξης μπορεί να αποφύγει τα επιφανειακά ελαττώματα που προκαλούνται από κράματα χαμηλών σημείων που έρχονται σε επαφή με τις λεπίδες, λόγω των περιορισμών απόδοσης των υλικών αλλαγής φάσης, η αλλαγή φάσης εύκαμπτα εργαλεία δεν μπορεί να ανταποκριθεί ταυτόχρονα στις δύο σημαντικές απαιτήσεις της υψηλής ακαμψίας και της υψηλής ταχύτητας απόκρισης και είναι δύσκολο να εφαρμοστεί στην αυτοματοποιημένη παραγωγή υψηλής απόδοσης.
Προκειμένου να λύσουν τα μειονεκτήματα της μεταβολής της φάσης ευέλικτα εργαλεία, πολλοί μελετητές έχουν ενσωματώσει την έννοια της προσαρμογής στην έρευνα και την ανάπτυξη ευέλικτων εργαλείων. Τα προσαρμοστικά ευέλικτα εργαλεία μπορούν να ταιριάζουν προσαρμοστικά σε σύνθετα σχήματα λεπίδων και πιθανά σφάλματα σχήματος μέσω ηλεκτρομηχανικών συστημάτων. Προκειμένου να διασφαλιστεί ότι η δύναμη επαφής κατανέμεται ομοιόμορφα σε ολόκληρη την λεπίδα, το εργαλείο χρησιμοποιεί συνήθως βοηθητικά υποστηρίγματα πολλαπλών σημείων για να σχηματίσει μια μήτρα υποστήριξης. Η ομάδα του Wang Hui στο Πανεπιστήμιο Tsinghua πρότεινε έναν εύκαμπτο βοηθητικό εξοπλισμό βοηθητικού βοηθητικού σώματος που είναι κατάλληλος για επεξεργασία λεπίδων σε κοντινή απόσταση [32, 33] (βλ. Εικόνα 7). Το εργαλείο χρησιμοποιεί πολλαπλά ευέλικτα στοιχεία σύσφιξης υλικών για να βοηθήσει στην υποστήριξη της επιφάνειας της λεπίδας της λεπίδας σχήματος κοντά στο δίκτυο, αυξάνοντας την περιοχή επαφής κάθε περιοχής επαφής και εξασφαλίζοντας ότι η δύναμη σύσφιξης κατανέμεται ομοιόμορφα σε κάθε τμήμα επαφής και ολόκληρη τη λεπίδα, βελτιώνοντας έτσι την ακαμψία του συστήματος επεξεργασίας και εμποδίζει αποτελεσματικά την τοπική παραμόρφωση της φλας. Το εργαλείο έχει πολλαπλούς παθητικούς βαθμούς ελευθερίας, οι οποίοι μπορούν να ταιριάζουν προσαρμοστικά το σχήμα της λεπίδας και το σφάλμα του, αποφεύγοντας παράλληλα την υπερβολική θέση. Εκτός από την επίτευξη προσαρμοστικής υποστήριξης μέσω ευέλικτων υλικών, η αρχή της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής εφαρμόζεται επίσης στην έρευνα και ανάπτυξη προσαρμοστικών ευέλικτων εργαλείων. Η ομάδα του Yang Yiqing στο Πεκίνο του Πανεπιστημίου Αεροναυτικής και της Αστροναυτικής εφευρέθηκε μια βοηθητική συσκευή υποστήριξης βασισμένη στην αρχή της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής [34]. Το εργαλείο χρησιμοποιεί μια ευέλικτη βοηθητική υποστήριξη που διεγείρεται από ένα ηλεκτρομαγνητικό σήμα, το οποίο μπορεί να αλλάξει τα χαρακτηριστικά απόσβεσης του συστήματος διεργασίας. Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας σύσφιξης, η βοηθητική υποστήριξη ταιριάζει προσαρμοστικά στο σχήμα του τεμαχίου εργασίας κάτω από τη δράση ενός μόνιμου μαγνήτη. Κατά τη διάρκεια της επεξεργασίας, η δόνηση που παράγεται από το τεμάχιο εργασίας θα μεταδοθεί στην βοηθητική υποστήριξη και η αντίστροφη ηλεκτρομαγνητική δύναμη θα διεγερθεί σύμφωνα με την αρχή της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής, καταστέλλοντας έτσι τη δόνηση της επεξεργασίας του τεμαχίου.
