Forskning och tillämpning av adaptiv bearbetningsteknik för reparation av skador av aero-motor Turbinbladstips
Reparation av skadade turbinblad är av stor betydelse för underhåll och livförlängning av flygmotorer. Denna artikel granskar forskningsframstegen för reparationstekniken för en viss nickelbaserad gjuten högtemperaturlegeringsturbin som arbetar blad, med fokus på reparationsmetoden för adaptiv bearbetning vid bladspetsen och förklarar djupt den experimentella bearbetningsprocessen och verifieringsresultaten och ser fram emot utvecklingsutsikterna för turbinbladreparationsteknik.
Flygmotorn är kraftkärnan i flygplanet. Bland de olika komponenterna i flygmotorn bestämmer det funktionella uppdraget och arbetsegenskaperna för turbinbladen att det är en av de roterande delarna med den värsta spänningen och den största belastningen i flygmotorn, vilket också orsakar det vanliga felet och skadan på turbinbladen. Bland dem har sprickfel den högsta sannolikheten för förekomst och den största skadan, huvudsakligen trötthetssprickor orsakade av centrifugalkraft överlagrade vid böjspänning, fladdertrötthetssprickor orsakade av vibrationsmiljö och högtemperaturtrötthetssprickor orsakade av korrosionsskador orsakade av miljömedia. I detta skede, för att minska kostnaden för motoranvändning, är omtillverkning och reparation av skadade turbinblad av stor betydelse.
Bland de viktigaste teknologierna för reparation av turbinblad har adaptiv bearbetningsteknologi väckt uppmärksamheten hos många forskare som ett effektivt sätt att uppnå en smidig överlappning av skadade gränser och hög precision av reparerade områden. TTL, ett brittiskt företag, erhåller information om blad tvärsnittslinjer genom kontaktmätningsmetoder och använder den uppmätta tvärsnittslinjeprofilinformationen för att slutföra modellrekonstruktionen av spetsslitningsområdet genom att kompensera längs Z-riktningen och genererar bearbetningskoder för att ta bort klädskiktet. Delcam, ett brittiskt företag, föreslog en modellrekonstruktionsmetod för reparation av turbinblad med mätning på maskinen, vilket minskade problemet med placering av felansamling genom mätning på maskinen; Två tvärsnittsdata nära beklädnadsskiktet erhölls genom kontaktmätning, och den geometriska modellen som skulle repareras av det slitna bladspetsen på det rakkorniga bladet beräknades för att slutföra hela reparationsprocessen genom slipning. Baserat på den grå systemteorin förutspådde Ding Huapeng båglinjen och tjockleken på bladprofilen i det skadade området och rekonstruerade sedan den kompletta bladmodellen och erhöll sedan reparationsdefektmodellen genom booleska skillnad och därmed uppnådde en viss reparationseffekt. Hou F et al. föreslog en adaptiv reparationsmetod för bladkropp, inklusive svetsytamodellering och optimeringsmodellering av målreparationsytan och använde slutligen simulering för att bevisa effektiviteten hos reparationsmetoden. Zhang x et al. föreslog ett automatiserat reparationsschema för skadade områden med motorblad, som direkt bildas av materialbeklädnad. Jämfört med traditionella reparationsmetoder är det innovativt i viss utsträckning, men det är svårt att reparera turbinblad med komplexa ytor.
Ovanstående forskning visar att reparation av flygmotorer är ett hett ämne inom flygfältet hemma och utomlands. Inom området reparationsbearbetning ligger fokus på att uppnå en smidig överlappning mellan reparationsområdet och det icke-skadade området, liksom bildning av hög precision efter reparation. Baserat på ovanstående reparationsforskning tar därför detta papper det skadade turbinen som arbetar som ett exempel för att utföra applikationsforskningen för adaptiv bearbetningsteknik för reparation av bladspets, vilket säkerställer att reparation av bearbetningsområdet och icke-maskiner i det reparerade bladet kan uppnå smidig övergångsöverlappning, och den totala reparationsytan uppfyller de slutliga toleranskraven för den reparerade bladet.
