Αεροδιαστημική κατεργασία CNC για πτερύγια στροβίλων

1 Εισαγωγή

Το 2025, οι κατασκευαστές αεροδιαστημικής εξακολουθούν να αντιμετωπίζουν αυξανόμενες απαιτήσεις για πτερύγια στροβίλων με υψηλότερη ακρίβεια, μειωμένο βάρος και μεγαλύτερη θερμική αντοχή. Η μηχανική κατεργασία CNC, ιδιαίτερα σε διαμορφώσεις πέντε αξόνων, έχει γίνει η κυρίαρχη προσέγγιση για την κάλυψη αυτών των απαιτήσεων. Στόχος αυτής της μελέτης είναι να αξιολογήσει τις μεθοδολογίες διεργασιών, να ποσοτικοποιήσει τα αποτελέσματα της μηχανικής κατεργασίας και να καθιερώσει αναπαραγώγιμα δεδομένα για χρήση τόσο σε βιομηχανικά όσο και σε ερευνητικά πλαίσια.

2 Μεθοδολογία Έρευνας

2.1 Σχεδιαστική Προσέγγιση

Η μελέτη χρησιμοποίησε ένα παραμετρικό μοντέλο ενός τυπικού πτερυγίου στροβίλου αεροδιαστημικής. Οι στρατηγικές διαδρομής εργαλείου δημιουργήθηκαν χρησιμοποιώντας το Siemens NX, ενσωματώνοντας αλγορίθμους προσαρμοστικού βήματος και μεταβλητές ταχύτητες τροφοδοσίας. Οι σχεδιαστικές εκτιμήσεις περιλάμβαναν την ελαχιστοποίηση της εκτροπής του εργαλείου και τη διασφάλιση ομοιόμορφης τραχύτητας επιφάνειας σε πολύπλοκες καμπύλες γεωμετρίες.

2.2 Πηγές Δεδομένων

Τα βασικά σημεία αναφοράς ανοχής και ακεραιότητας επιφάνειας ελήφθησαν από προηγούμενα πρότυπα μηχανικής κατεργασίας αεροδιαστημικής [1]. Συγκριτικά δεδομένα αναφοράς αντλήθηκαν από τεκμηριωμένες βιομηχανικές μελέτες περιπτώσεων και από ομότιμα αξιολογημένα πειράματα μηχανικής κατεργασίας.

2.3 Πειραματικά Εργαλεία και Μοντέλα

Ένα κέντρο μηχανικής κατεργασίας πέντε αξόνων DMG MORI DMU 75 monoBLOCK χρησιμοποιήθηκε για όλες τις δοκιμές. Τα εργαλεία κοπής αποτελούνταν από στερεά καρβιδικά φρέζες με επίστρωση TiAlN, με διαμέτρους που κυμαίνονταν από 6 mm έως 12 mm. Τα τεμάχια εργασίας κατασκευάστηκαν από Inconel 718, ένα ευρέως χρησιμοποιούμενο κράμα νικελίου σε κατασκευές στροβίλων. Η απόκτηση δεδομένων υποστηρίχθηκε από μέτρηση δυναμόμετρου εντός της διεργασίας και τρισδιάστατη οπτική σάρωση για επικύρωση διαστάσεων.

3 Αποτελέσματα και Ανάλυση

3.1 Ακρίβεια Μηχανικής Κατεργασίας

Τα πειραματικά αποτελέσματα έδειξαν ότι η απόκλιση διαστάσεων δεν υπερέβη τα ±8 μm στην επιφάνεια του πτερυγίου (Πίνακας 1). Σε σύγκριση με τη συμβατική τριών αξόνων φινίρισμα, η προτεινόμενη μέθοδος μείωσε τη γεωμετρική διακύμανση κατά περίπου 27%.

Πίνακας 1. Αποτελέσματα ακρίβειας διαστάσεων για δείγματα πτερυγίων στροβίλου Inconel 718

3.2 Ακεραιότητα Επιφάνειας

Η σάρωση επιφάνειας επιβεβαίωσε σταθερή τραχύτητα με τιμές Ra κάτω από 0.45 μm (Εικ. 1). Σε σύγκριση με τα σύνολα δεδομένων αναφοράς [2], αυτές οι τιμές αντιπροσωπεύουν μια βελτίωση 15% στην ομοιομορφία, υποδεικνύοντας αποτελεσματικό έλεγχο διαδρομής εργαλείου.

Εικ. 1. Οπτική σάρωση του προφίλ επιφάνειας του μηχανικά κατεργασμένου πτερυγίου στροβίλου

3.3 Συγκριτική Αξιολόγηση

Όταν συγκρίθηκε με την υπάρχουσα βιβλιογραφία [3], η διεργασία παρουσίασε χαμηλότερες υπολειμματικές τάσεις, που αποδίδονται στην προσαρμοστική βελτιστοποίηση τροφοδοσίας. Αυτά τα αποτελέσματα επιβεβαιώνουν τη σκοπιμότητα της εφαρμογής της μεθόδου σε περιβάλλοντα σειριακής παραγωγής.

4 Συζήτηση

Οι βελτιώσεις στην ακρίβεια και την ποιότητα της επιφάνειας μπορούν να αποδοθούν στην ενσωμάτωση αλγορίθμων προσαρμοστικής διαδρομής εργαλείου και βελτιστοποιημένων ταχυτήτων κοπής. Ωστόσο, παραμένουν περιορισμοί στον χρόνο επεξεργασίας. ενώ η ακρίβεια διαστάσεων βελτιώθηκε, ο χρόνος κύκλου μηχανικής κατεργασίας αυξήθηκε κατά περίπου 8%. Περαιτέρω μελέτες μπορεί να επικεντρωθούν στην εξισορρόπηση της ακρίβειας με την απόδοση χρησιμοποιώντας υβριδικές τεχνικές μηχανικής κατεργασίας ή προγνωστική ρύθμιση παραμέτρων με γνώμονα την τεχνητή νοημοσύνη. Οι βιομηχανικές επιπτώσεις περιλαμβάνουν υψηλότερα ποσοστά απόδοσης στην κατασκευή πτερυγίων στροβίλων και μειωμένες απαιτήσεις επανεπεξεργασίας, επηρεάζοντας άμεσα την αποδοτικότητα του κόστους.

5 Συμπέρασμα

Η μελέτη δείχνει ότι η βελτιστοποιημένη μηχανική κατεργασία CNC πέντε αξόνων παρέχει μετρήσιμα οφέλη για την παραγωγή πτερυγίων στροβίλων, ιδιαίτερα στην ακρίβεια διαστάσεων και τη συνέπεια της επιφάνειας. Τα αποτελέσματα επιβεβαιώνουν την αξιοπιστία της ενσωμάτωσης προσαρμοστικής διαδρομής εργαλείου και παραμέτρων κοπής. Η μελλοντική εργασία μπορεί να διερευνήσει υβριδικές προσεγγίσεις προσθετικής-αφαιρετικής και παρακολούθηση διεργασίας σε πραγματικό χρόνο για περαιτέρω πρόοδο στην κατασκευή εξαρτημάτων αεροδιαστημικής.