Επί του παρόντος, στη διαδικασία σχεδιασμού εξοπλισμού διεργασιών, ανάλυσης πεπερασμένων στοιχείων, γενετικού αλγορίθμου και άλλων μέθοδοι χρησιμοποιούνται γενικά για τη βελτιστοποίηση της διάταξης των βοηθητικών υποστηρικτών πολλαπλών σημείων [35]. Ωστόσο, το αποτέλεσμα βελτιστοποίησης μπορεί συνήθως να εξασφαλίσει μόνο ότι η παραμόρφωση της επεξεργασίας σε ένα σημείο ελαχιστοποιείται και δεν μπορεί να εγγυηθεί ότι το ίδιο αποτέλεσμα καταστολής παραμόρφωσης μπορεί να επιτευχθεί σε άλλα μέρη επεξεργασίας. Στη διαδικασία επεξεργασίας λεπίδων, συνήθως εκτελούνται μια σειρά περάσματος εργαλείων στο τεμάχιο στο ίδιο εργαλείο, αλλά οι απαιτήσεις σύσφιξης για την επεξεργασία διαφορετικών τμημάτων είναι διαφορετικές και μπορεί να είναι ακόμη και χρονικά μεταβαλλόμενες. Για τη στατική μέθοδο υποστήριξης πολλαπλών σημείων, εάν η ακαμψία του συστήματος διεργασίας βελτιωθεί αυξάνοντας τον αριθμό των βοηθητικών υποστηρίξεων, αφενός, η μάζα και ο όγκος των εργαλείων θα αυξηθούν και από την άλλη πλευρά θα συμπιεστεί ο χώρος κίνησης του εργαλείου. Εάν η θέση της βοηθητικής υποστήριξης επαναφέρει κατά την επεξεργασία διαφορετικών τμημάτων, η διαδικασία επεξεργασίας θα διακόπτεται αναπόφευκτα και θα μειωθεί η αποτελεσματικότητα της επεξεργασίας. Ως εκ τούτου, έχει προταθεί εξοπλισμός διαδικασίας παρακολούθησης [36-38] που ρυθμίζει αυτόματα τη διάταξη υποστήριξης και την υποστήριξη online σύμφωνα με τη διαδικασία επεξεργασίας. Ο εξοπλισμός διαδικασίας παρακολούθησης (βλ. Εικόνα 8) μπορεί να επιτύχει δυναμική υποστήριξη μέσω της συντονισμένης συνεργασίας του εργαλείου και των εργαλείων που βασίζονται στην τροχιά εργαλείων και στις αλλαγές κατάστασης λειτουργίας του χρόνου που μεταβάλλεται τη διαδικασία κοπής πριν από την υποστήριξη της διαδικασίας, ενώ η διαδικασία της εργασίας είναι ενεργά με τη θέση του. αντιστοιχεί έτσι στις απαιτήσεις σύσφιξης που μεταβάλλονται από το χρόνο κατά τη διάρκεια της διαδικασίας επεξεργασίας.
