Tecnologie di produzione chiave per pale di motori aeronautici

La produzione di motori aeronautici è un'ingegneria di sistema estremamente complessa, di cui il componente principale è la "pala", la sua produzione occupa oltre il 30% del carico di lavoro dell'intera produzione del motore! Non solo le pale dei ventilatori, dei compressori o delle turbine sono soggette a condizioni di lavoro terribili quando il motore è in funzione, ma ci sono alcune differenze. Di conseguenza, le pale delle diverse parti di un motore aeronautico sono spesso realizzate con materiali diversi.

Attualmente, i materiali metallici e i materiali compositi avanzati sono i due principali tipi di materiali per la produzione di pale di motori aeronautici e la ricerca sui loro metodi e tecnologie di lavorazione è diventata la chiave per la produzione di motori aeronautici ad alte prestazioni.

Tecnologia di produzione di macchinari per lame metalliche per motori aeronautici

Acciaio inossidabile ad alta resistenza, lega di titanio, leghe ad alta temperatura e altri materiali metallici ad alta resistenza, l'applicazione di un gran numero di motori aeronautici ha notevolmente migliorato le prestazioni complessive, ma è difficile elaborare il "problema comune" è diventato un collo di bottiglia comune riscontrato dall’industria manifatturiera aeronautica. Metodi di produzione di lame metalliche per motori aeronautici, come lavorazione CNC, forgiatura di precisione, fusione di precisione, lavorazione elettrolitica e così via.

Tecnologia di produzione delle pale di ventilatori/compressori

Con il continuo miglioramento delle prestazioni del motore, la struttura della pala è sempre più complessa, aumenta anche la difficoltà di lavorazione. Al momento, la pala del ventilatore/compressore è costituita principalmente da lavorazione CNC, forgiatura di precisione e metodi di connessione di stampaggio/diffusione superplastici, integrati dalla tecnologia di trattamento superficiale per completare la produzione di alta qualità della pala.

1. Tecnologia di lavorazione CNC della lama

Processo di lavorazione CNC della lama, inclusi metodi di bloccaggio, programmazione CNC, processo di taglio, soppressione delle vibrazioni, ispezione online, tecnologia ausiliaria, ecc. Qui sul processo di taglio, programmazione CNC e soppressione delle vibrazioni su cui concentrarsi.

Tecnologia di taglio efficiente ed ad alta velocità:

La fresatura ad alta velocità adotta generalmente una velocità di taglio più elevata, un avanzamento adeguato e una profondità di taglio radiale e assiale inferiore. La maggior parte del calore durante la fresatura viene assorbito dai trucioli, quindi la temperatura superficiale del pezzo è inferiore. Con l'aumento della velocità di fresatura, la forza di taglio diminuisce leggermente, la qualità della superficie migliora e la produttività aumenta (Figura 1).

CNC 5 assi 1
CNC 5 assi 1

Nel processo di fresatura ad alta velocità, la transizione graduale della traiettoria dell'utensile è la tecnologia chiave per garantire la qualità del taglio. La fresatura ad inserzione è uno dei metodi più efficaci per ottenere un taglio efficiente, rispetto ad altri metodi di fresatura, può ridurre significativamente la forza di taglio radiale dell'utensile, inibire efficacemente le vibrazioni di taglio e, nel processo di taglio della lama, ha un'elevata efficienza di lavorazione per le parti della radice del tenone, della piastra laterale e del corpo della foglia che devono rimuovere un ampio margine.

Tecnologia di programmazione CNC:

Con il continuo sviluppo della lavorazione CNC e della tecnologia di programmazione automatica, l'intelligenza, l'integrazione e la parallelizzazione sono diventate la sua tendenza di sviluppo. CAPP/CAM può essere utilizzato per integrare il sistema di programmazione automatica per la programmazione delle parti della superficie della lama e anche alcune macchine utensili da taglio efficienti con la lama avranno una conoscenza del processo del sistema di programmazione integrato nel sistema di controllo della macchina.

Tecnologia di soppressione delle vibrazioni:

I metodi di soppressione delle vibrazioni di lavorazione si dividono principalmente in controllo predittivo online e controllo predittivo offline.