1 Analys av bearbetningsbarheten för reparation av bladspetsen
Figur 1 visar en typisk turbinbladspetssprickfel. Baserat på detta föreslås en metod för omtillverkning och reparation av den skadade bladspetsen på ett turbinblad för flygmotor. En omtillverknings- och reparationslösning upprättas, som inkluderar att ta bort den skadade delen av bladspetsen - smält svetsning och deponering av lödning (som visas i figur 2) - förvärva bladpunktmoln - rekonstruera bladens digitala modell - adaptiv bearbetning av bladet, för att uppnå adaptiv reparation av blad geometric storleksstorlek och prestandan återhämtning. Kvaliteten och prestandan för det reparerade bladet uppfyller designkraven och kan användas för realtidsreparation på reparationsplatsen, vilket ger en effektiv lösning för att realisera batchreparationsbehandling av skadade komponenter i flygmotorer.
Analys av processsvårigheter
På grund av problemet med gjutningsnoggrannhet finns det individuella skillnader mellan det färdiga bladet och den teoretiska designmodellen. Bladens konturstorlek bildas i det nya tillståndet, och efter en arbetscykel kommer den att ge olika grader av deformation och defekter. På grund av det bearbetade objektets individualitet, om det repareras och bearbetas efter den teoretiska storleken på designritningen, kommer formnoggrannheten för det ursprungliga bladet att förstöras. Om en uppsättning bearbetningskoder måste regenereras enligt CAD -modellen för varje bearbetning kommer den att påverka hela bearbetningscykeln i stor utsträckning.
Bladspetsen har en komplex struktur, med en chef och täckplatta 2 till 3 mm under bladspetsen, och den smalaste bredden på den bakre kanten svansen är bara 0. 5 mm. Bladet är en inre kavitetsstruktur, och det finns många luftfilmhål på bladkroppsytan. Chips går enkelt in i de inre håligheten och luftfilmhålen, vilket gör det svårt att rengöra.
Huvudtekniska krav
Efter att spetsen har reparerats överensstämmer konturerna från de inre och yttre böjda ytorna med designritningen och är smidigt anslutna till den ursprungliga basbladformen.
Minsta väggtjocklek längs bladformen vid spetsens bakkant är {{0}}. 41 mm, och minsta väggtjocklek längs bladformen vid andra delar är 0,51 mm (som visas i figur 3).
Bladhöjddimensionen är garanterad.
Grovheten är inte större än ra 0. 8 μm.
(5) Inga chips eller andra föroreningar får stanna kvar i de inre hålrummet och luftfilmhålen.
(6) Det reparerade området inspekteras av fluorescens för att säkerställa att det inte finns några sprickor, inneslutningar etc., och inspektionen utförs i enlighet med fluorescensinspektionsstandarder och acceptansstandarder.
2 Adaptiv bearbetningsteknik för reparation av bladspetsen
Med tanke på svårigheterna i reparationsprocessen för bladspetsen på turbinens arbetsblad, nämligen: deformationen för varje reparerat blad är inkonsekvent, klämpositionen och vinkeln är olika och den ursprungliga precisionsgjutningsnoggrannheten är problematisk. Sådana praktiska problem kan snabbt upptäckas online genom adaptiv bearbetningsteknik för varje del eller del som ska behandlas, och den faktiska form- och positionsfördelningen kan förstås. Sedan rekonstruerar systemet den digitala målmodellen som är förenlig med designen genom de uppmätta data, genererar en unik personlig banbanan för att möta produkttillverkning och slutligen överensstämmer med designen och det faktiska objektet. Den adaptiva bearbetningsteknologivägen visas i figur 4.
2.2 CAD Model Data Registration Technology
På grund av de personliga egenskaperna hos det bearbetade objektets tomma tomma, saknar den rekonstruerade CAD -modellen ett regelbundet referensplan för att hitta sitt koordinatsystem, och det är nödvändigt att använda registreringsteknologi för att anpassa sitt koordinatsystem. De två punktsuppsättningarna i rymden är den teoretiska modellen x {xi} och mätinformationen p {pi} för det bearbetade objektet. P -punktuppsättningen roteras och översätts för att minimera avståndet med x -punktuppsättningen, och det rumsliga transformationsförhållandet mellan mätinformationen p {pi} och den teoretiska modellinformationen x {xi} är etablerad. Det rumsliga transformationsförhållandet inkluderar rotationsmatrisen R och översättningsmatrisen T. Sedan används den närmaste punktparningsmetoden för att hitta en punkt i X som är närmast varje punkt i P för att para den, bildar en ny punktuppsättning X ', som visas i figur 5.
