Prima che il pezzo grezzo venga progettato e prodotto, l'ingegnere strutturale comunica completamente con gli ingegneri dei processi a freddo e a caldo per determinare la forma ottimale del pezzo grezzo, ottenere una formatura quasi-netta in aree locali, migliorare l'utilizzo del materiale, ridurre i sovrametalli di lavorazione e abbreviare il ciclo di lavorazione. Le comuni tecnologie di produzione di formatura di precisione del grezzo includono principalmente i seguenti 5 tipi.
Fusione di precisione
Un metodo di lavorazione che riscalda e fonde il metallo solido, lo versa in un guscio di stampo e lo solidifica in un pezzo grezzo di colata. Attualmente, la tecnologia della fusione di precisione è ampiamente utilizzata nelle pale delle turbine e le superfici del percorso del flusso sono tutte fusioni a residuo zero- e il profilo della superficie del percorso del flusso è di ±0,2 mm.
Colata in sabbia
Forgiatura di precisione
Metodo di lavorazione che esercita una pressione su una pressa per provocare la deformazione plastica della materia prima nello stampo, ottenendo così una forgiatura di precisione con poco o addirittura nessun margine. Questo processo è stato ampiamente utilizzato sulle pale dei compressori, poiché può migliorare l'utilizzo del materiale e ridurre o eliminare la lavorazione. Attualmente, il corpo della lama forgiata di precisione adotta una forgiatura con residui pari a zero- e il tasso di utilizzo del materiale raggiunge l'80%.
Filatura di precisione
Un metodo di lavorazione che trasforma un foglio o un pezzo grezzo anulare preformato in un corpo rotante cavo a pareti sottili- mediante rotazione ad alta-velocità e applicando una certa pressione. Attualmente è ampiamente utilizzato in parti quali carenature, coni di camere di combustione e involucri di compressori. Attualmente, la filatura a caldo può raggiungere un controllo del margine di 1-2 mm, mentre la filatura a freddo può raggiungere un controllo del margine di ±0,2 mm.
Metallurgia delle polveri
Una tecnologia di processo che utilizza polvere metallica (o una miscela di polvere metallica e polvere non-metallica) per realizzare materiali e prodotti attraverso processi di sinterizzazione e stampaggio. Questo processo viene utilizzato principalmente nel campo dei motori aeronautici per produrre parti rotanti come i dischi delle turbine che resistono alle alte temperature e ai carichi elevati.
Diagramma di flusso della metallurgia delle polveri
Prototipazione rapida
La scomposizione di parti tri-dimensionali complesse in più strati di strutture semplici bi-dimensionali e la ricostruzione di parti tri-dimensionali complesse mediante la produzione di strutture bidimensionali semplici- è un processo da "complesso" a "semplice" e quindi a "complesso". L'ugello del carburante con una struttura relativamente complessa nella camera di combustione del motore utilizza la tecnologia di prototipazione rapida.
2. Tecnologia di elaborazione speciale
La lavorazione speciale (a volte chiamata anche lavorazione non-tradizionale) si riferisce al processo che non richiede uno strumento più duro del pezzo in lavorazione, né richiede l'applicazione di una forza meccanica evidente. Utilizza invece direttamente l'energia elettrica, l'energia termica, l'energia chimica, l'energia luminosa o una combinazione di esse per rimuovere il materiale del pezzo o modificarne le prestazioni per raggiungere i requisiti richiesti di forma, dimensione e qualità della superficie. Attualmente vengono comunemente utilizzate le seguenti 6 tecnologie di lavorazione speciali.
Lavorazione per elettroerosione
Lavorazione speciale che controlla la rimozione del materiale del pezzo e deforma il materiale e ne modifica le prestazioni attraverso la scarica tra il pezzo e l'elettrodo dell'utensile. Attualmente, i fori del film d'aria sulle pale della guida della turbina vengono per lo più lavorati mediante formatura di piccoli fori a elettroscintilla e anche i segmenti a forma di ventaglio delle pale dello statore del compressore vengono lavorati mediante taglio di filo a elettroscintilla.
