تكنولوجيا معالجة خاصة لا غنى عنها في تصنيع محركات الطائرات

الخلاصة: يتطلب الأداء العالي للمحركات الهوائية المتقدمة أن يتبنى التصميم عددًا كبيرًا من الهياكل الشاملة ، والهياكل خفيفة الوزن ، وهياكل التبريد المتقدمة ، والمواد الجديدة مثل المواد المركبة ، ومسحوق المعادن ، والمركبات بين المعادن ، ويجب أن تكون هذه المكونات شكلت بمعالجة خاصة. يدرس هذا البحث خصائص تقنيات المعالجة الخاصة مثل الشرارة الكهربائية والتحليل الكهربائي والليزر والموجات فوق الصوتية والنفث المائي وتطبيقاتها الجديدة في المحركات المتقدمة ، ويشرح مزايا تقنيات المعالجة الخاصة وتأثيراتها الخاصة في تطوير المحركات المتقدمة.

1. مواد المحرك الجوي والخصائص التقنية

يعمل المحرك الهوائي في ظل ظروف قاسية من درجات الحرارة العالية والضغط العالي والسرعة العالية. في الوقت نفسه ، يتطلب وزنًا خفيفًا ، واستهلاكًا منخفضًا للوقود ، وموثوقية عالية ، وعمرًا طويلًا ، وقابلية لإعادة الاستخدام. إنه منتج راقي يمزج بين تخصصات متعددة. السمة المميزة لها هي تراكم التقنيات الأساسية. بدون التقنيات الأساسية ، لن تكون هناك محركات متقدمة حديثة. تتميز المحركات الهوائية المتقدمة الحديثة بمتطلبات أداء أعلى لوحدة الدفع ، ونسبة الدفع إلى الوزن ، والسرعة الأسرع من الصوت ، ووظيفة توجيه الدفع ، والأداء الخفي ، والموثوقية العالية ، والعمر الطويل ، وإمكانية الصيانة الجيدة. متطلبات المواد وتكنولوجيا التصنيع أكثر صرامة. يجلب: من السبائك العادية إلى استخدام سبائك جديدة مقاومة للحرارة العالية وخفيفة الوزن وعالية القوة ؛ من المواد المعدنية إلى استخدام عدد كبير من المواد غير المعدنية والمواد المركبة ؛ من المعالجة الميكانيكية إلى المعالجة الخاصة ؛ من تقليل تصنيع المواد إلى التشكيل الدقيق وتصنيع المواد التعزيزية ؛ من ضمان الشكل الهندسي إلى التحكم في سلامة السطح ؛ من التحقق التجريبي إلى التحقق من المحاكاة ؛ من البحث أحادي العملية إلى البحث في قانون اقتران متعدد العمليات ؛ من الرقمنة والأتمتة والمعلوماتية إلى التصنيع الذكي انتظر.

تجعل المواد الجديدة والهياكل المعقدة للمحرك المتقدمة من معالجة الأجزاء أكثر صعوبة ، وحتى بعض المعالجات الميكانيكية التقليدية لا يمكن تحقيقها على الإطلاق. أصبحت تقنيات المعالجة الخاصة تقنيات لا يمكن الاستغناء عنها في بعض المجالات ، وأصبحت تطبيقاتها أكثر وأكثر اتساعًا ، لتعويض الآلات التقليدية. معالجة غير كافية. في الوقت الحاضر ، تم استخدام تقنيات المعالجة الخاصة التقليدية مثل EDM والمعالجة الكهروكيميائية والمعالجة بالليزر وشعاع الإلكترون ومعالجة الحزمة الأيونية على نطاق واسع في تصنيع محركات الطائرات. ومع ذلك ، مع ظهور مواد متقدمة جديدة للمحرك وهياكل جديدة ، حصلت تقنيات المعالجة الخاصة أيضًا على تطوير وتطبيق جديد. تقنية EDM متعددة المحاور الخاصة بـ blisk المغلقة ، وتقنية المعالجة الكهروكيميائية الدقيقة لـ blisk ، وتكنولوجيا المعالجة بالليزر فائقة السرعة للمواد المركبة الخزفية ، وتقنية تقوية الصدمات بالليزر وتقنية تعزيز ضغط الماء عالي الضغط ، إلخ. ، هي المواد الجديدة للمحركات المتقدمة. ، لعب تطوير أجزاء هيكلية جديدة ، وتحسين متطلبات سلامة السطح والموثوقية دورًا متزايد الأهمية.