Il primo avviene principalmente attraverso il monitoraggio dell'effettivo sistema di lavorazione, l'estrazione del segnale di vibrazione e la soppressione delle vibrazioni nell'ambito della strategia di controllo preimpostata. Questo approccio pone requisiti elevati al sistema di previsione sotto molti aspetti, tra cui la tolleranza agli errori, la strategia di controllo del chattering e la sensibilità (velocità di giudizio).

Il metodo di controllo predittivo offline si basa sul diagramma dei limiti di stabilità dei parametri di taglio del sistema e la soppressione delle vibrazioni viene realizzata controllando i parametri del processo di taglio e la struttura del sistema.

Attualmente, la simulazione nel dominio del tempo, i metodi semi-analitici e analitici sono i metodi principali per ottenere il diagramma limite di stabilità dei parametri di taglio. Oltre ai due metodi sopra menzionati, alcuni studiosi hanno anche proposto di utilizzare il metodo di smorzamento attivo delle vibrazioni per eliminare le vibrazioni nel processo di lavorazione.

2. Tecnologia di forgiatura di precisione della lama

Il tecnico della forgiatura di precisione della lama adatta l'attrezzatura di forgiatura ad alta precisione, in base ai metodi di ispezione dell'integrità e al processo di impugnatura ausiliaria per forgiare lame grezze con un margine di lavorazione ridotto e di alta qualità. La lama per forgiatura di precisione può garantire una maggiore integrità e mantenere affilato il metallo continuo e aerodinamico, garantire la resistenza e la forza di carico delle lame e aumentare estremamente la caratteristica e il tempo di rotazione delle lame.

Le lame per forgiatura di precisione hanno un piccolo margine di lavorazione, elevata resistenza, breve tempo di lavorazione e un tempo di ciclo elevato, ma una piattaforma di smorzamento, le parti del bordo anteriore e posteriore di alcune lame devono comunque mantenere il margine di lavorazione delle parti, tutto ciò è deciso dal la costruzione della lama è una caratteristica di forgiatura complessa e di precisione al giorno d'oggi.

Le lame per forgiatura di precisione sono una tecnologia completa, quindi richiedono requisiti elevati per le materie prime e il processo di produzione. Limitata dal processo, parte delle lame per forgiatura di precisione dipende ancora dalla lavorazione per garantire la qualità della superficie e le dimensioni della sezione.

Durante il processo di formatura della lama, il processo precedente e quello successivo devono essere rigorosamente abbinati e la temperatura di deformazione, la velocità di deformazione, il grado di deformazione e la direzione del flusso del metallo di ciascun processo devono essere rigorosamente controllati. Allo stesso tempo, verranno posti sul tavolo requisiti elevati per la progettazione delle lame di precisione, la precisione e la resistenza delle attrezzature per la forgiatura e la precisione dell'ispezione e del collaudo delle attrezzature.

3. Tecnologia di produzione di formatura superplastica/incollaggio per diffusione

La formatura superplastica è un processo di formatura sviluppato sfruttando l'eccellente capacità di deformazione plastica di alcuni materiali in condizioni specifiche.

L'applicazione di questo progresso può produrre la lama di struttura complessa con elevata precisione. Allo stesso tempo, grazie alla sua eccellente capacità di deformazione, le parti prodotte hanno una buona ripetibilità di lavorazione e nessun rimbalzo.

La saldatura per diffusione è un metodo per formare una connessione mediante diffusione allo stato solido di atomi tra le superfici dei materiali da collegare sotto pressione che non è sufficiente a causare deformazione plastica e una temperatura inferiore al punto di fusione dei pezzi da collegare.

Tecnologia di formatura/incollaggio per diffusione superplastica sfrutta appieno i vantaggi dei due processi. È diventato sempre più ampiamente utilizzato nell'applicazione della formatura di strutture cave ed è una buona scelta per la formatura di pale cave.

Sfruttando il fatto che la temperatura di incollaggio per diffusione della lega di titanio è simile alla temperatura di formatura superplastica, durante la lavorazione delle lame, i due processi di formatura e incollaggio possono essere completati in un unico processo, risparmiando tempo di riscaldamento e raffreddamento e migliorando l'efficienza produttiva di lame.