Diagramma schematico della lavorazione elettroscintilla
Lavorazione elettrochimica
Lavorazione speciale che rimuove materiale dal pezzo attraverso reazioni elettrochimiche. Alcuni materiali difficili-da-lavorare, come le pale integrali-in lega ad alta temperatura, sono difficili da ottenere attraverso la lavorazione tradizionale e possono essere lavorati utilizzando la tecnologia di lavorazione elettrolitica.
Elaborazione di raggi ad alta-energia
Utilizza raggi laser, raggi elettronici o ionici ad alta-energia-densità per rimuovere o collegare i materiali del pezzo da lavorare. La lavorazione del raggio laser può essere utilizzata principalmente per foratura, taglio, saldatura e marcatura. La perforazione laser a femtosecondi è uno dei metodi per la lavorazione dei fori del film d'aria sulle pale delle turbine.
Flusso abrasivo
Utilizza un mezzo abrasivo viscoelastico semi-fluido contenente abrasivi per forzarlo a fluire sulla superficie lavorata sotto una certa pressione e rimuovere i microscopici materiali irregolari sulla superficie del pezzo mediante l'azione raschiante delle particelle abrasive, raggiungendo così lo scopo di lucidatura o sbavatura della superficie. La tecnologia del flusso abrasivo è stata applicata alle lame chiuse integrali.
Diagramma schematico della lavorazione del flusso abrasivo
Finitura a vibrazione
Mettere il pezzo in lavorazione, l'abrasivo, l'acqua e gli additivi chimici in un contenitore secondo una determinata formula. Basandosi sulla vibrazione regolare del contenitore, l'abrasivo e il pezzo in lavorazione producono movimento relativo e attrito reciproco, levigano le bave che sporgono dalla superficie e dalla periferia del pezzo in lavorazione, arrotondano gli spigoli vivi del pezzo in lavorazione e lucidano la superficie. Si tratta di un'efficiente tecnologia di finitura superficiale, ampiamente utilizzata su parti con elevata resistenza alla fatica.
Lavorazione con getto d'acqua abrasivo
Utilizzando un flusso d'acqua ad alta-velocità come vettore, un flusso abrasivo concentrato e ad alta-velocità viene spinto a colpire la superficie da lavorare, realizzando un processo di rimozione regolare e controllabile del materiale. Grazie alle sue caratteristiche di assenza di deformazione termica da taglio, capacità di tagliare qualsiasi materiale, elevata flessibilità nella direzione di taglio e forza di taglio molto ridotta, è ampiamente utilizzato su materiali difficili da-lavorare-come ceramica e materiali compositi rinforzati.
3. Tecnologia di saldatura avanzata
La saldatura è un processo efficiente e di alta-qualità per collegare materiali metallici. Appartiene alla tecnologia di processo di produzione strutturale avanzata a basso-costo ed è anche una delle tecnologie di lavorazione più utilizzate nell'industria manifatturiera avanzata. Le tecnologie di saldatura comunemente utilizzate includono principalmente i seguenti 4 tipi.
Saldatura a fascio di elettroni
Un processo che utilizza fasci di elettroni ad alta-velocità e ad alta-densità di energia come fonti di calore per la saldatura. Ha le caratteristiche di ampio rapporto d'aspetto, piccola deformazione residua della saldatura, controllo preciso e facile dei parametri del processo di saldatura, saldature pure in un ambiente sotto vuoto, buona ripetibilità e stabilità. Questi vantaggi sono difficili da eguagliare con altri metodi di saldatura per fusione, quindi è ampiamente utilizzato nella saldatura di strutture importanti come il rotore integrale, l'involucro e l'albero del motore.