2. تطبيق تكنولوجيا المعالجة الخاصة على المحركات المتقدمة

(1) تقنية EDM هي تقنية المعالجة الخاصة الأكثر استخدامًا. يستخدم على نطاق واسع في تصنيع محركات الطيران ، مثل سلك EDM ، تشكيل EDM ، طحن EDM ، حفر EDM وتقوية سطح EDM وما إلى ذلك.

في السنوات الأخيرة ، مع تحسين أداء المحرك المتقدم ، تم تقييد تطبيق تقنية EDM التقليدية. على سبيل المثال ، تستخدم شفرات توربينات المحرك الجديدة شفرات بلورية مفردة ، في حين أن تقنية الحفر EDM لديها طبقات مُعاد صهرها ، وشقوق صغيرة ، وحرارة. يُحظر استخدام عيوب مثل المنطقة المصابة في معالجة فتحات غشاء الهواء في شفرات الكريستال المفردة. يوضح الشكل 1 الصورة المعدنية لثقب فيلم الغاز EDM لشفرة التوربينات. سمك الطبقة المعاد صهرها بشكل عام 0.01 ～ 0.04 مم.

ولكن في الوقت نفسه ، أدى ظهور أجزاء هيكلية جديدة مثل حواجز المحرك المتقدمة إلى تعزيز تطوير وتطبيق تقنية EDM. على سبيل المثال ، طور هيكل blisk ماكينة طحن بالتفريغ الكهربائي عالية الكفاءة باستخدام الحاسب الآلي نظرًا لتكلفة المعالجة العالية ودورة طويلة. على سبيل المثال ، من الصعب تحقيق الطحن الميكانيكي للكتل المغلقة ذات التاج بسبب هيكلها ، وتطوير تقنية معالجة EDM للربط الخماسي المحاور لحل هذه المشكلة ، وطريقة العملية هي معالجة EDM لربط خمسة محاور ، و ثم يتم استكماله بمعالجة التدفق الكاشطة لإزالة الطبقة المعاد صهرها على السطح المعالج ، وبالتالي تلبية متطلبات الاستخدام. يوضح الشكل 2 القطب الكهربائي وقطعة الاختبار مع بليسك متوج تمت معالجته بواسطة EDM خماسي المحاور ، ويوضح الشكل 3 بليسك المتوج الذي تمت معالجته بواسطة تدفق الجسيمات الكاشطة.

(2) تتميز الآلات الكهروكيميائية بمزايا في معالجة كائنات آلية خاصة (مثل المواد التي يصعب تصنيعها أو الأجزاء ذات الأشكال المعقدة والأبعاد الصغيرة والصلابة المنخفضة للغاية) ، خاصة في الأجزاء الجانبية المعقدة مثل شفرات وأغلفة المحرك الهوائي يتم استخدام مجال التصنيع على نطاق واسع ، مما يحسن بشكل كبير من كفاءة الإنتاج ويقلل من تكاليف التصنيع.

نظرًا لمتطلبات تصميم الأداء للمحركات الهوائية المتقدمة ، تستخدم مواد شفرات الضاغط عمومًا السبائك الفائقة القائمة على النيكل أو سبائك التيتانيوم وسبائك التيتانيوم والألمنيوم وغيرها من المواد الجديدة ، وتستخدم أشكالًا خاصة للشفرات مع تصميمات ثلاثية الأبعاد مثل الانحناءات والكنسات ، وهي صعبة وسهلة المعالجة. إنه مشوه بسبب تأثير قوة القطع ويتطلب دقة عالية. من الصعب تلبية متطلبات المعالجة الميكانيكية التقليدية والمعالجة الكهروكيميائية لهذا الجنيح عالي الدقة والمعقد. يتم إنتاج تقنية المعالجة الكهروكيميائية الدقيقة (PECM) لتلبية متطلبات المعالجة الخاصة هذه. إنها تمارس مزاياها الفريدة في معالجة الشفرات ذات الشكل الرقيق ونصف القطر الصغير. تصل دقة المعالجة إلى 0.03 مم ، وهو ما يلبي احتياجات المحركات الهوائية المتقدمة. يطلب.