Inoltre, le pale prodotte con questa tecnologia non richiedono ulteriori trattamenti meccanici di assemblaggio e saldatura, rendendo le parti più integrate, il che è di grande importanza per ridurre il peso e aumentare la spinta dei motori aeronautici (Figura 2). Rolls-Royce ha continuamente innovato le pale delle ventole in lega di titanio e ha sperimentato la prima generazione di pale delle ventole solide a corda stretta.

Processo di SPF DB per la produzione di pale 1
Processo di SPF DB per la produzione di pale 1

La seconda generazione di pale del ventilatore a corda larga con struttura a sandwich a nido d'ape e TRENT 800, inclusi i successivi TRENT 1000 e TRENT XWB, utilizzano tutti la terza generazione di pale del ventilatore in lega di titanio.

La pala adotta una nuova struttura a sandwich, ovvero la struttura a nido d'ape è sostituita dal nucleo della struttura a traliccio ed è prodotta utilizzando la tecnologia di formazione/incollaggio superplastico, in modo che la pala aumenti di dimensioni controllando efficacemente il peso strutturale.

Tecnologia di produzione delle pale delle turbine

A causa dell'ambiente più ostile in cui si trovano le pale delle turbine, vengono imposti requisiti più rigorosi sui materiali e sulla tecnologia di lavorazione rispetto alle pale dei ventilatori/compressori. Attualmente, la lavorazione delle pale delle turbine adotta generalmente la fusione di precisione (Figura 3), integrata da altri metodi di lavorazione come la rettifica.

Tre tipi di pale di turbina 1
Tre tipi di pale di turbina 1

1. Tecnologia di fusione di precisione senza residui di investimento

La tecnologia di fusione di precisione senza residui di investimento è una tecnologia in grado di produrre direttamente superfici curve complesse ed eliminare il processo di rimozione del materiale sulla superficie della lama.

Questa tecnologia può migliorare le prestazioni di lavoro della lama e aumentarne la durata. Viene spesso utilizzato per produrre lame cave senza residui direzionali/monocristalline.

È diventata un'importante tendenza di sviluppo nella tecnologia di produzione di pale di turbine per motori aeronautici avanzati. Ad esempio, questa tecnologia viene utilizzata per produrre pale di turbine a bassa pressione in lega γ-TiAl, come mostrato nella Figura 4.

Pale della turbina a bassa pressione 1
Pale della turbina a bassa pressione 1

La tecnologia chiave per investire nella fusione di precisione senza residui di pale cave è quella di produrre il nucleo ceramico della struttura di raffreddamento.

Più efficiente è il raffreddamento della pala cava della turbina, più complessa è la sua struttura della cavità interna, più impegnative sono le condizioni di lavoro e più precisa è la corrispondente struttura del nucleo ceramico, quindi anche i requisiti di controllo per l'accuratezza dimensionale del nucleo ceramico sono più alto.

Il metodo più comunemente utilizzato per la produzione di nuclei ceramici è la prefabbricazione di nuclei ceramici. Questo metodo può essere utilizzato per realizzare strutture di raffreddamento di varie forme complesse. Le fasi principali includono la spappolatura, la pressatura delle anime, la correzione delle anime, la sinterizzazione in forno e il trattamento di rafforzamento.

2. Tecnologia di controllo della cristallizzazione della solidificazione direzionale

La tecnologia di controllo della cristallizzazione della solidificazione direzionale si riferisce a un processo di fusione in cui la lega fusa viene cristallizzata e solidificata nella direzione opposta al flusso di calore nel guscio di fusione a cera persa.

Le pale della turbina formate da questo processo hanno un'elevata resistenza alla fatica termica e allo shock termico.

Esistono molti metodi tecnologici di solidificazione direzionale iniziali, che possono essere suddivisi approssimativamente nelle seguenti categorie: metodo dell'agente esotermico, metodo di riduzione della potenza, metodo di solidificazione rapida, metodo di raffreddamento del metallo liquido e metodo di raffreddamento del fluido.

Al giorno d'oggi, emergono costantemente molte nuove tecnologie di solidificazione direzionale che combinano i vantaggi delle tecnologie tradizionali con i metodi di processo più recenti, tra cui il metodo di raffreddamento regionale del metallo liquido di fusione, il metodo di solidificazione direzionale con formazione di vincoli elettromagnetici, il metodo di solidificazione direzionale di superraffreddamento profondo, il gradiente di temperatura ultraelevata del laser tecnologia di solidificazione rapida e tecnologia di solidificazione direzionale continua.