Saldatura a fascio di elettroni
Saldatura per attrito per inerzia
Un tipo di saldatura in fase solida che genera calore attraverso l'attrito tra i materiali da saldare e fa sì che i materiali subiscano una deformazione plastica e scorrano sotto l'azione della forza di ribaltamento, ottenendo così la connessione del materiale. Presenta i vantaggi di una buona qualità del giunto di saldatura, di un'elevata precisione dimensionale e di un buon effetto di connessione di materiali diversi. È diventato il principale processo di saldatura per collegare i dischi delle ventole dei motori aeronautici, i gruppi rotori dei compressori ad alta-pressione e i gruppi degli alberi dei dischi delle turbine ad alta-pressione.
Brasatura
Un metodo per riscaldare i materiali da saldare a una temperatura inferiore al punto di fusione del materiale principale e superiore al punto di fusione del materiale per brasatura e riempire lo spazio vuoto con materiale per brasatura liquido per ottenere la connessione. Ha le caratteristiche di un minore impatto sulle proprietà e sulla struttura del materiale madre e di una minore deformazione della saldatura. È adatto per una varietà di materiali e strutture, tra cui strutture di tenuta a nido d'ape di motori aeronautici, pale di turbine, pale di compressori e componenti di camere di combustione. Per alcuni componenti complessi, la brasatura è l'unico metodo di connessione fattibile.
Diagramma di brasatura
Saldatura ad arco di argon
Sotto la protezione del gas inerte, l'arco generato tra l'elettrodo e i materiali da saldare viene utilizzato per fondere i materiali da saldare e il materiale d'apporto, ottenendo così la connessione. Presenta grandi vantaggi in termini di portabilità e costi ed è ampiamente utilizzato nella saldatura di involucri di motori e camere di combustione.
4. Tecnologia di trattamento superficiale
Per migliorare lo stato superficiale delle parti, soddisfare i requisiti funzionali speciali delle parti come resistenza alla corrosione, resistenza all'usura, resistenza all'ossidazione e resistenza alle alte temperature e migliorare la durata delle parti, è necessario eseguire un trattamento superficiale sulle parti. Le tecnologie di trattamento superficiale comunemente utilizzate nei motori aeronautici comprendono principalmente il trattamento chimico, il rinforzo superficiale e la tecnologia di rivestimento.
Trattamento chimico
Un processo di modifica della superficie che migliora lo stato superficiale dei materiali attraverso metodi di trattamento chimico come corrosione, galvanica, anodizzazione e pulizia chimica.
Spruzzatura al plasma
Rafforzamento della superficie
Attraverso la deformazione plastica dello strato superficiale, si forma un'elevata tensione residua sulla superficie della parte per aumentare il processo di "deformazione a freddo" della concentrazione della tensione superficiale. Utilizzato principalmente per la pallinatura della superficie della lama integrale.
Rivestimento
A seconda dei diversi usi, può essere suddiviso in rivestimenti sigillanti, resistenti all'usura-, barriera termica e altri rivestimenti. Tra questi, i rivestimenti sigillanti possono essere utilizzati per i componenti dell'involucro, i rivestimenti-resistenti all'usura possono essere utilizzati per le parti dell'albero e i rivestimenti a barriera termica possono essere utilizzati per le pale delle turbine.
Si può dire che le parti dei motori degli aerei siano piuttosto "sofferenze". Solo per le pale delle turbine, la temperatura operativa può raggiungere i 1700 gradi -, una temperatura che è quasi 150 gradi più alta del punto di fusione del ferro!
Per rendere queste parti "sane", i ricercatori devono utilizzare "telescopi" per concentrarsi sull'avanguardia della tecnologia. Allo stesso tempo, devono anche utilizzare "microscopi" per esplorare i dettagli tecnici e sforzarsi di adattare meglio la tecnologia alle esigenze. Nel viaggio del "getto del cuore", la ricerca dell'arte "materiale" superiore da parte del popolo Shangfa non finirà mai!
