Yüksek performanslı işleme teknolojisi, havacılık imalat endüstrisini daha yüksek üretim verimliliğine ve işleme kalitesine doğru yönlendiren, kritik havacılık parçalarının işlenmesinde önemli bir teknolojidir. Bu teknoloji, işleme sürecinin üretim verimliliğini ve işleme doğruluğunu artırarak, kritik havacılık parçalarının yüksek kalitede geliştirilmesi için teknik destek sağlar. Yüksek performanslı işleme teknolojisinin avantajları ve uygulama alanları tanıtılıyor ve yüksek hızlı işleme teknolojisi (HSM), çok eksenli bağlantı işleme teknolojisi, mikro işleme teknolojisi ve tipik Havacılık ve Uzay malzemeleri işleme. Aynı zamanda teknolojinin gelecekte karşılaşabileceği zorluklar ve gelişim eğilimleri de öngörülüyor.
Önsöz
01
Havacılık ve uzay imalat endüstrisi, yüksek performanslı işleme teknolojisinde ön sıralarda yer almaktadır ve mekanik parçaların, özellikle de yüksek sıcaklık ve yüksek basınç gibi zorlu koşullar altında kullanılanların performansı ve doğruluğu konusunda katı gereksinimlere sahiptir [1]. Bu parçaların imalatı, yüksek hızlı işleme, çok eksenli işleme, mikro işleme ve tipik havacılık ve uzay malzemelerinin işlenmesi gibi doğru ve güvenilir, yüksek performanslı işleme teknolojilerine dayanır. Bu teknolojiler sadece üretim verimliliğini artırmak ve maliyetleri düşürmekle kalmıyor, aynı zamanda parçaların kalitesini ve performansını da sağlıyor [2].
Havacılık alanında pervaneler, kanatlar, mahfazalar ve ince duvarlı parçalar gibi önemli parçalar genellikle karmaşık tasarımlara ve son derece yüksek hassasiyet gereksinimlerine sahip yüksek performanslı alaşımlardan yapılır [3]. Ayrıca bu parçalar, özellikle ince duvarlı parçalar, işleme sırasında deformasyona yatkın olduğundan, bu kritik parçaların imalatında yüksek performanslı işleme teknolojisi çok önemlidir. Bu teknolojiler yalnızca işlenmesi zor malzemeleri işlemekle kalmaz, aynı zamanda aşırı çalışma ortamları ve karmaşık tasarım gereksinimleri altında ürün kalitesi ve performansını da garanti altına alırken, özellikle pervane, kanat ve muhafaza üretiminde mikrondan nano ölçeğe kadar işleme doğruluğu [4] elde eder. Kritik ve ağır eşyalar açısından önemli avantajlar ortaya koymuştur.
Özetle, yüksek performanslı işleme teknolojisinin havacılık ve uzay alanında uygulanması yalnızca üretim verimliliğini ve ürün kalitesini artırmakla kalmıyor, aynı zamanda yeni malzemelerin ve yenilikçi tasarımların geliştirilmesini de teşvik ediyor. Bu, havacılık ve uzay imalat endüstrisinin katı standartlarını ve karmaşık üretim gereksinimlerini karşılamak için kritik öneme sahiptir.
Yüksek performanslı teknik işleme anlamı
02
Yüksek performanslı işleme teknolojisi, malzeme işleme verimliliğini artırmayı amaçlayan, yüksek hızlı işleme teknolojisi (HSM), çok eksenli bağlantı işleme teknolojisi, mikro işleme teknolojisi ve işlenmesi zor malzeme teknolojisi gibi temel unsurları birleştiren bir mühendislik teknolojisidir. , doğruluk ve performans. Çerçeve Şekil 1'de gösterilmektedir. Havacılık ve uzay alanında bu teknolojiler, karmaşıklık ve güvenilirlik gereklilikleriyle başa çıkmak için yüksek talep gören parçaların imalatında kullanılmakta ve bu alandaki imalat teknolojisinin sürekli ilerlemesine yol açmaktadır.