3. Tecnologia di soppressione della ricristallizzazione

L'emergere della ricristallizzazione farà diminuire significativamente la resistenza alle alte temperature della lega monocristallina originale.

Durante il processo di produzione della lama, si verifica una deformazione plastica dovuta al trattamento meccanico (come sabbiatura, lucidatura meccanica, ecc.), seguita da un trattamento ad alta temperatura come soluzione solida e ricottura, o dall'effetto di gas ad alta temperatura e alta pressione durante l'uso, il che può portare alla comparsa di ricristallizzazione.

Pertanto, sono state condotte ricerche mirate in patria e all'estero e sono stati proposti metodi come il trattamento termico pre-recupero, la cementazione, il rivestimento e la rimozione dello strato di deformazione superficiale per sopprimere la ricristallizzazione e sono stati eseguiti lavori di riparazione sulle lame ricristallizzate aggiungendo elementi di rinforzo del confine.

4. Altre tecnologie di trattamento

Tecnologia di macinazione potente e ad alta velocità.

Le potenze aeronautiche mondiali hanno iniziato a studiare l'applicazione della rettifica potente e ad alta velocità nella produzione di pale. Ad esempio, questa tecnologia può essere utilizzata per elaborare contemporaneamente la forma del dente del tenone delle pale della turbina, il che può migliorare notevolmente l'efficienza produttiva.

L'attuale tendenza di sviluppo della tecnologia di rettifica in vari paesi del mondo è la ricerca e lo sviluppo di smerigliatrici CNC con maggiore rigidità e precisione, la ricerca e lo sviluppo di abrasivi superduri e utensili di rettifica, nonché ulteriori ricerche teoriche ed esplorazione tecnica di rettifica di precisione e alta- macinazione veloce.

Essendo una nuova tecnologia pratica per la produzione avanzata, la rettifica ad alta e ultravelocità ha attirato grande attenzione da parte dell'industria dei motori aeronautici del mio paese e rappresenta un'importante direzione di sviluppo della tecnologia di rettifica domestica in futuro.

La tecnologia di elaborazione adattiva è una parte importante della tecnologia di produzione efficiente e precisa delle lame. Questa tecnologia viene utilizzata principalmente per la forgiatura di precisione, la lavorazione di precisione di bordi di pale laminate, la lavorazione e riparazione di dischi di pale integrali, Lavorazione CNC di lame cave complesse e lavorazione di superfici curve complesse con quote irregolari.

Tecnologia di produzione di pale in materiale composito per motori aeronautici

I materiali compositi avanzati sono sempre più utilizzati nei settori aeronautico e aerospaziale grazie alla loro leggerezza, elevata resistenza, resistenza alla corrosione, resistenza alla fatica e molte altre caratteristiche.

Le pale dei ventilatori in materiali compositi a base di resina, le pale dei ventilatori/compressori in materiali compositi a base metallica e le pale delle turbine in materiali compositi a base ceramica sono diventati mezzi tecnici chiave per ridurre il peso e aumentare la spinta dei motori degli aerei.

Tecnologia di produzione di lame composite a base di resina

Da quando GE ha iniziato a sviluppare e utilizzare pale per ventole composite a base di resina negli anni '1970, quasi 50 anni di esplorazione tecnica ed esperienza hanno sviluppato una varietà di pale per ventole per motori aeronautici commerciali che integrano materiali e processi avanzati.

Ciò comporta la lavorazione di materiali compositi, la preparazione di preforme e tecnologie relative alla formatura delle lame.

1. Tecnologia di taglio composito

Nel taglio di preforme e componenti compositi, quando si utilizzano processi tradizionali di perforazione, fresatura e altri processi, a causa dell'elevata durezza e fragilità della fibra, dei cambiamenti nella forza di taglio, dell'usura dell'utensile e per altri motivi, la superficie del pezzo potrebbe essere incompleto e potrebbero verificarsi anche difetti quali delaminazione, estrazione delle fibre e distacco.