Προκειμένου να βελτιωθεί η προσαρμοστική δυναμική ικανότητα υποστήριξης του εξοπλισμού διεργασίας, να ταιριάζει με τις πιο σύνθετες απαιτήσεις σύσφιξης στη διαδικασία επεξεργασίας και να βελτιωθεί η ποιότητα και η αποτελεσματικότητα της παραγωγής επεξεργασίας λεπίδων, η βοηθητική υποστήριξη παρακολούθησης επεκτείνεται σε μια ομάδα που σχηματίζεται από πολλαπλές δυναμικές βοηθητικές υποστηρίξεις. Κάθε δυναμική βοηθητική υποστήριξη απαιτείται για τον συντονισμό των ενεργειών και την αυτόματη και ταχεία ανακατασκευή της επαφής μεταξύ της ομάδας υποστήριξης και του τεμαχίου εργασίας σύμφωνα με τις απαιτήσεις που μεταβάλλονται από το χρόνο της διαδικασίας παραγωγής. Η διαδικασία ανασυγκρότησης δεν παρεμβαίνει στην τοποθέτηση ολόκληρου του τεμαχίου εργασίας και δεν προκαλεί τοπική μετατόπιση ή δόνηση. Ο εξοπλισμός διεργασίας που βασίζεται σε αυτή την έννοια ονομάζεται αυτο-διαμορφώσιμη ομάδα ομάδας [39], το οποίο έχει τα πλεονεκτήματα της ευελιξίας, της ανασυγκρότησης και της αυτονομίας. Το αυτο-διαμορφωμένο εξάρτημα ομάδας μπορεί να κατανείμει πολλαπλές βοηθητικές υποστηρίξεις σε διαφορετικές θέσεις στην υποστηριζόμενη επιφάνεια σύμφωνα με τις απαιτήσεις της διαδικασίας κατασκευής και μπορεί να προσαρμοστεί σε σύνθετα τεμάχια εργασίας με μεγάλη περιοχή, εξασφαλίζοντας παράλληλα επαρκή ακαμψία και εξάλειψη περιττών υποστηρίξεων. Η μέθοδος εργασίας του εξοπλισμού είναι ότι ο ελεγκτής στέλνει οδηγίες σύμφωνα με το προγραμματισμένο πρόγραμμα και η βάση κινητής τηλεφωνίας φέρνει το στοιχείο υποστήριξης στη θέση προορισμού σύμφωνα με τις οδηγίες. Το στοιχείο υποστήριξης προσαρμόζεται στο τοπικό γεωμετρικό σχήμα του τεμαχίου για την επίτευξη συμμόρφωσης. Τα δυναμικά χαρακτηριστικά (ακαμψία και απόσβεση) της περιοχής επαφής μεταξύ ενός ενιαίου στοιχείου υποστήριξης και του τοπικού τεμαχίου μπορεί να ελεγχθεί με την αλλαγή των παραμέτρων του στοιχείου υποστήριξης (για παράδειγμα, το υδραυλικό στοιχείο υποστήριξης μπορεί συνήθως να αλλάξει την υδραυλική πίεση εισόδου για να αλλάξει τα χαρακτηριστικά επαφής). Τα δυναμικά χαρακτηριστικά του συστήματος διεργασίας σχηματίζονται από τη σύζευξη των δυναμικών χαρακτηριστικών της περιοχής επαφής μεταξύ πολλαπλών στοιχείων υποστήριξης και του τεμαχίου εργασίας και σχετίζονται με τις παραμέτρους κάθε στοιχείου υποστήριξης και τη διάταξη της ομάδας στοιχείων υποστήριξης. Ο σχεδιασμός του σχεδίου ανακατασκευής υποστήριξης πολλαπλών σημείων της αυτοκατοικινότητας ομάδας πρέπει να εξετάσει τα ακόλουθα τρία ζητήματα: την προσαρμογή στο γεωμετρικό σχήμα του τεμαχίου, την ταχεία επανατοποθέτηση των στοιχείων υποστήριξης και τη συντονισμένη συνεργασία πολλαπλών σημείων υποστήριξης [40]. Επομένως, όταν χρησιμοποιείτε το εξοπλισμό αυτο-διαμορφωμένης ομάδας, είναι απαραίτητο να χρησιμοποιήσετε το σχήμα του τεμαχίου, τα χαρακτηριστικά φορτίου και τις εγγενείς οριακές συνθήκες ως εισροή για την επίλυση της διάταξης υποστήριξης πολλαπλών σημείων και των παραμέτρων υποστήριξης κάτω από διαφορετικές συνθήκες επεξεργασίας, σχεδιάστε