Na era atual, os rápidos avanços na ciência e tecnologia melhoraram significativamente a indústria da aviação. O motor aeroespacial, funcionando como unidade de potência para aeronaves, é o coração da aeronave. Sua tecnologia de design e fabricação desempenha um papel crucial no desenvolvimento da indústria da aviação, servindo como um indicador chave do nível tecnológico, força militar e capacidades nacionais gerais de um país. Os componentes de motores aeroespaciais, caracterizados por estruturas complexas, alta dificuldade de fabricação e conteúdo tecnológico avançado, representam a direção do desenvolvimento da indústria de manufatura, muitas vezes referida como uma joia deslumbrante no setor de manufatura. A tecnologia e os equipamentos de usinagem de controle numérico (CNC) originaram-se para atender às demandas da fabricação aeroespacial e, na busca contínua de usinagem de alta precisão, evoluíram para tecnologias fundamentais para a fabricação aeroespacial moderna. As indústrias de manufatura aeroespacial nacional e internacional são os maiores usuários de tecnologia CNC e máquinas-ferramentas CNC, com empresas de fabricação de máquinas-ferramenta CNC respondendo por mais de 80% em empresas de manufatura aeroespacial.
A fabricação de componentes de motores aeroespaciais envolve materiais desafiadores, formas complexas, suscetibilidade à deformação e vibração e requisitos de alta precisão. Representa as proezas da tecnologia de fabricação de um país e o nível de desenvolvimento da modernização da defesa nacional. Concentrando-se em componentes de motores aeroespaciais, como lâminas, impulsores, invólucros e eixos de disco, esta exploração analisa o material e as características estruturais, métodos e recursos de usinagem e equipamentos de usinagem desses componentes típicos. Ele resume os requisitos de usinagem de componentes de motores aeroespaciais para desempenho e funcionalidade de máquinas-ferramenta CNC e fornece uma visão sobre as tendências de desenvolvimento da tecnologia de fabricação de motores aeroespaciais.
As ferramentas de corte desempenham um papel crucial na abordagem dos desafios da usinagem de materiais difíceis e estruturas complexas em componentes aeroespaciais. Os produtos aeroespaciais avançados exigem componentes com desempenho superior, custos mais baixos e maior compatibilidade ambiental. Os processos de usinagem exigem velocidades mais rápidas, maior confiabilidade, alta precisão de repetibilidade e reprodutibilidade. Características como a dificuldade em cortar materiais da peça de trabalho, como ligas de titânio aeroespacial e ligas de alta temperatura, as formas complexas e de paredes finas, requisitos dimensionais de alta precisão, requisitos de rugosidade superficial, e grandes quantidades de remoção de metal, representam maiores demandas na consistência da qualidade das ferramentas de corte. A usinagem moderna de precisão de alta eficiência requer ferramentas de corte com características como alta precisão, alta resistência ao desgaste, alta resistência ao impacto e alta confiabilidade-essencialmente possuindo todas as características de ferramentas de alto desempenho.
Uma indicação clara de uma solução de ferramenta de alta qualidade é a compatibilidade da estrutura da ferramenta, do material e do material da peça usinada. Os renomados fabricantes de máquinas-ferramenta CNC globalmente não poupam esforços no desenvolvimento de máquinas-ferramentas CNC de alto desempenho, concentrando-se ainda mais em pesquisa e desenvolvimento relacionados à alta resposta dinâmica, alta precisão e alta rigidez. Alta rigidez e alta capacidade de suporte de carga das guias lineares garantem um movimento contínuo e suave durante todo o percurso, alcançando alta precisão geométrica e qualidade da superfície da peça de trabalho e garantindo alta eficiência de processamento. A alta rigidez da máquina-ferramenta reduz as vibrações no sistema de usinagem, estendendo a vida útil da ferramenta. As ferramentas de alto desempenho envolvem vários aspectos, incluindo material de ferramenta, tecnologia de revestimento de ferramentas, design e otimização da estrutura da ferramenta, tecnologia de correspondência de ferramentas e aplicação de ferramentas.
Usinagem de lâmina
As lâminas dos motores das aeronaves são geralmente feitas de materiais como ligas de titânio e ligas de alta temperatura. Esses materiais têm baixo desempenho de corte, requisitos de precisão dimensional rigorosos e altas demandas de qualidade da superfície. A usinagem de lâminas envolve várias áreas, incluindo a usinagem de superfície de aerofólio, usinagem de dentes de espigão e espigão, usinagem de plataforma de amortecimento, placa de instalação e usinagem de coroa de lâmina.
A complexidade da lâmina maO chining reside no fato de que a seção do aerofólio é composta de superfícies curvas complexas, categorizadas em superfícies em linha reta e superfícies não em linha reta com base em princípios de formação. As superfícies em linha reta se dividem ainda mais em expansíveis e não expansíveis. Para superfícies em linha reta expansíveis, técnicas convencionais de usinagem mecânica podem ser empregadas. No entanto, para superfícies de linha reta não expansíveis e superfícies de forma livre, são necessárias máquinas-ferramentas CNC de múltiplos eixos, como centros de usinagem ligados a cinco eixos e fresadoras de dragão de alta velocidade de cinco eixos.