Negli ultimi anni, l’applicazione di tecnologie di lavorazione non tradizionali nei materiali compositi è diventata più matura. Ad esempio, ultrasonico taglio o lavorazione laser può raggiungere un'elevata precisione durante la lavorazione di preforme in fibra di carbonio (Figura 5). La lavorazione a getto d'acqua ha un costo inferiore per la rimozione dei materiali compositi in eccesso, mentre la lavorazione a ultrasuoni rotanti presenta un vantaggio maggiore nella realizzazione di fori nella struttura laminata della lega CFRP/Ti.

Speciale lavorazione di taglio di preforme in fibra di carbonio e 1
Speciale lavorazione di taglio di preforme in fibra di carbonio e 1

2. Tecnologia di preparazione delle preforme

Esistono due principali processi di preparazione per la prefabbricazione delle pale in composito, vale a dire il processo di posa del preimpregnato e il processo di tessitura 3D.

Processo di posa del preimpregnato:

L'uso del processo di posa del preimpregnato per preparare le preforme richiede di concentrarsi sull'ottimizzazione del taglio della trasformazione della superficie piana dei preimpregnati, sul posizionamento preciso della posa del preimpregnato e sul rinforzo della foratura tra gli strati di preimpregnato.

Il metodo di affettatura a strati viene generalmente utilizzato in combinazione con un piano di taglio automatico per l'ottimizzazione del taglio di trasformazione, il metodo di lofting laser viene utilizzato per il posizionamento preciso e vengono utilizzate attrezzature speciali per il rinforzo della perforazione dell'interstrato.

Negli ultimi anni, con l’avanzamento della tecnologia, il processo di posizionamento automatico delle fibre (AFP) è stato applicato con successo anche alla preparazione delle preforme. Ad esempio, Rolls-Royce ha applicato la tecnologia AFP alle pale composite dei motori della serie TRENT in fase di sviluppo, realizzando la produzione automatizzata delle sue preforme.

Processo di tessitura 3D:

Il processo di tessitura 3D consiste nell'intrecciare e incrociare le fibre nello spazio tridimensionale in più direzioni in modo regolare per ottenere una struttura completa. Questa tecnologia risolve completamente il problema della separazione degli interstrati del prodotto e può migliorarne notevolmente le prestazioni strutturali.

Al momento, ci sono 4 metodi di tessitura 3D comunemente usati, vale a dire tessitura polare, tessitura diagonale, tessitura ortogonale e tessitura a bloccaggio. La tessitura 3D ha molte forme, come metodi a due fasi, metodi a quattro fasi, metodi a più fasi, ecc.

La pala della ventola del motore LEAP-X di CFM è attualmente l'unica pala composita che utilizza la tecnologia di tessitura 3D per preparare le preforme. La lama presenta vantaggi unici in termini di resistenza agli urti, resistenza alla fatica e resistenza alle crepe grazie alla sua elevata resistenza specifica e all'elevato modulo specifico.

3. Tecnologia di formatura della lama

Le pale dei ventilatori dei motori aeronautici adottano la struttura della superficie iperbolica, grande torsione e sezione trasversale variabile. È difficile garantire la precisione della formatura delle parti affidandosi esclusivamente al processo di formatura in autoclave. Il processo di formatura a stampo chiuso può risolvere il problema dell'insufficiente precisione di formatura, quindi questa tecnologia è diventata la tecnologia di formatura tradizionale delle pale dei ventilatori in materiale composito (Figura 6).

Tecnologia di stampaggio delle pale in composito 1 1
Tecnologia di stampaggio delle pale in composito 1 1

Inoltre, con la continua innovazione della tecnologia, l'uso di stampi per formatura compositi per sostituire stampi metallici e l'uso di fibre miste per sostituire le pale dei ventilatori a fibra singola sono gradualmente diventati una tendenza di sviluppo all'estero.

Poiché lo stampo composito e la parte composita stessa hanno coefficienti di dilatazione termica simili, la precisione dimensionale delle parti formate è garantita. Oltre alla necessità di considerare il metodo di miscelazione e il rapporto ottimale delle fibre durante la posa degli strati, il materiale composito a fibra mista non è molto diverso dalla lama a fibra singola in termini di processo di formatura.

I due processi di produzione di base delle pale delle ventole in materiale composito a base di resina sono la tecnologia di posizionamento/stampaggio a compressione del preimpregnato e la tecnologia di tessitura 3D/stampaggio RTM.

