Teknologi pemprosesan berprestasi tinggi ialah teknologi utama untuk pemprosesan bahagian aeroangkasa kritikal, memacu industri pembuatan penerbangan ke arah kecekapan pengeluaran dan kualiti pemprosesan yang lebih tinggi. Teknologi ini menyediakan sokongan teknikal untuk pembangunan berkualiti tinggi bahagian aeroangkasa kritikal dengan meningkatkan kecekapan pengeluaran dan ketepatan pemprosesan proses pemprosesan. Kelebihan dan bidang aplikasi teknologi pemesinan berprestasi tinggi diperkenalkan, dan kemajuan penyelidikan sarjana dalam teknologi pemesinan berprestasi tinggi dalam bidang aeroangkasa diringkaskan, termasuk teknologi pemesinan berkelajuan tinggi (HSM), teknologi pemesinan pautan berbilang paksi, teknologi pemesinan mikro dan pemprosesan bahan Aeroangkasa biasa. Pada masa yang sama, cabaran dan trend pembangunan yang mungkin dihadapi oleh teknologi pada masa hadapan juga dijangka.
Mukadimah
01
Industri pembuatan aeroangkasa berada di barisan hadapan dalam teknologi pemprosesan berprestasi tinggi dan mempunyai keperluan ketat terhadap prestasi dan ketepatan bahagian mekanikal, terutamanya yang digunakan dalam keadaan yang teruk seperti suhu tinggi dan tekanan tinggi [1]. Pembuatan bahagian ini bergantung pada teknologi pemesinan berprestasi tinggi yang tepat dan boleh dipercayai, seperti pemesinan berkelajuan tinggi, pemesinan berbilang paksi, pemesinan mikro dan pemprosesan bahan aeroangkasa biasa. Teknologi ini bukan sahaja meningkatkan kecekapan pengeluaran dan mengurangkan kos, tetapi juga memastikan kualiti dan prestasi bahagian [2].
Dalam bidang aeroangkasa, bahagian utama seperti pendesak, bilah, selongsong dan bahagian berdinding nipis biasanya diperbuat daripada aloi berprestasi tinggi, dengan reka bentuk yang kompleks dan keperluan ketepatan yang sangat tinggi [3]. Di samping itu, bahagian ini terdedah kepada ubah bentuk semasa pemprosesan, terutamanya bahagian berdinding nipis, jadi teknologi pemprosesan berprestasi tinggi adalah sangat penting apabila mengeluarkan bahagian kritikal ini. Teknologi ini bukan sahaja boleh mengendalikan bahan yang sukar dimesin, tetapi juga memastikan kualiti dan prestasi produk di bawah persekitaran kerja yang melampau dan keperluan reka bentuk yang kompleks, sambil mencapai ketepatan pemesinan mikron hingga skala nano [4], terutamanya dalam pengeluaran pendesak, bilah dan selongsong. Dari segi barangan kritikal dan berat, ia telah menunjukkan kelebihan yang ketara.
Ringkasnya, aplikasi teknologi pemprosesan berprestasi tinggi dalam bidang aeroangkasa bukan sahaja meningkatkan kecekapan pembuatan dan kualiti produk, tetapi juga memacu pembangunan bahan baharu dan reka bentuk yang inovatif. Ini penting untuk memenuhi piawaian ketat dan keperluan pembuatan kompleks industri pembuatan aeroangkasa.
konotasi pemprosesan teknikal berprestasi tinggi
02
Teknologi pemesinan berprestasi tinggi ialah teknologi kejuruteraan yang mengintegrasikan elemen utama seperti teknologi pemesinan berkelajuan tinggi (HSM), teknologi pemesinan pautan berbilang paksi, teknologi pemesinan mikro dan teknologi bahan sukar mesin, bertujuan untuk meningkatkan kecekapan pemprosesan bahan. , ketepatan dan prestasi. Rangka kerja ditunjukkan dalam Rajah 1. Dalam bidang aeroangkasa, teknologi ini digunakan untuk mengeluarkan bahagian permintaan tinggi untuk menghadapi keperluan kerumitan dan kebolehpercayaan, memacu kemajuan berterusan teknologi pembuatan dalam bidang ini.
