Înainte ca semifabricatul să fie proiectat și fabricat, inginerul structural comunică complet cu inginerii de proces la rece și la cald pentru a determina forma optimă a semifabricatului, pentru a obține o formare aproape-netă în zonele locale, pentru a îmbunătăți utilizarea materialului, pentru a reduce alocațiile de prelucrare și pentru a scurta ciclul de procesare. Tehnologiile obișnuite de fabricare pentru formarea cu precizie a semifabricatului includ în principal următoarele 5 tipuri.
Turnare de precizie
O metodă de procesare care încălzește și topește metalul solid, îl toarnă într-o carcasă de matriță de turnare și îl solidifică într-un semifabricat de turnare. În prezent, tehnologia de turnare de precizie este utilizată pe scară largă în paletele turbinei, iar suprafețele sale de curgere sunt toate turnate cu zero-reziduuri, iar profilul suprafeței căii de curgere este de ±0,2 mm.
Turnare cu nisip
Forjare de precizie
O metodă de prelucrare care aplică o presiune pe o presă pentru a provoca o deformare plastică a materiei prime în matriță, obținând astfel o forjare de precizie cu puțină sau chiar deloc toleranță. Acest proces a fost utilizat pe scară largă pe paletele compresorului, ceea ce poate îmbunătăți utilizarea materialului și poate reduce sau elimina prelucrarea. În prezent, corpul lamei lamei forjate cu precizie adoptă forjare cu zero-reziduuri, iar rata de utilizare a materialului ajunge la 80%.
Filare de precizie
O metodă de procesare care prelucrează o foaie sau un semifabricat inelar preformat într-un corp rotativ cu pereți subțiri-prin rotație cu viteză mare-și aplicând o anumită presiune. În prezent, este utilizat pe scară largă în părți precum carenele, conurile camerei de ardere și carcasele compresorului. În prezent, filarea la cald poate obține un control al marjei de 1-2 mm, iar filarea la rece poate atinge un control al marjei de ± 0,2 mm.
Metalurgia pulberilor
O tehnologie de proces care utilizează pulbere metalică (sau un amestec de pulbere metalică și pulbere ne-metalică) pentru a face materiale și produse prin procese de sinterizare și turnare. Acest proces este utilizat în principal în domeniul motoarelor de aviație pentru fabricarea pieselor rotative precum discuri de turbină care rezistă la temperaturi ridicate și sarcini mari.
Diagrama fluxului metalurgiei pulberilor
Prototiparea rapidă
Descompunerea părților complexe tri-dimensionale în mai multe straturi de structuri simple bi-dimensionale și reconstruirea unor părți complexe tri{-dimensionale prin fabricarea de structuri simple bi-dimensionale este un proces de la „complex” la „simplu” și apoi la „complex”. Duza de combustibil cu o structură relativ complexă în camera de ardere a motorului folosește tehnologia de prototipare rapidă.
2. Tehnologie specială de prelucrare
Prelucrarea specială (uneori numită și prelucrare ne-tradițională) se referă la procesul care nu necesită o unealtă mai grea decât piesa de prelucrat și nici nu necesită aplicarea unei forțe mecanice evidente. În schimb, utilizează în mod direct energia electrică, energia termică, energia chimică, energia luminoasă sau o combinație a acestora pentru a îndepărta materialul piesei de prelucrat sau pentru a-și modifica performanța pentru a atinge cerințele de formă, dimensiune și calitate a suprafeței necesare. Următoarele 6 tehnologii speciale de procesare sunt utilizate în mod obișnuit.
Prelucrare cu electrodescărcare
Prelucrare specială care controlează îndepărtarea materialului piesei de prelucrat și deformează materialul și îi modifică performanța prin descărcarea dintre piesa de prelucrat și electrodul sculei. În prezent, orificiile de peliculă de aer de pe paletele de ghidare ale turbinei sunt prelucrate în mare parte prin formarea de găuri mici prin electrospark, iar segmentele în formă de ventilator-ale palelor statorului compresorului sunt, de asemenea, prelucrate prin tăierea firelor electrospark.