Il primo si riferisce ai mezzi tecnici per produrre pale di ventilatori in materiale composito utilizzando il preimpregnato come materia prima per lo stampaggio e il processo di stampaggio come metodo di stampaggio. È rappresentato principalmente dalle pale della ventola del motore GE90 (vedere Figura 7 (a)) e GEnx prodotte da GE.

Inoltre, Rolls-Royce e GKN Group hanno adottato congiuntamente questa tecnologia anche per sviluppare le pale delle ventole per i motori della serie TRENT.

La tecnologia di tessitura 3D/stampaggio RTM si riferisce ai mezzi tecnici che consentono di utilizzare fibre di fibre per preparare preforme attraverso la tessitura 3D e quindi di inserirle nello stampo di stampaggio per utilizzare il processo RTM per produrre pale di ventola composite. Il principale modello rappresentativo è la pala della ventola del motore LEAP-X di CFM (vedere Figura 7 (b)).

Pale del ventilatore in materiale composito a matrice resinosa 1
Pale del ventilatore in materiale composito a matrice resinosa 1

Per migliorare la resistenza agli urti della lama, è necessario aggiungere bordi di rinforzo metallici al bordo della lama composita. Gli attuali metodi per la produzione dei bordi di rinforzo metallico sono principalmente:

Metodo di lavorazione CNC, metodo di stampaggio con processo di formatura superplastica/legame per diffusione, metodo di stampaggio con deposizione di metalli. GE utilizza la tecnologia di lavorazione CNC per elaborare i bordi in lega di titanio e l'effetto è buono. In letteratura non sono riportate altre tecnologie correlate per l'applicazione in motori aeronautici attivi.

Tecnologia di produzione di lame composite a base metallica

I materiali compositi a base metallica hanno una resistenza specifica, una rigidità specifica e una stabilità strutturale migliori rispetto ai materiali metallici tradizionali. Le prestazioni del prodotto possono essere progettate su richiesta per ottenere l'integrazione strutturale e funzionale (Figura 8).

Lame composite a matrice metallica 1
Lame composite a matrice metallica 1

P&W ha sviluppato con successo pale del ventilatore in B/Al combinando la spruzzatura al plasma con la pressatura a caldo sotto vuoto. Le lame hanno superato i test del banco di prova, di resistenza alla corrosione e di resistenza agli urti e sono più leggere del 40% rispetto alle lame originali in lega di titanio. Sono stati applicati con successo alle pale del ventilatore del primo stadio del JT8D e alle pale del ventilatore del terzo stadio del TF30;

Pratt & Whitney e TRM hanno sviluppato con successo le pale del ventilatore del primo stadio e le pale della guida di uscita del primo stadio dell'F100 utilizzando strisce prefabbricate in B/Al di 6061Al spruzzato al plasma e hanno superato i test di carico statico e di fatica termica, con una riduzione di peso di 35%~40%;

Partendo dal motore PW4084, Pratt & Whitney ha gradualmente utilizzato particelle di carburo di silicio estruso rinforzate da compositi deformati a base di lega di alluminio prodotti da DWA sulle pale di guida dell'uscita della ventola.

Il suo lavoro di ricerca e sviluppo mostra che le alette guida dell'uscita della ventola o le pale dello statore del compressore realizzate in materiali compositi a base di alluminio hanno una migliore resistenza agli urti rispetto ai materiali compositi a base di resina;

Pratt & Whitney ha anche sviluppato con successo pale per ventole cave composite a base di titanio rinforzate con fibra di carburo di silicio con l'aiuto del processo di formazione/legame per diffusione superplastico, che può ridurre il peso della struttura del motore del 14%.

Tecnologia di produzione di pale composite a base ceramica

I materiali compositi a base ceramica (CMC) non solo mantengono la resistenza alle alte temperature della ceramica, ma hanno anche un'elevata resistenza meccanica e alle fessurazioni termiche.

Attualmente, due tipi principali di materiali compositi a base ceramica sono più ampiamente utilizzati, vale a dire il carburo di silicio temprato con fibra di carbonio (Cf/SiC) e il carburo di silicio temprato con fibra di carburo di silicio (SiCf/SiC).

Il primo può essere utilizzato ad una temperatura fino a 1650℃, mentre il secondo può raggiungere 1450℃. La produzione di pale per turbine in composito a base ceramica può essere principalmente suddivisa in due fasi: “produzione di prototipi di pale” e “lavorazione di rimozione di precisione”.