τη διαδρομή κίνησης πολλαπλών σημείων, δημιουργήστε κώδικα ελέγχου από τα αποτελέσματα της λύσης και την εισαγωγή του στον ελεγκτή. Επί του παρόντος, οι εγχώριοι και ξένοι μελετητές έχουν πραγματοποιήσει κάποια έρευνα και προσπάθειες για αυτο-διαμορφώσιμα ομαδικά φωτιστικά. Στις ξένες χώρες, το Project Swarmitfix της ΕΕ έχει αναπτύξει ένα νέο εξαιρετικά προσαρμόσιμο σύστημα αυτοσυγκέντρωσης [41], το οποίο χρησιμοποιεί ένα σύνολο κινητών βοηθητικών υποστηρίξεων για να μετακινηθεί ελεύθερα στον πάγκο εργασίας και την επανατοποθέτηση σε πραγματικό χρόνο για να υποστηρίξει καλύτερα τα επεξεργασμένα μέρη. Το πρωτότυπο του συστήματος SwarmitFix έχει εφαρμοστεί σε αυτό το έργο (βλ. Εικόνα 9Α) και δοκιμάστηκε στη θέση ενός ιταλικού κατασκευαστή αεροσκαφών. Στην Κίνα, η ομάδα του Wang Hui στο Πανεπιστήμιο Tsinghua έχει αναπτύξει ένα τετράπλευρο πάγκο στήριξης σύσφιξης που μπορεί να ελεγχθεί σε συντονισμό με ένα εργαλείο μηχανής [42] (βλ. Εικόνα 9Β). Αυτός ο πάγκος εργασίας μπορεί να υποστηρίξει το πρόβολο και να αποφύγει αυτόματα το εργαλείο κατά τη διάρκεια της λεπτής κατεργασίας του τέλου μιας λεπίδας στροβίλου. Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας μηχανικής κατεργασίας, η βοηθητική υποστήριξη τεσσάρων σημείων συνεργάζεται με το κέντρο επεξεργασίας CNC για την ανασυγκρότηση της κατάστασης επαφής τεσσάρων σημείων σύμφωνα με τη θέση κίνησης του εργαλείου, η οποία όχι μόνο αποφεύγει την παρεμβολή μεταξύ του εργαλείου και της βοηθητικής υποστήριξης, αλλά και εξασφαλίζει το αποτέλεσμα υποστήριξης.
5 Συζήτηση για τις μελλοντικές τάσεις ανάπτυξης
5.1 Νέα υλικά
Καθώς οι απαιτήσεις σχεδιασμού αναλογίας ώθησης προς βάρος των κινητήρων αεροσκαφών συνεχίζουν να αυξάνονται, ο αριθμός των εξαρτημάτων μειώνεται σταδιακά και το επίπεδο άγχους των εξαρτημάτων αυξάνεται και υψηλότερη. Η απόδοση των δύο κύριων παραδοσιακών δομικών υλικών υψηλής θερμοκρασίας έχει φτάσει στο όριο του. Τα τελευταία χρόνια, τα νέα υλικά για τα πτερύγια των αεροσκαφών έχουν αναπτυχθεί ταχέως και όλο και περισσότερα υλικά υψηλής απόδοσης χρησιμοποιούνται για την κατασκευή λεπίδων με λεπτό τοίχωμα. Μεταξύ αυτών, το κράμα -τμηματικό κράμα [43] έχει εξαιρετικές ιδιότητες όπως υψηλή ειδική αντοχή, υψηλή αντοχή στη θερμοκρασία και καλή αντοχή στην οξείδωση. Ταυτόχρονα, η πυκνότητα του είναι 3,9g/cm3, η οποία είναι μόνο το ήμισυ αυτής των κραμάτων υψηλής θερμοκρασίας. Στο μέλλον, έχει μεγάλες δυνατότητες ως λεπίδα στην περιοχή θερμοκρασίας 700-800. Παρόλο που το κράμα -τμηματικό κράμα έχει εξαιρετικές μηχανικές ιδιότητες, η υψηλή σκληρότητα του, η χαμηλή θερμική αγωγιμότητα, η σκληρότητα χαμηλής θραύσης και η υψηλή ευγένεια οδηγούν σε κακή ακεραιότητα της επιφάνειας και χαμηλή ακρίβεια του υλικού -κράματος κατά τη διάρκεια της κοπής, γεγονός που επηρεάζει σοβαρά τη διάρκεια ζωής των τμημάτων. Επομένως, η έρευνα επεξεργασίας του κράματος -τμημάτων έχει σημαντική θεωρητική σημασία και αξία και αποτελεί σημαντική ερευνητική κατεύθυνση της τρέχουσας τεχνολογίας επεξεργασίας λεπίδων.
