Bevor der Rohling entworfen und hergestellt wird, kommuniziert der Bauingenieur umfassend mit den Kalt- und Warmverfahrensingenieuren, um die optimale Rohlingsform zu bestimmen, in lokalen Bereichen eine endkonturnahe Formung zu erreichen, die Materialausnutzung zu verbessern, Bearbeitungszugaben zu reduzieren und den Bearbeitungszyklus zu verkürzen. Zu den gängigen Fertigungstechnologien für die Präzisionsformung von Rohlingen gehören hauptsächlich die folgenden fünf Typen.
Präzisionsguss
Eine Verarbeitungsmethode, bei der festes Metall erhitzt und geschmolzen, in eine Formschale gegossen und zu einem Gussrohling verfestigt wird. Gegenwärtig wird die Präzisionsgusstechnologie häufig in Turbinenschaufeln eingesetzt, und die Fließwegoberflächen sind allesamt rückstandsfreie Gussteile, und das Fließwegoberflächenprofil beträgt ±0,2 mm.
Sandguss
Präzisionsschmieden
Eine Verarbeitungsmethode, bei der Druck auf eine Presse ausgeübt wird, um das Rohmaterial in der Form einer plastischen Verformung zu unterziehen und so ein Präzisionsschmiedestück mit wenig oder gar keinem Aufmaß zu erhalten. Dieses Verfahren wird häufig bei Verdichterschaufeln eingesetzt, wodurch die Materialausnutzung verbessert und die Bearbeitung reduziert oder entfallen kann. Derzeit ist der Klingenkörper der präzisionsgeschmiedeten Klinge rückstandsfrei geschmiedet und die Materialausnutzungsrate erreicht 80 %.
Präzisionsspinnen
Eine Verarbeitungsmethode, bei der ein Blech oder ein vorgeformter ringförmiger Rohling durch Hochgeschwindigkeitsrotation und Anwendung eines bestimmten Drucks zu einem dünnwandigen, hohlen, rotierenden Körper verarbeitet wird. Derzeit wird es häufig in Teilen wie Verkleidungen, Brennkammerkegeln und Kompressorgehäusen verwendet. Gegenwärtig kann durch Heißspinnen eine Randkontrolle von 1–2 mm und durch Kaltspinnen eine Randkontrolle von ±0,2 mm erreicht werden.
Pulvermetallurgie
Eine Prozesstechnologie, die Metallpulver (oder eine Mischung aus Metallpulver und nicht{0}}metallischem Pulver) verwendet, um Materialien und Produkte durch Sinter- und Formprozesse herzustellen. Dieses Verfahren wird vor allem im Bereich der Flugtriebwerke eingesetzt, um rotierende Teile wie Turbinenscheiben herzustellen, die hohen Temperaturen und hohen Belastungen standhalten.
Flussdiagramm der Pulvermetallurgie
Schnelles Prototyping
Das Zerlegen komplexer drei{0}}dimensionaler Teile in mehrere Schichten einfacher zwei-dimensionaler Strukturen und die Rekonstruktion komplexer drei-dimensionaler Teile durch die Herstellung einfacher zwei{3}}dimensionaler Strukturen ist ein Prozess von „komplex“ zu „einfach“ und dann zu „komplex“. Die Kraftstoffdüse mit relativ komplexer Struktur im Motorbrennraum nutzt die Rapid-Prototyping-Technologie.
2. Spezielle Verarbeitungstechnologie
Unter Spezialbearbeitung (manchmal auch als nicht-traditionelle Bearbeitung bezeichnet) versteht man den Prozess, der weder ein Werkzeug erfordert, das härter als das Werkstück ist, noch die Anwendung offensichtlicher mechanischer Kraft erfordert. Stattdessen nutzt es direkt elektrische Energie, thermische Energie, chemische Energie, Lichtenergie oder eine Kombination davon, um das Werkstückmaterial zu entfernen oder seine Leistung zu ändern, um die erforderlichen Anforderungen an Form, Größe und Oberflächenqualität zu erreichen. Die folgenden 6 speziellen Verarbeitungstechnologien werden derzeit häufig verwendet.
Elektroerosionsbearbeitung
Spezielle Bearbeitung, die den Abtrag von Werkstückmaterial steuert und das Material verformt und seine Leistung durch Entladung zwischen dem Werkstück und der Werkzeugelektrode verändert. Gegenwärtig werden die Luftfilmlöcher an den Turbinenleitschaufeln meist durch Elektrofunken-Kleinlochformung bearbeitet, und die fächerförmigen Segmente der Verdichterstatorschaufeln werden ebenfalls durch Elektrofunken-Drahtschneiden bearbeitet.