Rajah 1 Rangka kerja teknologi pemesinan berprestasi tinggi
2.1 Teknologi pemprosesan berkelajuan tinggi
Teknologi pemesinan berkelajuan tinggi dalam sektor aeroangkasa memainkan peranan penting dalam menghasilkan bahagian ketepatan dan kompleks. Ia memendekkan kitaran pengeluaran dan meningkatkan kualiti permukaan bahagian dengan meningkatkan kadar penyingkiran bahan dan mengoptimumkan laluan pemesinan. Dalam pengilangan berkelajuan tinggi, kilang hujung hidung bebola pepejal dan boleh diindeks digunakan untuk memproses struktur kompleks pada permukaan cembung dan cekung serta mesin pengilangan CNC lima paksi. Operasi pengilangan ditunjukkan dalam Rajah 2, yang mencerminkan kepelbagaian dan kerumitan teknologi [4].
gambar
a) Mengisar permukaan cembung b) Mengisar permukaan cekung
gambar
c) Mengisar struktur kompleks
Rajah 2 Pemprosesan pengilangan di bawah keadaan kerja yang berbeza [4]
Untuk aloi titanium TC4 bahan khusus, Wang Sheng et al. [5] mencapai peningkatan ketara dalam kecekapan pemprosesan dan kualiti permukaan dengan mengoptimumkan parameter pengilangan alat PCD. Penyelidikan oleh LUIS et al. [6] mendapati bahawa dalam pengilangan permukaan yang kompleks, kedalaman jejari maksimum, jumlah suapan dan strategi pemotongan ke bawah adalah penting untuk meningkatkan kualiti permukaan dan produktiviti. VOGEL et al. [7] membangunkan pemegang alat canggih dengan struktur pengisian zarah dalaman. Pemegang alat telah diuji untuk membelok di Syarikat Monfort, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 3. Dengan mengurangkan getaran semasa pemesinan aloi titanium, kecekapan pemesinan dan pemegang alat telah dipertingkatkan. kehidupan.
gambar
a) Persediaan ujian
gambar
b) Struktur pemegang alatan
Rajah 3 Mengisi persediaan ujian pemegang alat dan struktur pemegang alat [7]
Di samping itu, aplikasi sistem CAM lanjutan, seperti Mastercam, UnigraphicsNX dan CATIA, menyediakan pelbagai strategi laluan alat untuk pemesinan [8]. HASCOET dan RAUCH [9] menggunakan pengawal OpenNC dan interpolasi laluan alat NURBS untuk meningkatkan lagi kualiti dan kecekapan pemesinan berkelajuan tinggi, membawa kemajuan ketara kepada industri pembuatan aeroangkasa.
2.2 Teknologi pemprosesan pautan berbilang paksi
Dalam industri aeroangkasa, teknologi pemesinan pautan berbilang paksi, terutamanya penggunaan alat mesin CNC empat paksi dan lima paksi, telah meningkatkan kecekapan pengeluaran dan kualiti bahagian penting dengan ketara dan membawa inovasi yang ketara.
Dari segi penyelidikan aplikasi khusus, FAN et al. [10] membangunkan kaedah pemesinan lima paksi khusus untuk pendesak emparan. Kaedah ini membahagikan pendesak kepada kawasan yang berbeza dan mengoptimumkan laluan alat untuk mencapai pengilangan yang tepat dan cekap. MHAMDI et al. [11] membangunkan model dinamik untuk pengilangan berbilang paksi bilah aeroengine Ti-6Al-4V, mencapai ketepatan dan kualiti permukaan yang lebih baik dalam pembuatan bilah dan menyelesaikan cabaran bentuk dan bahan yang kompleks. Chen Kaihang [12] membangunkan kaedah perancangan kelajuan separa masa nyata untuk pemesinan CNC pautan lima paksi pendesak, yang secara berkesan meningkatkan kualiti dan kecekapan pemprosesan dan memenuhi keperluan sebenar projek. Mengambil pendesak kamiran separa terbuka sebagai contoh, tapak pemprosesan pautan berbilang paksi dan sampel ditunjukkan dalam Rajah 4.
gambar
a) Proses penamat pendesak
gambar
b) Pendesak kamiran separuh terbuka
Rajah 4: Tapak pemprosesan pautan berbilang paksi dan bahagian sampel
Di samping itu, Wenhao et al. [13] membangunkan kaedah baharu untuk menjana vektor paksi alat untuk pemesinan permukaan grid untuk meningkatkan kecekapan dan ketepatan pemotongan CNC berbilang paksi. Wang Bo et al. [14] membangunkan satu kaedah untuk memodelkan trajektori elemen mikro termaju dalam pengilangan hujung bebola berbilang paksi. Mereka membina model dinamik yang menyepadukan ciri geometri alat untuk meramal daya pengilangan dengan tepat.