3 Verifiering av adaptiv bearbetningsteknik för reparation av bladspetsen
Det adaptiva bearbetningssystemet inkluderar adaptiv bearbetningsprogramvara och hårdvarusystem som maskinverktyg och skärverktyg. Integrationen av de två är nyckeln till att slutligen uppnå adaptiv bearbetning. I reparationsarbetet för en viss typ av högtrycksturbinblad användes det adaptiva bearbetningssystemet för att utföra reparationsbehandlingen av bladen, och reparationsbehandling och applikationsverifiering av flera motorblad genomfördes.
3.1 Teststeg
Steg 1: Efter att det skadade området på bladspetsen som ska repareras fylls genom beklädnad och ytor svetsning, erhålls mätinformationen i området nära den skadade bladspetsen genom detektering av maskiner.
Steg 2: Skaffa den teoretiska modellinformationen före reparation av bladspetsen.
Steg 3: Använd dataregistreringen för att fastställa det rumsliga transformationsförhållandet mellan mätinformationen och den teoretiska modellinformationen (det rumsliga transformationsförhållandet inkluderar rotation och översättning) och erhålla rotations- och översättningskorrigering, det vill säga rotations- och översättningsbeloppet efter den bästa passningen.
Steg 4: Generera CLSF -filen för bearbetningsverktygsplatsspår enligt den teoretiska modellinformationen och generera den korrigerade verktygsplatsen och verktygsaxelvektorn i CLSF -filen enligt korrigeringsmängden i XYZ -riktning erhållen i steg 3.
Steg 5: Slipning och polering av det skadade området på bladspetsen på turbinbladet med hjälp av det modifierade verktygsspåret för att uppnå fullständig återställning av precisionsbladspetsen.
Såsom visas i figur 6 används en RMP40 -sond och en φ6 mm stylusboll för online -upptäckt. Tolv mätpunkter erhålls genom att optimera de två sektionerna nära bladspetsen. De genererade mätdatafilerna kan överföras tillbaka till datorprogramvarusystemet och behandlingsmodellen kan automatiskt genereras i UG baserat på mätdata.
Testet använde ett treaxlat vertikalt bearbetningscenter, och bladet var vertikalt utkragat på arbetsbänken genom en snabbförändringsverktygspall, vilket underlättade upprepad klämnoggrannhet under bearbetning och funktionsbehandling i den efterföljande processen, såsom visas i figur 7.
Den genererade bearbetningsverktygsbanan CLSF -filen visas i figur 8.
3.2 Inre hålrum och skydd för luftfilmhål
Under testet uppfylldes det tekniska kravet att inga chips eller andra föroreningar finns kvar i det inre hålrummet och luftfilmhålen uppfylldes. Under processtestet skyddades det inre hålrummet och flera luftfilmhål i bladet. Denna tekniska studie använder funktionellt lim för att försegla de inre hålrummet och luftfilmhålen och därigenom skydda hålen. Det är underförstått att vid reparation av sådana blad utomlands används ett flytande "multifunktionellt epoxiharts med kittlim" för att skydda hålen och luftfilmhålen. Efter kylning stelnar det för att uppnå en skyddande effekt. När den värms upp till över 100 grader smälter den och förvandlas till "Ash", som kan blåsa av eller tas bort genom ultraljudsrengöring. Det finns inga rester i de små hålen. I efterföljande batchtekniska applikationer kommer skydd och rengöring av hålrum och små hål att vara särskilt viktigt, och det är nödvändigt att fortsätta hitta mer lämpliga sätt att förhindra att chips och föroreningar inträffar.
3.3 Testresultat
Genom att mäta spetsprofilen för det reparerade turbinbladet, som visas i figur 9, uppfyller formen processens teknikkrav. Från utseendet inspektion kan man se att bladreparationsområdet och den ursprungliga profilen övergår smidigt efter adaptiv polering, såsom visas i figur 1 0. Väggtjockleken på de inre och yttre hålrummen är kvalificerad, ytråheten är under Ra0,8 μm och andra tekniska indikatorer uppfyller processkraven. Genom fluorescerande inspektion orsakade bearbetningsprocessen inte nya sprickor och andra defekter.
Kontakta oss
Tack för ditt intresse för vårt företag! Som ett professionellt tillverkningsföretag för gasturbindelar kommer vi att fortsätta att vara engagerade i teknisk innovation och förbättring av tjänster, för att ge mer högkvalitativa lösningar för kunder runt om i världen. Om du har några frågor, förslag eller samarbetsintentioner, hjälper vi dig mer än gärna. Kontakta oss på följande sätt:
Whatsapp: +86 135 4409 5201
E-mail:peter@turbineblade.net