Schematische Darstellung der Elektrofunkenbearbeitung
Elektrochemische Bearbeitung
Spezielle Bearbeitung, bei der Werkstückmaterial durch elektrochemische Reaktionen entfernt wird. Einige schwer-zu-verarbeitende Materialien, wie z. B. integrale Hochtemperatur-Legierungsschaufeln, lassen sich mit herkömmlicher Verarbeitung nur schwer herstellen und können mithilfe der elektrolytischen Bearbeitungstechnologie verarbeitet werden.
Hochenergiestrahlverarbeitung
Verwenden Sie Laserstrahlen, Elektronenstrahlen oder Ionenstrahlen mit hoher -Energie-Dichte, um Werkstückmaterialien zu entfernen oder zu verbinden. Die Laserstrahlbearbeitung kann hauptsächlich zum Bohren, Schneiden, Schweißen und Markieren eingesetzt werden. Das Femtosekunden-Laserbohren ist eine der Methoden zur Bearbeitung von Luftfilmlöchern an Turbinenschaufeln.
Schleifmittelfluss
Verwenden Sie ein halbflüssiges, viskoelastisches Schleifmedium, das Schleifmittel enthält, um es unter einem bestimmten Druck über die bearbeitete Oberfläche fließen zu lassen, und entfernen Sie die mikroskopisch kleinen Unebenheiten auf der Werkstückoberfläche durch die Kratzwirkung der Schleifpartikel, wodurch der Zweck des Oberflächenpolierens oder Entgratens erreicht wird. Die Schleifflusstechnologie wurde auf integrierte geschlossene Schaufeln angewendet.
Schematische Darstellung der Schleifmittelflussverarbeitung
Vibrationsfinish
Geben Sie Werkstück, Schleifmittel, Wasser und chemische Zusätze nach einer bestimmten Formel in einen Behälter. Durch die regelmäßige Vibration des Behälters erzeugen das Schleifmittel und das Werkstück eine Relativbewegung und gegenseitige Reibung, schleifen die aus der Oberfläche und dem Umfang des Werkstücks herausragenden Grate ab, runden die scharfen Kanten des Werkstücks ab und polieren die Oberfläche. Es handelt sich um eine effiziente Oberflächenbearbeitungstechnologie, die häufig bei Teilen mit hoher Dauerfestigkeit eingesetzt wird.
Abrasive Wasserstrahlbearbeitung
Unter Verwendung eines Hochgeschwindigkeitswasserstroms als Träger wird ein hochgeschwindigkeitsförmiger und konzentrierter Schleifmittelstrom angetrieben, der auf die zu bearbeitende Oberfläche trifft und so einen regelmäßigen und kontrollierbaren Abtragsprozess des Materials bewirkt. Aufgrund seiner Eigenschaften, dass keine thermische Verformung beim Schneiden auftritt, jedes Material geschnitten werden kann, die Schnittrichtung hoch ist und die Schnittkraft sehr gering ist, wird es häufig bei schwer zu bearbeitenden Materialien wie Keramik und verstärkten Verbundwerkstoffen eingesetzt.
3. Fortschrittliche Schweißtechnologie
Schweißen ist ein qualitativ hochwertiges und effizientes Verfahren zum Verbinden von Metallmaterialien. Es gehört zu den kostengünstigen, fortschrittlichen Strukturfertigungsprozesstechnologien und ist außerdem eine der am weitesten verbreiteten Verarbeitungstechnologien in der fortschrittlichen Fertigungsindustrie. Zu den häufig verwendeten Schweißtechnologien gehören hauptsächlich die folgenden 4 Typen.
Elektronenstrahlschweißen
Ein Prozess, bei dem Hochgeschwindigkeitselektronenstrahlen mit hoher-Energiedichte als Wärmequellen zum Schweißen verwendet werden. Es zeichnet sich durch ein großes Seitenverhältnis, eine geringe Restverformung beim Schweißen, eine leicht zu erreichende präzise Steuerung der Schweißprozessparameter, reine Schweißnähte in einer Vakuumumgebung sowie eine gute Wiederholbarkeit und Stabilität aus. Diese Vorteile sind mit anderen Schmelzschweißverfahren nur schwer zu erreichen, weshalb es häufig beim Schweißen wichtiger Strukturen wie dem integralen Rotor, dem Gehäuse und der Welle des Motors eingesetzt wird.