Schema schematică a prelucrării cu electrospark
Prelucrare electrochimică
Prelucrare specială care îndepărtează materialul piesei de prelucrat prin reacții electrochimice. Unele materiale--greu de prelucrat, cum ar fi lamele integrale-din aliaj de temperatură înaltă, sunt greu de realizat prin procesarea tradițională și pot fi procesate folosind tehnologia de prelucrare electrolitică.
Prelucrare-razelor de înaltă energie
Utilizați fascicule laser cu densitate mare{0}}energie-, fascicule de electroni sau fascicule de ioni pentru a îndepărta sau conecta materialele piesei de prelucrat. Procesarea cu fascicul laser poate fi utilizată în principal pentru găurire, tăiere, sudare și marcare. Găurirea cu laser femtosecundă este una dintre metodele de prelucrare a găurilor de peliculă de aer pe paletele turbinei.
Curgerea abrazivă
Utilizați un mediu abraziv vâscoelastic semi-fluid care conține abrazivi pentru a-l forța să curgă peste suprafața prelucrată sub o anumită presiune și îndepărtați materialele microscopice neuniforme de pe suprafața piesei de prelucrat prin acțiunea de răzuire a particulelor abrazive, atingând astfel scopul de lustruire sau debavurare a suprafeței. Tehnologia cu curgere abrazivă a fost aplicată lamelor închise integrale.
Schema schematică a procesării curgerii abrazive
Finisare cu vibrații
Puneți piesa de prelucrat, abrazivul, apa și aditivii chimici într-un recipient conform unei anumite formule. Bazându-se pe vibrația regulată a recipientului, abrazivul și piesa de prelucrat produc mișcare relativă și frecare reciprocă, șlefuiesc bavurile care ies de pe suprafața și periferia piesei de prelucrat și rotunjesc marginile ascuțite ale piesei de prelucrat și lustruiesc suprafața. Este o tehnologie eficientă de finisare a suprafețelor, care a fost utilizată pe scară largă pe piesele cu rezistență ridicată la oboseală.
Prelucrare cu jet de apă abraziv
Folosind fluxul de apă cu viteză mare-ca purtător, un flux abraziv concentrat și cu viteză mare{{1} este condus pentru a impacta suprafața de prelucrat, realizând un proces regulat și controlabil de îndepărtare a materialului. Datorită caracteristicilor sale de deformare termică fără tăiere, capacității de a tăia orice material, flexibilitate ridicată în direcția de tăiere și forță de tăiere foarte mică, este utilizat pe scară largă pe materiale greu-de-prelucrat, cum ar fi ceramica și materialele compozite armate.
3. Tehnologie avansată de sudare
Sudarea este un proces eficient de{0}}de înaltă calitate pentru conectarea materialelor metalice. Aparține tehnologiei-de procese avansate de producție structurală cu cost redus și este, de asemenea, una dintre cele mai utilizate tehnologii de procesare în industria de producție avansată. Tehnologiile de sudare utilizate în mod obișnuit includ în principal următoarele 4 tipuri.
Sudarea cu fascicul de electroni
Un proces care utilizează fascicule de electroni de-viteză mare,-densitate energetică mare ca surse de căldură pentru sudare. Are caracteristicile unui raport de aspect mare, deformare reziduală mică de sudare, control precis al parametrilor procesului de sudare, suduri pure în mediu de vid, repetabilitate și stabilitate bună. Aceste avantaje sunt dificil de egalat cu alte metode de sudare prin fuziune, deci este utilizat pe scară largă în sudarea structurilor importante, cum ar fi rotorul integral, carcasa și arborele motorului.