5.2 χρονικά μεταβαλλόμενη προσαρμοστική επεξεργασία
Οι λεπίδες του αεροενδοίου έχουν πολύπλοκες καμπύλες επιφάνειες και απαιτούν υψηλή ακρίβεια σχήματος. Επί του παρόντος, η κατεργασία ακριβείας τους χρησιμοποιεί κυρίως γεωμετρικές μεθόδους προσαρμογής μηχανικής κατεργασίας με βάση τον προγραμματισμό διαδρομής και την ανασυγκρότηση του μοντέλου. Αυτή η μέθοδος μπορεί να μειώσει αποτελεσματικά την επίδραση των σφαλμάτων που προκαλούνται από την τοποθέτηση, τη σύσφιξη κ.λπ. στην ακρίβεια της μηχανικής κατεργασίας. Επιρροή. Ωστόσο, λόγω του ανομοιόμορφου πάχους της σφυρηλάτησης της λεπίδας, το βάθος κοπής σε διαφορετικές περιοχές του εργαλείου είναι διαφορετικό κατά τη διάρκεια της διαδικασίας κοπής σύμφωνα με την προγραμματισμένη διαδρομή, η οποία φέρνει αβέβαιους παράγοντες στη διαδικασία κοπής και επηρεάζει τη σταθερότητα της επεξεργασίας. Στο μέλλον, κατά τη διάρκεια της διαδικασίας προσαρμοστικής κατεργασίας CNC, οι πραγματικές μεταβολές της κατάστασης κατεργασίας θα πρέπει να παρακολουθούνται καλύτερα [44], βελτιώνοντας έτσι σημαντικά την ακρίβεια κατεργασίας των σύνθετων καμπυλών επιφανειών και τη διαμόρφωση μιας μεθόδου προσαρμοστικής κατεργασίας ελέγχου χρόνου που προσαρμόζει τις παραμέτρους κοπής με βάση τα δεδομένα ανατροφοδότησης σε πραγματικό χρόνο.
5.3 Ευφυής εξοπλισμός διαδικασιών
Ως ο μεγαλύτερος τύπος εξαρτημάτων στον κινητήρα, η αποδοτικότητα κατασκευής των λεπίδων επηρεάζει άμεσα τη συνολική αποδοτικότητα της κατασκευής του κινητήρα και η ποιότητα κατασκευής των λεπίδων επηρεάζει άμεσα την απόδοση και τη ζωή του κινητήρα. Ως εκ τούτου, η ευφυής κατεργασία ακριβείας των λεπίδων έχει γίνει η κατεύθυνση ανάπτυξης της κατασκευής λεπίδων κινητήρα στον κόσμο σήμερα. Η έρευνα και η ανάπτυξη μηχανικών εργαλείων και εξοπλισμού επεξεργασίας είναι το κλειδί για την πραγματοποίηση ευφυούς επεξεργασίας λεπίδων. Με την ανάπτυξη της τεχνολογίας CNC, το επίπεδο πληροφοριών των μηχανικών εργαλείων έχει βελτιωθεί γρήγορα και η ικανότητα επεξεργασίας και παραγωγής έχει βελτιωθεί σημαντικά. Ως εκ τούτου, η έρευνα και η ανάπτυξη και η καινοτομία του ευφυούς εξοπλισμού διεργασιών είναι μια σημαντική κατεύθυνση ανάπτυξης για την αποτελεσματική και ακριβή κατεργασία των λεπίδων με λεπτό τοίχωμα. Τα εξαιρετικά ευφυή εργαλεία μηχανής CNC συνδυάζονται με εξοπλισμό διεργασιών για να σχηματίσουν ένα έξυπνο σύστημα επεξεργασίας λεπίδων (βλ. Εικόνα 10), το οποίο συνειδητοποιεί υψηλής ακρίβειας, υψηλής απόδοσης και προσαρμοστική κατεργασία CNC των λεπίδων λεπτών τοιχώματος.