O espigão raiz da lâmina é processado usando um torno e uma poderosa máquina de moagem com alimentação de mergulho. Este último possui a funcionalidade de substituição de roda, equipado com um dispositivo de cobertura de roda, e incorpora medição online, ajuste de programa e funções de compensação automática. A usinagem mecânica de lâminas envolve principalmente fresamento e retificação, normalmente utilizando equipamentos especializados, como fresadoras de lâmina de alta velocidade. O projeto auxiliado por computador (CAD) e o software de fabricação auxiliado por computador (CAM) geram programas de usinagem de lâmina para lâminas projetadas usando usinagem de lâmina dedicada. As superfícies da lâmina são geralmente forjadas com uma grande margem e são polidas após a usinagem de controle numérico. O processamento de corte é baseado principalmente em espaços em branco de forjamento, progredindo em processos de usinagem de acabamento, semi-acabamento e acabamento, fresando a peça em branco até suas dimensões finais.
A usinagem de lâminas tem sido consistentemente um assunto desafiador no campo de usinagem CNC, envolvendo questões complexas, como modelagem de lâmina, seleção de método de usinagem, planejamento de caminho de ferramenta e controle de deformação de lâmina. Dependendo do contato da ferramenta com a lâmina, a usinagem da lâmina pode usar métodos de fresagem pontual e lateral.
A fresagem pontual permite um processamento mais preciso da superfície projetada da lâmina, com a direção do movimento da ferramenta alinhando-se estreitamente com a direção aerodinâmica, beneficiando o desempenho aerodinâmico da lâmina. Este método é adequado para usinagem de lâmina de superfície de forma livre. No entanto, tem desvantagens como baixa eficiência de processamento, desgaste severo da ferramenta e aumento dos custos de produção. A fresagem lateral, por outro lado, evita concentrar o contato da ferramenta com a peça de trabalho em um único ponto, reduzindo o desgaste da ferramenta, melhorando significativamente a rugosidade da superfície da lâmina e aumentando a eficiência do processamento.
Na China, o método comumente usado é a fresagem lateral segmentada, dividindo a lâmina em vários segmentos com base em recursos de usinagem e requisitos de processo, e processando-os usando fresamento lateral. Inicialmente, o segmento mais externo é usinado com a borda lateral de uma ferramenta, seguido pelo movimento contínuo da ferramenta para processar segmentos adjacentes. Em teoria, quanto mais segmentos houver, menor será a linha de contato entre a lâmina e a ferramenta, levando a uma maior precisão de processamento. No entanto, os movimentos frequentes da ferramenta e a alteração dos métodos de fixação limitam a eficiência do processamento.
Processamento de componentes do disco-eixo
Os componentes do eixo do disco do motor aeroespacial incluem discos de turbina de alta e baixa pressão, bem como discos de compressor de alta e baixa pressão. A composição estrutural dos componentes do disco geralmente consiste em um aro, teia, cubo e dentes de vedação. Existem fendas de cauda de andorinha no aro para instalar lâminas, e a teia contém pequenos orifícios que contribuem para o balanceamento. Os componentes do disco são normalmente feitos de materiais como ligas de alta temperatura e ligas de titânio. Esses materiais são difíceis de processar, com requisitos rígidos de precisão dimensional, alta qualidade de superfície, suscetibilidade à deformação devido a paredes finas e demandas elevadas de equipamentos de usinagem, ferramentas e instrumentos de medição.
O processamento mecânico dos componentes do disco do motor aeroespacial envolve giro, perfuração, perfuração e moagem, com foco em áreas como os círculos internos e externos, faces dianteiras e traseiras, teia, serrilhas, e slots de cauda de andorinha. Geralmente, forjamento integral ou espaços em branco soldados são escolhidos e depois processados. A fresagem CNC fornece usinagem flexível, rápida e altamente confiável.
Como resultado, os países desenvolvidos costumam empregar centros de usinagem de 5 eixos para fresar conjuntos de discos inteiros. A chave para a usinagem CNC de discos integrais está na fresagem CNC de lâminas. Os componentes do eixo referem-se principalmente a eixos de ventilador, eixos de compressor, eixos de turbina, etc., componentes essenciais do rotor do motor aeroespacial. Esses componentes de eixo, normalmente feitos de materiais de liga resistentes ao calor de alto desempenho, operam em altas velocidades, girando dezenas de milhares de vezes por minuto. Eles eXperience condições de carga complexas, exigindo operação suave, vibração mínima, alta resistência à fadiga e, conseqüentemente, requisitos rigorosos para precisão dimensional, tolerâncias geométricas, qualidade da superfície e integridade.
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