Teknologi pemesinan pautan berbilang paksi semakin digunakan secara meluas dalam bidang aeroangkasa, dan peningkatan dalam kecekapan pengeluaran dan kualiti pembuatan tidak boleh diabaikan. Pembangunan dan aplikasi teknologi ini telah membuka laluan baharu untuk inovasi selanjutnya dalam industri pembuatan aeroangkasa pada masa hadapan.
2.3 Teknologi pemesinan mikro
Dalam bidang aeroangkasa, teknologi pemesinan mikro, terutamanya pengilangan mikro, pemesinan nyahcas mikro-elektrik, pemesinan mikro laser dan pemesinan ultrasonik, memainkan peranan penting. Teknologi ini memainkan peranan penting dalam pembuatan komponen mikroskopik dengan bentuk yang kompleks dan keperluan ketepatan tinggi.
Teknologi pengilangan mikro menunjukkan kelebihan dalam pembuatan komponen mikro dengan ketepatan tinggi dan geometri kompleks. Tian Lu et al. [15] membuat kemajuan dalam pengoptimuman ketebalan pemotongan minimum dan daya pemotongan, manakala LI et al. [16] membangunkan bahan alat seramik komposit mikro-nano baharu Ti(C, N)/WC untuk pemotong pengilangan mikro. /ZrO2, meningkatkan kekuatan lenturan, keliatan dan kekerasan alat pemotong dengan berkesan. Di samping itu, Zhang Xinxin et al. [17] mengoptimumkan parameter pemotongan pengilangan mikro berkelajuan tinggi bagi bahan lasak seperti aloi titanium dan keluli tahan karat, meningkatkan kualiti permukaan dan kecekapan pemprosesan bahan sukar untuk dimesin ini.
Dalam bidang pemesinan nyahcas mikro-elektrik, Tagawa [18] mengesahkan kesan pemesinan nyahcas mikro-elektrik dalam meningkatkan kecekapan pemprosesan dan kualiti permukaan aloi titanium Ti-6Al-4V. LIN et al. [19] mengoptimumkan EDM pengilangan mikro Inconel 718 melalui kaedah Taguchi, mencapai keseimbangan antara haus elektrod, kadar penyingkiran bahan dan jurang kerja, dengan itu meningkatkan kecekapan pemotongan. HUU et al. [20] menggunakan elektrod bersalut karbon untuk meningkatkan kecekapan pemprosesan aloi titanium, menunjukkan potensi pemesinan tanpa sentuhan dalam bahan keras. Penyelidikan GARZON et al. [21] menumpukan pada teknologi pengukuran daya dalam mikro-EDM, yang menyediakan pemantauan yang lebih tepat terhadap proses pemesinan. Platform pemprosesan gabungan yang dibina dan dioptimumkan untuk peranti ini pada alat mesin Sarix sx200 ditunjukkan dalam Rajah 5.
gambar
Rajah 5 Alat mesin pemprosesan gabungan: pengilangan mikro + mikro EDM [21]
Perkembangan teknologi pemesinan mikro laser telah meningkatkan prestasi pemprosesan tempatan pelbagai bahan dengan ketara. Seperti yang ditunjukkan dalam penyelidikan CHAVOSHI [22], pemprosesan tempatan pelbagai bahan melalui pancaran laser tenaga tinggi meningkatkan prestasi pemprosesan. Xiao Qiang et al. [23] berjaya menghasilkan struktur mikro-nano menggunakan pemprosesan laser femtosaat. SUN et al. [24] menggunakan µCT untuk mengesan kecacatan kekosongan dalam Ti-6Al-4V yang dihasilkan oleh pembuatan aditif laser, yang memberikan maklumat penting untuk jaminan kualiti aeroangkasa.
