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慢走丝线加工航空飞机上涡轮盘的可行性

2018-5-19 19:14| 中国慢走丝网 | 查看: 207| 评论: 0

摘要: 随着材料硬度不断提高,传统拉削加工的刀具磨损很严重,每一种杉树槽都需要特殊的拉刀,灵活性差,并且换刀时间较长...1. 寻找业界难题的解决方案“拉刀已达到它的极限,因为航空材料硬度不断提高,刀具磨损很严重。 ...
随着材料硬度不断提高,传统拉削加工的刀具磨损很严重,每一种杉树槽都需要特殊的拉刀,灵活性差,并且换刀时间较长...

1. 寻找业界难题的解决方案
“拉刀已达到它的极限,因为航空材料硬度不断提高,刀具磨损很严重。拉削机床占地面积较多,前期投资高,灵活性差。例如,换刀时间较长,每一种杉树槽都需要特殊的拉刀。而拉刀的更换成本很高—从订购到投入生产需要 6 个月时间。”德国RWTH 亚琛工业大学机床与生产技术实验室(WZL)的David Welling 说道。Welling 在一家业内重量级原始设备制造商(OEM)进行高级实习期间,激发了他对航空航天加工技术的兴趣。实习后,他完成了他的机械工程硕士学位,2010年他开始了慢走丝线切割在喷气发动机部件生产的三项突破性研究中的第一项研究。Welling 参与了欧盟资助的ADMAP-GAS 的项目,该项目调查汽轮机叶片和涡轮盘杉树成型拉削方式的替代加工方法。
   RWTH 亚琛工业大学,机床与生产技术实验室主任,电火花放电加工研究室主任 David Welling,Welling 正在攻读 RWTH 亚琛工业大学德国工程博士学位,他被要求解决这个业界难题,这个难题被分为基础研究与解决方法两部分。到 2030 年市场对新飞机需求极为旺盛,一架喷气式客机就需要 500 多个杉树槽,杉树槽是涡轮盘上用于安装扇叶扇根的部位。Welling 认为这显然需要高效和安全的杉树槽加工方法。

2. 用慢走丝线切割取代拉削加工方式
David Welling 在 Fritz Klocke 工学博士、教授指导下进行了大量研究。研究发现,慢走丝线切割将可能取代高压压气机及涡轮盘上杉树槽的拉削加工方式。
慢走丝线切割曾长期被视为一项成熟、创新空间不大的技术,就在大约10 年前,由于早期慢走丝线切割技术加工后留下的白色再凝固层,没有人认为慢走丝线切割是一种可行的能完整加工杉树槽的生产方法。但 Welling 的研究发现,慢走丝线切割加工的涡轮盘杉树槽的表面质量和公差优于拉削方式。
目前,Welling 对零件的高周期疲劳研究显示,慢走丝线切割在零件疲劳寿命方面优于拉削,而且慢走丝线切割实际已能达到杉树槽加工所需的精度。此外,Welling 还表示,慢走丝线切割还有自动化方面的优势,它能连续监测加工过程,这是未来评估加工质量必需的条件。

“而拉削,是一种难以实现自动化的加工方法,”Welling 说。“慢走丝线切割是一个完全可控的加工过程。用户能监测控制参数,记录并回溯控制参数,因此能在加工中评估质量,”他解释说,“而且,慢走丝线切割没有拉削加工无法避免的刀具磨损问题。由于慢走丝线切割加工的刀具是从丝轴上展开的电极丝,加工中总是使用新刀。”Welling 的研究还发现,拉削是用强力方式成型,慢走丝线切割几乎无切削力,能加工杉树槽上极小的圆角。 
 用慢走丝线切割技术加工 Inconel 718 杉树槽(工件高度 40 mm),慢走丝线切割机床加工的杉树槽几何公差达到最严格的 ± 5 μm 要求。

3. 工业应用确认,证实可行性
“用慢走丝线切割方式加工杉树槽的想法源自机床与生产技术实验室的研究室与GF加工方案之间关于喷气发动机制造商需求的讨论会。”他解释道,“喷气发动机需要更高的燃油效率,这意味着需要发展难以加工的先进高温材料。”在他于2015年年底发表的博士论文中,Welling揭示了EDM与拉削加工后留在航空航天工件上的白色再凝固层的形成机制。“我认为慢走丝线切割能在技术上和经济上取代拉削方法,”他说道,“慢走丝线切割的整体成本低于拉削,主要是因为拉刀换刀成本太高。”用慢走丝线切割加工的单个杉树槽(倾斜杉树槽加工经济性案例分析)

“一个基本结论是过去的两年我在喷气发动机制造商处进行了深入的低周期疲劳(LCF)部件寿命测试,他们确信慢走丝线切割方法可比肩拉削方法。能得到业内如此确认甚感鼓舞。我也知道这是第一家 OEM 公司用慢走丝线切割方法生产涡轮盘的杉树槽。”

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标题:慢走丝线加工航空飞机上涡轮盘的可行性
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