تعد المعالجة الكهروكيميائية الدقيقة أيضًا إحدى الطرق المفضلة من بين العديد من طرق التصنيع في blisk. يمكنه تحقيق العملية الكاملة من blisk الخام إلى شكل ملف تعريف الشفرة النهائي. بشكل عام ، يتم اعتماد خطوتين من التشكيل الأولي والتشكيل النهائي. يعتمد التشكيل الأولي على طريقة معالجة التعشيش لإزالة معظم المواد ، ويعتمد التشكيل النهائي على طريقة معالجة التنميط ، وأخيرًا تبلغ دقة كفاف ملف تعريف الشفرة ≤0.06mm ، وخشونة السطح لمادة السبائك ذات درجة الحرارة العالية قيمة Ra يمكن ≤0.2μm تحقيق التصنيع الدقيق للغطاء الكامل بدون هامش ، وبالتالي استبدال الطحن بالتحكم العددي والتلميع اليدوي ، مما يمكن أن يزيد من كفاءة الإنتاج عدة مرات ويقلل من تكلفة التصنيع بأكثر من 50٪.

(3) نسبة العمق إلى القطر للفتحات المعالجة بواسطة الحزمة الكهروهيدروليكية هي 150/1 ، ويتراوح قطر الفتحة من 0.13 إلى 1.5 مم ، ودقة معالجة الثقب هي ± 0.025 مم ، وقيمة خشونة السطح هي Ra=1.6μm ، ويشكل المدخل والخروج من الفتحة بشكل طبيعي زاوية دائرية صغيرة على شكل حرف R ، ولا توجد حواف حادة. تظهر الثقوب الصغيرة التي تتم معالجتها بواسطة الحزمة الكهروهيدروليكية في الشكل 4.

تتميز المعالجة الكهروهيدروليكية لشفرات التوربينات بسلامة سطح جيدة ، ولا توجد طبقة إعادة صهر ، وتشققات دقيقة ومناطق متأثرة بالحرارة ، ولا يوجد خطر من إعادة التبلور في معالجة السبائك البلورية المفردة. لذلك ، فقد أصبح المحرك المتقدم معالجة ثقب التبريد بغشاء الغاز ذو الشفرة البلورية الأحادية المحرك هو العملية المفضلة.

(4) تم تطبيق تقنية المعالجة بالليزر لأول مرة على قطع غرف احتراق المحرك ، والأغلفة الخارجية للحارق اللاحق ، وصنع ثقب شفرة التوربينات. ومع ذلك ، فإن المعالجة التقليدية بالليزر محدودة بسبب دقة المعالجة وقابلية التكرار المنخفضة ، لذلك يتم استخدامها في المحركات. ليس كثيرا. ومع ذلك ، بالنسبة لبعض الأجزاء الخاصة ، يمكن أن يحقق الحفر بالليزر فوائد أفضل. على سبيل المثال ، يتم استخدام القطع الدوراني بالليزر YAG لمعالجة فتحات غشاء الغاز لشفرات توربينات المحرك النفاث ، والتي يتم استبدالها تدريجياً بحفر شراري كهربائي عالي السرعة. بالإضافة إلى ذلك ، من المفيد جدًا أيضًا معالجة الثقوب الصغيرة ذات الصلابة العالية والمواد غير الموصلة وعدد كبير من أجزاء الفتحات الجماعية ، مثل معالجة التثقيب للأجزاء الهيكلية مثل درع حرارة ناشر المحرك والجدران الداخلية والخارجية لأسطوانات اللهب ، والتي تستخدم حاليا في محركات Wider.

