Przed zaprojektowaniem i wyprodukowaniem półfabrykatu inżynier konstrukcyjny w pełni komunikuje się z inżynierami zajmującymi się procesami na zimno i na gorąco, aby określić optymalny kształt półwyrobu, uzyskać formowanie bliskie-siatce w lokalnych obszarach, poprawić wykorzystanie materiału, zmniejszyć naddatki na obróbkę i skrócić cykl przetwarzania. Typowe technologie produkcji precyzyjnego formowania półfabrykatów obejmują głównie następujące 5 typów.
Precyzyjne odlewanie
Metoda przetwarzania polegająca na podgrzewaniu i topieniu litego metalu, wlewaniu go do skorupy formy formierskiej i zestalaniu w półfabrykat odlewniczy. Obecnie technologia odlewania precyzyjnego jest szeroko stosowana w łopatkach turbin, a powierzchnie ścieżki przepływu są w całości odlewami bez pozostałości, a profil powierzchni ścieżki przepływu wynosi ±0,2 mm.
Odlewanie piasku
Precyzyjne kucie
Metoda przetwarzania polegająca na wywieraniu nacisku na prasę w celu spowodowania odkształcenia plastycznego surowca w formie, w wyniku czego uzyskuje się precyzyjne odkuwanie z niewielkim lub żadnym naddatkiem. Proces ten jest szeroko stosowany w przypadku łopatek sprężarek, co może poprawić wykorzystanie materiału i ograniczyć lub wyeliminować obróbkę. Obecnie korpus precyzyjnie kutego ostrza wykorzystuje kucie bez pozostałości, a stopień wykorzystania materiału sięga 80%.
Precyzyjne przędzenie
Metoda przetwarzania polegająca na przetwarzaniu arkusza lub wstępnie uformowanego pierścieniowego półfabrykatu w cienkościenny- pusty w środku obrotowy korpus poprzez-obracanie się z dużą prędkością i przyłożenie określonego ciśnienia. Obecnie jest szeroko stosowany w częściach takich jak owiewki, stożki komór spalania i obudowy sprężarek. Obecnie wirowanie na gorąco może osiągnąć kontrolę marginesu 1-2 mm, a wirowanie na zimno może osiągnąć kontrolę marginesu ± 0,2 mm.
Metalurgia proszków
Technologia procesowa wykorzystująca proszek metalu (lub mieszaninę proszku metalu i-proszku niemetalu) do wytwarzania materiałów i produktów w procesach spiekania i formowania. Proces ten stosowany jest głównie w silnikach lotniczych do produkcji części obrotowych, takich jak tarcze turbin, które wytrzymują wysokie temperatury i duże obciążenia.
Schemat blokowy metalurgii proszków
Szybkie prototypowanie
Rozkładanie złożonych trójwymiarowych-części na wiele warstw prostych dwu-wymiarowych struktur i rekonstrukcja złożonych trójwymiarowych-części poprzez wytwarzanie prostych dwu-wymiarowych struktur to proces od „złożonego” do „prostego”, a następnie do „złożonego”. Dysza paliwowa o stosunkowo złożonej konstrukcji w komorze spalania silnika wykorzystuje technologię szybkiego prototypowania.
2. Specjalna technologia przetwarzania
Obróbka specjalna (czasami nazywana także obróbką nie-tradycyjną) odnosi się do procesu, który nie wymaga narzędzia twardszego niż przedmiot obrabiany ani nie wymaga zastosowania oczywistej siły mechanicznej. Zamiast tego bezpośrednio wykorzystuje energię elektryczną, energię cieplną, energię chemiczną, energię świetlną lub ich kombinację w celu usunięcia materiału przedmiotu obrabianego lub zmiany jego wydajności w celu osiągnięcia wymaganych wymagań dotyczących kształtu, rozmiaru i jakości powierzchni. Obecnie powszechnie stosuje się następujące 6 specjalnych technologii przetwarzania.