Pada masa yang sama, teknologi pemprosesan ultrasonik juga telah membuat kemajuan penting. Teknologi pemotongan gelombang ultrasonik berkelajuan tinggi yang dibangunkan oleh Peng Zhenlong et al. [25] meningkatkan kelajuan pemotongan dan kecekapan bahan yang sukar dimesin, manakala ZHAO et al. [26] menggunakan peranti RUVAG yang dibangunkan sendiri berdasarkan getaran bahan kerja untuk menjalankan ujian pengisaran bijirin CBN tunggal. , bertujuan untuk mendedahkan mekanisme penyingkiran bahan dan prestasi haus bijirin CBN oleh getaran ultrasonik jejarian. Kaedah penggerudian mematuk berbantukan ultrasonik (UPD) yang dicadangkan oleh LIU et al. [27] berkesan meningkatkan kecekapan penggerudian dan kualiti bahan lamina CFRP/Ti.
Aplikasi komprehensif teknologi pemotongan mikropemesinan bukan sahaja menunjukkan kelebihan unik mereka, tetapi juga menunjukkan potensi besar dalam pembuatan komponen mikro dengan ketepatan tinggi dan reka bentuk yang kompleks. Memandangkan teknologi pemotongan mikro terus berkembang, ia akan terus menggalakkan kemajuan dalam aeroangkasa dan industri pembuatan ketepatan yang lain.
2.4 Bahan penerbangan biasa yang sukar diproses
Dalam industri aeroangkasa, penyelidikan tentang teknologi pemesinan ketepatan untuk bahan yang biasanya sukar dimesin seperti aloi titanium, aloi aluminium dan komposit gentian karbon adalah penting. Bahan ini memainkan peranan penting dalam pembuatan bahagian penerbangan kritikal kerana kekuatan mekanikal yang sangat baik dan rintangan kakisan, tetapi ia juga membawa cabaran pemprosesan.
Dalam bidang pemprosesan aloi titanium, Tian Rongxin et al. [28] mencadangkan kaedah pengoptimuman parameter proses untuk pengilangan aloi titanium TC11 berkelajuan tinggi. Liu Peng et al. [29] membangunkan model matematik untuk mengoptimumkan daya pemotongan pengilangan berkelajuan tinggi aloi titanium TA15 dengan alat PCD dan mengesahkan keberkesanannya. HOURMAND et al. [30] mendapati alat bersalut tungsten karbida (WC atau WC/Co) berprestasi lebih baik dari segi kehausan, kelicinan, hayat dan geseran daripada alatan tidak bersalut. EZUGWU et al. [31] mendapati melalui penyelidikan bahawa apabila menggunakan alat PCD untuk pemusingan ketepatan tinggi TC4, cecair pemotongan tekanan tinggi boleh meningkatkan kelicinan permukaan dan hayat alat dengan ketara serta mengurangkan kerosakan fizikal. Di samping itu, Yao Jun et al. [32] berkesan meningkatkan kecekapan pemprosesan dan mengurangkan kos aloi titanium TB6 dengan menggunakan teknologi pemotongan elektrolitik getaran.
Dari segi pemprosesan aloi aluminium, DONG et al. [33] menumpukan pada mengkaji haus alat berlian dalam pemesinan ketepatan, menonjolkan pengaruh pelepasan alat dan kelajuan suapan. WANG et al. [34] mengkaji pemprosesan pemotongan aloi aluminium 7050-T7451 dan menunjukkan bahawa sudut rake yang lebih besar dan cip yang lebih tebal boleh mengurangkan penggunaan tenaga dengan ketara, dengan itu mencapai pembuatan yang lebih cekap dan mesra alam. Di samping itu, JAROSZ et al. [35] mengurangkan dengan ketara masa pemprosesan aloi aluminium AL-6061-T6 (kira-kira 37%) dan meningkatkan kecekapan pemprosesan dengan mengoptimumkan parameter pengilangan muka CNC.