Sudarea cu fascicul de electroni
Sudarea prin frecare inerțială
Un tip de sudare în fază solidă care generează căldură prin frecare între materialele care trebuie sudate și provoacă deformarea plastică și curgerea materialelor sub acțiunea forței de răsturnare, realizând astfel conexiunea materialului. Are avantajele unei bune calități a îmbinării sudate, preciziei dimensionale ridicate și efectului bun de conectare a materialelor diferite. A devenit principalul proces de sudare pentru conectarea discurilor ventilatoare ale motoarelor de aeronave, a ansamblurilor de rotoare a compresoarelor de-înaltă presiune și a ansamblurilor de arbori cu discuri de-turbine de înaltă presiune.
Lipirea
O metodă de încălzire a materialelor care urmează să fie sudate la o temperatură mai mică decât punctul de topire al materialului de bază și mai mare decât punctul de topire al materialului de lipire și de umplere a golului cu material de lipire lichid pentru a realiza conexiunea. Are caracteristicile unui impact mai mic asupra proprietăților și structurii materialului de bază și a unei deformari mai mici la sudare. Este potrivit pentru o varietate de materiale și structuri, inclusiv structuri de etanșare în fagure pentru motoare de aeronave, palete de turbină, palete de compresor și componente ale camerei de ardere. Pentru unele componente complexe, lipirea este singura metodă de conectare fezabilă.
Diagrama de brazare
Sudarea cu arc cu argon
Sub protecția gazului inert, arcul generat între electrod și materialele de sudat este utilizat pentru a topi materialele de sudat și materialul de umplutură, realizându-se astfel conexiunea. Are mari avantaje în portabilitate și cost și este utilizat pe scară largă în sudarea carcasei motoarelor și a camerelor de ardere.
4. Tehnologia de tratare a suprafeței
Pentru a îmbunătăți starea suprafeței pieselor, pentru a îndeplini cerințele funcționale speciale ale pieselor, cum ar fi rezistența la coroziune, rezistența la uzură, rezistența la oxidare și rezistența la temperaturi ridicate și pentru a îmbunătăți durata de viață a pieselor, este necesar să se efectueze un tratament de suprafață pe piesele. Tehnologiile de tratare a suprafeței utilizate în mod obișnuit în motoarele de aeronave includ în principal tehnologia de tratare chimică, de întărire a suprafeței și de acoperire.
Tratament chimic
Un proces de modificare a suprafeței care îmbunătățește starea suprafeței materialelor prin metode de tratament chimic, cum ar fi coroziunea, galvanizarea, anodizarea și curățarea chimică.
Pulverizarea cu plasma
Întărirea suprafeței
Prin deformarea plastică a stratului de suprafață, se formează stres rezidual mare pe suprafața piesei pentru a crește procesul de „deformare la rece” de concentrare a tensiunii de suprafață. Folosit în principal pentru șlefuirea suprafeței lamei integrale.
Acoperire
În funcție de diferite utilizări, acesta poate fi împărțit în acoperiri de etanșare, rezistente la uzură{0}}, barieră termică și alte acoperiri. Printre acestea, acoperirile de etanșare pot fi utilizate pentru componentele carcasei, acoperirile rezistente la uzură-poate fi utilizate pentru părțile arborelui și acoperirile de barieră termică pot fi folosite pentru palele turbinei.
Piesele motoarelor de aeronave se pot spune că sunt destul de „suferinte”. Doar pentru palele de turbină, temperatura de funcționare poate atinge 1700 de grade -, o temperatură care este cu aproape 150 de grade mai mare decât punctul de topire al fierului!
Pentru a face aceste părți „sănătoase”, cercetătorii trebuie să folosească „telescoape” pentru a se concentra pe avangarda tehnologiei. În același timp, ei trebuie să folosească și „microscoape” pentru a explora detaliile tehnice și să se străduiască să facă tehnologia să se adapteze mai bine nevoilor. În călătoria „turnării inimii”, căutarea oamenilor Shangfa de artă „materială” superioară nu se va termina niciodată!