Şekil 1 Yüksek performanslı işleme teknolojisi çerçevesi
2.1 Yüksek hızlı işleme teknolojisi
Havacılık sektöründeki yüksek hızlı işleme teknolojisi, hassas ve karmaşık parçaların üretilmesinde önemli bir rol oynamaktadır. Talaş kaldırma oranını artırarak ve işleme yolunu optimize ederek üretim döngüsünü kısaltır ve parçaların yüzey kalitesini artırır. Yüksek hızlı frezelemede, dışbükey ve içbükey yüzeylerdeki karmaşık yapıları ve beş eksenli CNC freze makinelerini işlemek için yekpare ve indekslenebilir küresel uçlu parmak frezeler kullanılır. Frezeleme işlemleri, teknolojinin çeşitliliğini ve karmaşıklığını yansıtan Şekil 2'de gösterilmektedir [4].
resim
a) Dışbükey yüzeyin frezelenmesi b) İçbükey yüzeyin frezelenmesi
resim
c) Karmaşık yapıların frezelenmesi
Şekil 2 Farklı çalışma koşullarında frezeleme işlemi [4]
Spesifik malzeme olan TC4 titanyum alaşımı için Wang Sheng ve ark. [5] PCD takımlarının frezeleme parametrelerini optimize ederek işleme verimliliği ve yüzey kalitesinde önemli gelişmeler elde etti. LUIS ve arkadaşlarının araştırması. [6] karmaşık yüzey frezelemede maksimum radyal derinliğin, ilerleme miktarının ve aşağı doğru kesme stratejisinin yüzey kalitesini ve üretkenliği artırmak için çok önemli olduğunu buldu. VOGEL ve ark. [7] dahili parçacık doldurma yapısına sahip gelişmiş bir takım tutucu geliştirdi. Takım tutucu, Şekil 3'te gösterildiği gibi Monfort Company'de tornalama açısından test edilmiştir. Titanyum alaşımının işlenmesi sırasında titreşimin azaltılmasıyla, işleme verimliliği ve takım tutucusu iyileştirilmiştir. hayat.
resim
a) Test kurulumu
resim
b) Takım sapı yapısı
Şekil 3 Dolu takım tutucu test kurulumu ve takım tutucu yapısı [7]
Ayrıca Mastercam, UnigraphicsNX ve CATIA gibi gelişmiş CAM sistemlerinin uygulanması, işleme için çeşitli takım yolu stratejileri sağlar [8]. HASCOET ve RAUCH [9], yüksek hızlı işlemenin kalitesini ve verimliliğini daha da artırmak için OpenNC kontrol cihazını ve NURBS takım yolu enterpolasyonunu kullanarak havacılık ve uzay imalat endüstrisine önemli ilerlemeler sağladı.
2.2 Çok eksenli bağlantı işleme teknolojisi
Havacılık endüstrisinde, çok eksenli bağlantı işleme teknolojisi, özellikle dört eksenli ve beş eksenli CNC takım tezgahlarının uygulanması, önemli parçaların üretim verimliliğini ve kalitesini önemli ölçüde artırdı ve önemli yenilikler getirdi.
Spesifik uygulama araştırması açısından FAN ve ark. [10] özellikle santrifüj çarklar için beş eksenli bir işleme yöntemi geliştirdi. Bu yöntem, pervaneyi farklı alanlara böler ve doğru ve verimli frezeleme elde etmek için takım yolunu optimize eder. MHAMDI ve ark. [11], uçak motoru kanatları Ti-6Al-4V'nin çok eksenli frezelenmesi için dinamik bir model geliştirerek kanat üretiminde daha iyi doğruluk ve yüzey kalitesi elde etti ve karmaşık şekil ve malzeme zorluklarını çözdü. Chen Kaihang [12] pervanelerin beş eksenli bağlantılı CNC işlemesi için işleme kalitesini ve verimliliğini etkili bir şekilde artıran ve projenin gerçek ihtiyaçlarını karşılayan yarı gerçek zamanlı bir hız planlama yöntemi geliştirdi. Yarı açık entegre pervaneyi örnek alarak, çok eksenli bağlantı işleme sahası ve örnekleri Şekil 4'te gösterilmektedir.
resim
a) Pervane bitirme işlemi
resim
b) Yarı açık entegre çark
Şekil 4: Çok eksenli bağlantı işleme sahası ve örnek parçalar
Ayrıca Wenhao ve ark. [13], çok eksenli CNC kesmenin verimliliğini ve doğruluğunu artırmak amacıyla ızgara yüzeyi işleme için takım eksen vektörleri oluşturmak için yeni bir yöntem geliştirdi. Wang Bo ve diğerleri. [14] çok eksenli bilyalı uçlu frezelemede kesme kenarının mikro eleman yörüngesini modellemek için bir yöntem geliştirdi. Frezeleme kuvvetlerini doğru bir şekilde tahmin etmek için takımın geometrik özelliklerini entegre eden dinamik bir model oluşturdular.