1. Realizzazione del prototipo della lama

Tecnologia di impilamento del nucleo + tessitura dello strato esterno. Quando i paesi occidentali producono pale CMC con superfici curve complesse per la nuova generazione di motori aeronautici, l’idea generale è quella di impilare il nucleo della pala strato per strato e intrecciare lo strato esterno per protezione.

Il processo di fabbricazione è il seguente:

(1) Trasformare le fibre di rinforzo continue in preimpregnati;

(2) Formare il corpo geometrico di componenti complessi attraverso il taglio e l'assemblaggio di preimpregnati di precisione, quindi aggiungere il rivestimento esterno;

(3) Iniettare il silicio monocristallino nella scatola di grafite ad alta temperatura per ottenere la densificazione del corpo tridimensionale prodotto;

(4) Dopo aver applicato la protezione superficiale, diventa il prototipo della parte strutturale, come mostrato nella Figura 9.

Tecnologia di stampa 3D. Con il progresso della tecnologia e lo sviluppo dei processi, la tecnologia di stampa 3D è gradualmente diventata uno dei mezzi avanzati per produrre lame composite a base ceramica.

Alcuni studi hanno utilizzato con successo il gel stampaggio a iniezione tecnologia per la produzione di pale di turbine composite a base ceramica temprata in metallo.

Il processo di fabbricazione è il seguente:

(1) Preparare lo scheletro di tempra del metallo della pala della turbina attraverso il processo di stampa 3D del metallo, quindi formare uno strato di interfaccia ceramico sulla superficie dello scheletro di tempra del metallo attraverso la deposizione di vapore;

(2) Combinare lo scheletro di rinforzo del metallo con lo strato di interfaccia in ceramica con lo stampo in resina fotopolimerizzata della pala della turbina per ottenere uno stampo in resina con uno scheletro di rinforzo del metallo all'interno;

(3) Rimuovere lo stampo in resina attraverso il metodo della corrosione chimica, utilizzare la liofilizzazione sotto vuoto per rimuovere l'umidità nel pezzo in ceramica, quindi sinterizzare a 1200~1400℃ per 3~6 ore in atmosfera protettiva per realizzare il prototipo della pala di turbina in composito poroso ;

(4) Generare ceramiche di carburo di silicio nei pori della pala di turbina composita attraverso la deposizione chimica di vapore per la densificazione per realizzare la preparazione del prototipo di pala di turbina composita a base ceramica.

2. Elaborazione della rimozione di precisione

Il prototipo di lama formato dalla tecnologia di cui sopra può diventare un prodotto qualificato solo dopo ulteriori lavorazioni di rimozione di precisione come rifilatura e foratura.

Pertanto, la tecnologia di lavorazione in grado di soddisfare i requisiti di un'asportazione di precisione ad alta precisione è una delle chiavi per la produzione di lame di alta qualità.

Il prototipo della lama CMC non solo richiede una rifinitura precisa per ottenere la precisione richiesta per l'adattamento, ma richiede anche fori di raffreddamento e fori di montaggio.

I principali metodi attualmente utilizzati nella lavorazione di taglio CMC comprendono la lavorazione a getto d'acqua, la lavorazione con elettroscintilla, la lavorazione ad ultrasuoni (inclusa la lavorazione ad ultrasuoni rotante) e la lavorazione laser.

La lavorazione a getto d'acqua è soggetta a strappi e collasso superficiale dei materiali, l'efficienza della lavorazione a scintilla elettrica è bassa, la lavorazione a ultrasuoni richiede una compensazione precisa per l'usura dell'utensile e risolve il problema del collasso del materiale e la lavorazione laser è difficile evitare l'impatto degli effetti termici.

In sintesi

Nell’uso della tecnologia di processo di rimozione per produrre pale motore CMC efficienti e di alta qualità, le direzioni chiave della ricerca sono:

Affettatura e assemblaggio di preimpregnati CMC più precisi; costi inferiori e meno danni Processo di rifilatura e punzonatura di parti compatte CMC; Processo di formatura dei fori di montaggio CMC e rettifica, lucidatura e altri processi di lavorazione di precisione della superficie.

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