Elektronenstrahlschweißen
Trägheitsreibschweißen
Eine Art Festphasenschweißen, bei dem durch Reibung zwischen den zu verschweißenden Materialien Wärme erzeugt wird und die Materialien unter der Wirkung der Stauchkraft plastisch verformt und fließen, wodurch eine stoffschlüssige Verbindung erreicht wird. Es bietet die Vorteile einer guten Schweißverbindungsqualität, einer hohen Maßgenauigkeit und einer guten Verbindungswirkung unterschiedlicher Materialien. Es hat sich zum Hauptschweißverfahren für die Verbindung von Lüfterscheiben von Flugzeugtriebwerken, Rotorbaugruppen von Hochdruckkompressoren und Scheibenwellenbaugruppen von Hochdruckturbinen entwickelt.
Hartlöten
Eine Methode, bei der die zu schweißenden Materialien auf eine Temperatur erhitzt werden, die unter dem Schmelzpunkt des Grundmaterials und über dem Schmelzpunkt des Lötmaterials liegt, und der Spalt mit flüssigem Lötmaterial gefüllt wird, um eine Verbindung herzustellen. Es hat die Eigenschaften, dass es die Eigenschaften und die Struktur des Grundmaterials weniger beeinflusst und weniger Verformungen beim Schweißen verursacht. Es eignet sich für eine Vielzahl von Materialien und Strukturen, einschließlich Wabendichtungsstrukturen von Flugzeugtriebwerken, Turbinenschaufeln, Kompressorschaufeln und Brennkammerkomponenten. Bei einigen komplexen Bauteilen ist Hartlöten die einzig mögliche Verbindungsmethode.
Lötdiagramm
Argon-Lichtbogenschweißen
Unter dem Schutz von Schutzgas wird der zwischen der Elektrode und den zu verschweißenden Werkstoffen erzeugte Lichtbogen dazu genutzt, die zu verschweißenden Werkstoffe und den Zusatzwerkstoff aufzuschmelzen und so eine Verbindung herzustellen. Es bietet große Vorteile hinsichtlich Tragbarkeit und Kosten und wird häufig beim Schweißen von Motorgehäusen und Brennkammern eingesetzt.
4. Oberflächenbehandlungstechnologie
Um den Oberflächenzustand der Teile zu verbessern, die besonderen Funktionsanforderungen der Teile wie Korrosionsbeständigkeit, Verschleißfestigkeit, Oxidationsbeständigkeit und Hochtemperaturbeständigkeit zu erfüllen und die Lebensdauer der Teile zu verbessern, ist eine Oberflächenbehandlung der Teile erforderlich. Zu den häufig verwendeten Oberflächenbehandlungstechnologien in Flugzeugtriebwerken gehören hauptsächlich chemische Behandlung, Oberflächenverstärkung und Beschichtungstechnologie.
Chemische Behandlung
Ein Oberflächenmodifikationsprozess, der den Oberflächenzustand von Materialien durch chemische Behandlungsmethoden wie Korrosion, Galvanisierung, Eloxierung und chemische Reinigung verbessert.
Plasmaspritzen
Oberflächenverstärkung
Durch die plastische Verformung der Oberflächenschicht entsteht eine hohe Eigenspannung auf der Oberfläche des Teils, um den „Kaltverformungsprozess“ der Oberflächenspannungskonzentration zu verstärken. Wird hauptsächlich zum Kugelstrahlen der Oberfläche der integrierten Klinge verwendet.
Beschichtung
Je nach Verwendungszweck kann es in abdichtende, verschleißfeste, wärmedämmende und andere Beschichtungen unterteilt werden. Darunter können Dichtungsbeschichtungen für Gehäusekomponenten, verschleißfeste Beschichtungen für Wellenteile und Wärmedämmbeschichtungen für Turbinenschaufeln verwendet werden.
Flugzeugtriebwerksteile können als ziemlich „leidend“ bezeichnet werden. Allein bei Turbinenschaufeln kann die Betriebstemperatur 1700 Grad - erreichen, eine Temperatur, die fast 150 Grad über dem Schmelzpunkt von Eisen liegt!
Um diese Teile „gesund“ zu machen, müssen Forscher „Teleskope“ verwenden, um sich auf die Spitze der Technologie zu konzentrieren. Gleichzeitig müssen sie auch „Mikroskope“ nutzen, um die technischen Details zu erforschen und danach zu streben, die Technologie besser an die Bedürfnisse anzupassen. Auf der Reise, „das Herz zu gewinnen“, wird das Streben der Shangfa-Leute nach überlegener „materieller“ Kunst niemals enden!