Obróbka elektroerozyjna
Specjalna obróbka, która kontroluje usuwanie materiału przedmiotu obrabianego i odkształca materiał oraz zmienia jego właściwości poprzez wyładowanie pomiędzy przedmiotem obrabianym a elektrodą narzędzia. Obecnie otwory w warstwie powietrza na łopatkach prowadzących turbiny są w większości obrabiane poprzez formowanie małych otworów elektroiskrą, a segmenty łopatek stojana sprężarki-w kształcie wentylatora są również obrabiane poprzez cięcie drutem elektroiskrowym.
Schemat ideowy obróbki elektroiskrowej
Obróbka elektrochemiczna
Specjalna obróbka, która usuwa materiał przedmiotu obrabianego w wyniku reakcji elektrochemicznych. Niektóre trudne-w-obróbce materiały, takie jak-zintegrowane ostrza ze stopów wysokotemperaturowych, są trudne do uzyskania w tradycyjnym przetwarzaniu i można je przetwarzać przy użyciu technologii obróbki elektrolitycznej.
Przetwarzanie wiązki-wysokoenergetycznej
Do usuwania lub łączenia materiałów przedmiotu obrabianego używaj wiązek laserowych,-energii-o dużej gęstości, wiązek elektronów lub jonów. Obróbkę wiązką laserową można stosować głównie do wiercenia, cięcia, spawania i znakowania. Wiercenie laserem femtosekundowym jest jedną z metod obróbki otworów filmu powietrznego na łopatkach turbin.
Przepływ ścierniwa
Użyj półpłynnego, lepkosprężystego środka ściernego zawierającego materiały ścierne, aby wymusić jego przepływ po obrabianej powierzchni pod określonym ciśnieniem, a następnie usuń mikroskopijne nierówności z powierzchni przedmiotu obrabianego poprzez zdrapywanie cząstek ściernych, osiągając w ten sposób cel polerowania powierzchni lub usuwania zadziorów. W zintegrowanych zamkniętych ostrzach zastosowano technologię przepływu ścierniwa.
Schemat ideowy obróbki przepływu ścierniwa
Wykończenie wibracyjne
Włóż przedmiot obrabiany, materiał ścierny, wodę i dodatki chemiczne do pojemnika według określonego wzoru. Opierając się na regularnych wibracjach pojemnika, ścierniwo i obrabiany przedmiot wytwarzają względny ruch i wzajemne tarcie, szlifują zadziory wystające z powierzchni i obwodu przedmiotu obrabianego, a następnie zaokrąglają ostre krawędzie przedmiotu obrabianego i polerują powierzchnię. Jest to wydajna technologia wykańczania powierzchni, która znalazła szerokie zastosowanie na częściach o dużej wytrzymałości zmęczeniowej.
Obróbka ścierna strumieniem wody
Wykorzystując-szybki przepływ wody jako nośnik,-wytwarzany jest skoncentrowany strumień ścierniwa o dużej prędkości, który uderza w obrabianą powierzchnię, zapewniając regularny i kontrolowany proces usuwania materiału. Ze względu na brak odkształceń termicznych skrawania, możliwość cięcia dowolnego materiału, dużą elastyczność w kierunku cięcia i bardzo małą siłę skrawania, jest on powszechnie stosowany do obróbki trudnych--materiałów, takich jak ceramika i wzmocnione materiały kompozytowe.
3. Zaawansowana technologia spawania
Spawanie to wysokiej jakości-wydajny proces łączenia materiałów metalowych. Należy ona do niedrogiej-zaawansowanej technologii procesu wytwarzania strukturalnego i jest także jedną z najczęściej stosowanych technologii przetwarzania w zaawansowanym przemyśle produkcyjnym. Powszechnie stosowane technologie spawania obejmują głównie następujące 4 typy.
Spawanie wiązką elektronów
Proces wykorzystujący-szybką i-dużą gęstość energii wiązki elektronów jako źródła ciepła podczas spawania. Charakteryzuje się dużym współczynnikiem kształtu, małymi odkształceniami resztkowymi spawania, łatwą do osiągnięcia precyzyjną kontrolą parametrów procesu spawania, czystymi spoinami w środowisku próżniowym, dobrą powtarzalnością i stabilnością. Zalety te trudno jest porównać z innymi metodami spawania, dlatego jest szeroko stosowany w spawaniu ważnych konstrukcji, takich jak integralny wirnik, obudowa i wał silnika.