Di samping itu, untuk pemprosesan bahan gentian karbon aeroangkasa, WU et al. [36] membangunkan alat pemotong berlian polihabluran untuk plastik bertetulang gentian karbon (CFRP), yang meningkatkan kecekapan dan kualiti pemotongan. Model stokastik yang dibangunkan oleh ZHANG et al. [37] boleh meramalkan dengan tepat daya pemotongan bahan komposit bertetulang gentian pengilangan, yang sangat penting untuk meningkatkan ketepatan pemprosesan dan kecekapan bahan komposit. WU et al. [38] menggunakan model elemen terhingga dan perisian Deform 3D untuk menjalankan analisis simulasi untuk menyelesaikan masalah penggerudian dan meningkatkan kualiti pemprosesan.
Ringkasnya, dalam bidang aeroangkasa, teknologi pemprosesan bahan sukar untuk mesin tipikal adalah kunci untuk mencapai pembuatan berprestasi tinggi bahagian aeroangkasa kritikal. Perkembangan teknologi pemotongan ini bukan sahaja meningkatkan kecekapan dan ketepatan pemprosesan, tetapi juga membuka kemungkinan baharu untuk pemotongan, pemprosesan dan pembentukan bahan baharu yang sukar dimesinkan.
Kes aplikasi pemesinan teknologi berprestasi tinggi
03
3.1 Pemesinan berbilang paksi bilah pendesak
Mengambil pemesinan lima paksi pendesak kamiran penerbangan sebagai contoh, kaedah pengilangan geometri permukaan kompleks bilah pendesak kamiran dipertimbangkan terlebih dahulu, dan kaedah pengilangan titik dan kaedah pengilangan sisi digunakan. Kemudian, pertimbangkan pemilihan alat pemotong semasa kemasan bilah bersebelahan untuk mengelakkan pemotongan berlebihan dan pemotongan kecil, dan pilih pemotong pengilangan batang tirus dan gabungkannya dengan fungsi analisis jarak CAD untuk analisis. Kemudian, trajektori kedudukan alat direka bentuk melalui mod "blisk" perisian PowerMill. Akhir sekali, untuk memastikan keselamatan dan kebolehpercayaan pemesinan lima paksi, perisian simulasi VERICUT digunakan untuk mensimulasikan pemesinan pendesak keseluruhan bagi memastikan pemesinan selamat dan boleh dipercayai serta memenuhi keperluan saiz dan ketepatan [39]. Isu dan kaedah utama diringkaskan seperti berikut.
1) Memastikan kecekapan dan ketepatan pemprosesan pendesak keseluruhan adalah kunci kepada teknologi pemprosesan. Kaedah pengilangan titik dan kaedah pengilangan sisi digunakan dalam proses pengilangan, dan permukaan melengkung bilah diproses langkah demi langkah di sepanjang arah penyelarasan bilah melalui hubungan titik dan hubungan talian. Menggunakan kaedah pemprosesan ini memastikan kecekapan pemprosesan dan kualiti permukaan.
2) Untuk mengelakkan alat daripada terlalu memotong atau memotong semasa penamat bilah bersebelahan, gabungkan analisis kilang hujung batang tirus dan perisian CAD untuk menentukan jarak minimum bilah, simpan elaun pemesinan dan sudut ayunan paksi pemotong, yang bukan sahaja meningkatkan kecekapan pemprosesan, ketegaran alat juga dipertingkatkan.
3) Reka bentuk laluan alat yang munasabah adalah langkah paling penting dalam pemesinan berbilang paksi. Gunakan modul "blisk" perisian PowerMill untuk membina permukaan tambahan melalui tetapan berparameter dan reka bentuk strategi, dan menjalankan pemeriksaan perlanggaran dan overcut untuk merumus trajektori kedudukan alat yang cekap dan munasabah, dan mencapai hasil yang baik dalam pemprosesan sebenar berikutnya.
4) Untuk memastikan keselamatan dan kebolehpercayaan pemesinan lima paksi, perisian simulasi VERICUT digunakan untuk mensimulasikan persekitaran pemesinan sebenar dan perkakas proses, dan digabungkan dengan trajektori alat dalam program CNC, kebolehlaksanaan pemprosesan keseluruhan pendesak adalah disahkan.