مع تطور تكنولوجيا الليزر ، تم تطوير وتطبيق تقنيات جديدة مثل اللحام بالليزر وتصنيع إضافات الليزر وتقوية الصدمات بالليزر والمعالجة بالليزر الموجه بالماء والتنظيف بالليزر ، مما يوفر المزيد من الخيارات التقنية لتصنيع المحرك المتقدم. على سبيل المثال ، تتميز تقنية تقوية الصدمات بالليزر بمزايا طبقة تقوية السطح المعدني العميقة ، وضغط الضغط المتبقي على السطح ، وسهولة الوصول الجيدة والكفاءة العالية. إنه يحسن بشكل كبير من مقاومة إجهاد المواد&، ومقاومة التآكل والتآكل ، ويمكن أن يصل عمق الضغط الانضغاطي المتبقي إلى 1 2 مم ، وهو ما يعادل 3 إلى 5 أضعاف نظيرته بالموجات فوق الصوتية و 5 إلى 10 مرات من التقليدية ضرب بالرصاص. تتميز بمزايا تحسين قوة التعب ، وإطالة عمر التعب ، ومنع تكوين وتوسيع الشقوق ، وما إلى ذلك. لذلك ، فقد أصبح محركًا هوائيًا متقدمًا ، التكنولوجيا الرئيسية لتقوية سطح شفرة حلقة الشفرة.

(5) لقد تم استخدام تقنية معالجة ضغط الماء العالي على نطاق واسع في قطع أجزاء المحرك والحفر والتنظيف. بالإضافة إلى ذلك ، تم إجراء بحث استكشافي في قطع المواد المركبة الجديدة ومعالجة الأجزاء الهيكلية الخاصة للغطاء المتكامل ، وتطوير تقنية تجريد الماء لإزالة طلاء شفرات المحرك.

تستخدم تقنية تقوية المياه النفاثة قوة التأثير الناتجة عن نفاث الماء عالي الضغط لضرب قطعة العمل لتقوية سطح المادة المعدنية. على أساس تحسين أداء الإجهاد للمادة ، يمكن الحصول على جودة سطح جيدة للمادة. في أقراص توربينات المحرك المتقدمة وأجزاء أخرى ، تم طرح الطلب على تحسين تدفق المياه بوضوح.

3. آفاق تكنولوجيا المعالجة الخاصة

لعبت تكنولوجيا المعالجة الخاصة دورًا لا يمكن الاستغناء عنه في تصنيع المحركات الهوائية المتقدمة. يمكن القول أنه لا يمكن تصنيع محركات&"المتقدمة بدون معالجة خاصة.&مثل ؛ بالإضافة إلى ذلك ، هناك تقنيات معالجة خاصة جديدة مثل الطحن الإلكتروليتي وتدفق المواد الكاشطة وشعاع الأيونات وشعاع الإلكترون ، والتي تم تطويرها وتطبيقها باستمرار في بعض الجامعات ومعاهد البحوث والشركات في الداخل والخارج. مع الظهور المستمر للمواد الجديدة والهياكل الجديدة للمحركات المتقدمة ، توسعت تقنية المعالجة الخاصة الأصلية أيضًا لتشمل استخدامات جديدة. على سبيل المثال ، قابلية التشغيل الآلي لشفرات المواد الجديدة القائمة على النيكل والألومنيوم رديئة للغاية ، في حين أن المعالجة الإلكتروليتية مناسبة جدًا للمعالجة ويمكن أن تفي بمتطلبات الدقة مثال آخر هو استخدام طرق المعالجة الكهروكيميائية التقليدية للتصوير الفوتوغرافي للهيكل الرقائقي المسامي الجديد ، وقد أدى ظهور تقنية المعالجة الباردة بالليزر فائقة السرعة إلى ظهور حلول جديدة لتصنيع ثقب الغشاء الهوائي لشفرات بلورية مفردة.

لقد تم استخدام تقنية المعالجة الخاصة على نطاق واسع في تطوير العديد من المواد التي يصعب معالجتها والأجزاء الهيكلية الخاصة مثل أغلفة المحرك المتقدمة ، والكتل المتكاملة ، والشفرات البلورية المفردة والمواد المركبة ، وقد حلت مشاكل التطوير. مع التطور السريع لتكنولوجيا المحرك المتقدمة ، فإن متطلبات تكنولوجيا التصنيع لا حصر لها ، ويتم طرح متطلبات أعلى لتطوير تكنولوجيا المعالجة والتصنيع الخاصة. تتطور تقنية المعالجة الخاصة أيضًا في اتجاه الدقة والأتمتة والذكاء.