Spawanie wiązką elektronów
Zgrzewanie tarciowe bezwładnościowe
Rodzaj spawania w fazie stałej, które wytwarza ciepło w wyniku tarcia pomiędzy spawanymi materiałami i powoduje, że materiały ulegają odkształceniu plastycznemu i płynięciu pod działaniem siły spęczającej, uzyskując w ten sposób połączenie materiałowe. Ma zalety dobrej jakości złącza spawanego, wysokiej dokładności wymiarowej i dobrego efektu połączenia różnych materiałów. Stało się to głównym procesem spawania służącym do łączenia tarcz wentylatorów silników lotniczych,-zespołów wirników sprężarek wysokociśnieniowych i zespołów wałów tarcz turbiny-wysokociśnieniowego.
Mosiężnictwo
Metoda nagrzewania spawanych materiałów w temperaturze niższej od temperatury topnienia materiału macierzystego i wyższej od temperatury topnienia lutu oraz wypełniania szczeliny ciekłym lutem w celu uzyskania połączenia. Charakteryzuje się mniejszym wpływem na właściwości i strukturę materiału macierzystego oraz mniejszymi odkształceniami spawalniczymi. Nadaje się do różnych materiałów i konstrukcji, w tym struktur uszczelniających o strukturze plastra miodu silników lotniczych, łopatek turbin, łopatek sprężarek i elementów komory spalania. W przypadku niektórych złożonych komponentów jedyną możliwą metodą połączenia jest lutowanie twarde.
Schemat lutowania
Spawanie łukiem argonowym
Pod osłoną gazu obojętnego łuk generowany pomiędzy elektrodą a spawanymi materiałami jest wykorzystywany do topienia spawanych materiałów i materiału dodatkowego, uzyskując w ten sposób połączenie. Ma ogromne zalety w zakresie przenośności i kosztów i jest szeroko stosowany do spawania obudów silników i komór spalania.
4. Technologia obróbki powierzchni
Aby poprawić stan powierzchni części, spełnić specjalne wymagania funkcjonalne części, takie jak odporność na korozję, odporność na zużycie, odporność na utlenianie i odporność na wysoką temperaturę, a także poprawić żywotność części, konieczne jest wykonanie obróbki powierzchniowej części. Powszechnie stosowane technologie obróbki powierzchni w silnikach lotniczych obejmują głównie obróbkę chemiczną, wzmacnianie powierzchni i technologię powlekania.
Obróbka chemiczna
Proces modyfikacji powierzchni, który poprawia stan powierzchni materiałów poprzez metody obróbki chemicznej, takie jak korozja, galwanizacja, anodowanie i czyszczenie chemiczne.
Natryskiwanie plazmowe
Wzmocnienie powierzchni
W wyniku odkształcenia plastycznego warstwy wierzchniej na powierzchni części powstają wysokie naprężenia szczątkowe, co zwiększa koncentrację naprężeń powierzchniowych w procesie „odkształcania na zimno”. Stosowany głównie do śrutowania powierzchni zintegrowanego ostrza.
Powłoka
Według różnych zastosowań można je podzielić na powłoki uszczelniające,-odporne na zużycie, bariery termiczne i inne. Wśród nich można zastosować powłoki uszczelniające do elementów obudowy,-powłoki odporne na zużycie można zastosować do części wałów, a powłoki stanowiące barierę termiczną można zastosować do łopatek turbin.
Można powiedzieć, że części silników lotniczych są dość „cierpiące”. W przypadku samych łopatek turbin temperatura robocza może osiągnąć 1700 stopni -, czyli jest to temperatura o prawie 150 stopni wyższa niż temperatura topnienia żelaza!
Aby uczynić te części „zdrowymi”, badacze muszą używać „teleskopów”, aby skupić się na czołówce technologii. Jednocześnie muszą także posługiwać się „mikroskopami” w celu zbadania szczegółów technicznych i dążyć do lepszego dostosowania technologii do potrzeb. W podróży „rzucania serca” pogoń ludu Shangfa za doskonałą sztuką „materialną” nigdy się nie skończy!