3.2 Pemprosesan bahagian cincin berdinding nipis berkekerasan tinggi pada selongsong enjin
Memandangkan masalah ubah bentuk, getaran dan kualiti permukaan yang cenderung berlaku semasa pemprosesan cincin pelekap struktur berbentuk khas berdinding nipis pada selongsong enjin pesawat, beberapa langkah telah diambil untuk mengelakkan ubah bentuk. Pertama, proses pengilangan kasar ditambah untuk melepaskan tegasan pemesinan terlebih dahulu. Kedua, alat pengembangan struktur diafragma elastik dan kaedah pemprosesan pusingan sikloid digunakan untuk mengelakkan ubah bentuk bahagian secara berkesan. Akhir sekali, memusing dan bukannya mengisar digunakan untuk memastikan kualiti permukaan dan saiz salutan, dengan itu menyelesaikan isu utama dalam pemesinan [40]. Isu dan kaedah utama diringkaskan seperti berikut.
1) Ia adalah kunci untuk mengurangkan tekanan dan ubah bentuk semasa pemprosesan berikutnya dan meningkatkan kecekapan dan kualiti keseluruhan proses pembuatan. Bahan lebihan pada muka hujung dikeluarkan melalui proses pengilangan kasar untuk melepaskan tekanan pemprosesan dan mengurangkan ubah bentuk, sambil meninggalkan margin yang diperlukan untuk kemasan. Proses ini bukan sahaja meningkatkan kecekapan pemprosesan, tetapi juga mengurangkan tekanan dalaman melalui penyepuhlindapan pelepasan tekanan, memastikan ketepatan dan kualiti bahagian.
2) Untuk menyelesaikan masalah ubah bentuk bahagian yang serius semasa pemprosesan. Dengan mereka bentuk perkakas khas dan mengguna pakai teknologi pusingan yang cekap (lihat Rajah 6), ubah bentuk semasa pemprosesan dikawal dengan berkesan, memastikan ketepatan pemprosesan dan kualiti bahagian. Kaedah ini sesuai untuk memproses bahagian berbentuk khas berdinding nipis kekerasan tinggi yang serupa, yang boleh meningkatkan kecekapan pemprosesan dan mengurangkan haus alat sambil memastikan kualiti permukaan dan saiz salutan.
gambar
a) Pengapit struktur pengapit elastik
gambar
b) Gambar rajah pusingan trochoidal
Rajah 6: Lekapan dan pusingan sikloid [40]
3) Untuk menangani masalah bahawa proses pengisaran menghasilkan getaran yang besar, yang menyebabkan tanda getaran pada permukaan salutan dan menyukarkan untuk memenuhi keperluan kekasaran permukaan, proses pusingan diguna pakai sebaliknya, menggunakan alat pusing khas dan pemprosesan yang munasabah .
parameter untuk pemprosesan. Berbanding dengan pengisaran roda, kawasan sentuhan salutan pusing adalah lebih kecil, yang berkesan mengurangkan getaran, meningkatkan kualiti permukaan dan ketepatan dimensi salutan, dan memenuhi keperluan pembuatan.
Kesimpulan
04
Artikel ini menyediakan ulasan menyeluruh tentang teknologi pemesinan berprestasi tinggi dalam bidang aeroangkasa, yang menonjolkan peranan penting teknologi ini dalam pembuatan aeroangkasa. Menekankan kepentingan teknologi pemesinan berprestasi tinggi dalam meningkatkan kecekapan pengeluaran dan kualiti bahagian kritikal dan memastikan prestasi dalam keadaan yang melampau, dan kemudian memperkenalkan contoh aplikasi khusus untuk menunjukkan peranan teknologi ini dalam meningkatkan ketepatan pemesinan dan mengurangkan ubah bentuk dan getaran. kelebihan yang ketara. Walau bagaimanapun, dalam bidang aeroangkasa yang pesat membangun, teknologi pemprosesan berprestasi tinggi masih menghadapi pelbagai cabaran. Industri pembuatan aeroangkasa masa depan akan menumpukan pada penyepaduan teknologi inovatif seperti kembar digital dan pembuatan pintar, sambil memberi tumpuan kepada kelestarian alam sekitar dan menggalakkan pembangunan bahan dan proses yang lebih hijau. Teknologi yang lebih cekap, pintar dan mesra alam akan memacu kedatangan era baharu. .