Çok eksenli bağlantı işleme teknolojisi, havacılık alanında giderek daha yaygın bir şekilde kullanılmaktadır ve üretim verimliliği ve üretim kalitesindeki iyileşme göz ardı edilemez. Bu teknolojinin geliştirilmesi ve uygulanması, gelecekte havacılık ve uzay imalat sanayinde daha fazla yenilik için yeni bir yol açmıştır.
2.3 Mikro işleme teknolojisi
Havacılık alanında mikro işleme teknolojileri, özellikle mikro frezeleme, mikro elektrik deşarjlı işleme, lazer mikro işleme ve ultrasonik işleme hayati bir rol oynamaktadır. Bu teknolojiler, karmaşık şekillere ve yüksek hassasiyet gereksinimlerine sahip mikroskobik bileşenlerin üretiminde önemli bir rol oynamaktadır.
Mikro frezeleme teknolojisi, yüksek hassasiyete ve karmaşık geometrilere sahip mikro bileşenlerin üretiminde avantajlar göstermektedir. Tian Lu ve diğerleri. [15] minimum kesme kalınlığı ve kesme kuvvetinin optimizasyonunda ilerleme kaydederken, LI ve ark. [16] mikro frezeleme takımları için yeni bir mikro-nano kompozit seramik takım malzemesi Ti(C, N)/WC geliştirdi. /ZrO2, kesici takımların bükülme mukavemetini, tokluğunu ve sertliğini etkili bir şekilde artırır. Ayrıca Zhang Xinxin ve ark. [17], titanyum alaşımı ve paslanmaz çelik gibi sert malzemelerin yüksek hızlı mikro frezeleme kesme parametrelerini optimize ederek, işlenmesi zor bu malzemelerin yüzey kalitesini ve işleme verimliliğini arttırdı.
Mikro elektrik deşarjlı işleme alanında, Tagawa [18], mikro elektrik deşarjlı işlemenin Ti-6Al-4V titanyum alaşımının işleme verimliliğini ve yüzey kalitesini iyileştirmedeki etkisini doğruladı. LIN ve ark. [19] Inconel 718'in mikro frezeleme EDM'sini Taguchi yöntemiyle optimize ederek elektrot aşınması, malzeme kaldırma hızı ve çalışma aralığı arasında bir denge sağlayarak kesme verimliliğini artırdı. HUU ve ark. [20] titanyum alaşımlarının işleme verimliliğini artırmak için karbon kaplı elektrotlar kullanmış ve sert malzemelerde temassız işleme potansiyelini ortaya koymuştur. GARZON ve ark. [21] işleme sürecinin daha doğru izlenmesini sağlayan mikro-EDM'deki kuvvet ölçüm teknolojisine odaklanmaktadır. Sarix sx200 takım tezgahında bu cihaz için oluşturulan ve optimize edilen birleşik işleme platformu Şekil 5'te gösterilmektedir.
resim
Şekil 5 Kombine işleme tezgahı: mikro frezeleme + mikro EDM [21]
Lazer mikro işleme teknolojisinin gelişimi, çeşitli malzemelerin yerel işleme performansını önemli ölçüde artırdı. CHAVOSHI'nin [22] araştırmasında gösterildiği gibi, çeşitli malzemelerin yüksek enerjili lazer ışınlarıyla yerel olarak işlenmesi, işleme performansını arttırdı. Xiao Qiang ve diğerleri. [23] femtosaniye lazer işleme kullanarak mikro-nano yapıları başarıyla ürettiler. SUN ve ark. [24], lazer katkılı üretimle üretilen Ti-6Al-4V'deki boşluk kusurlarını tespit etmek için µCT'yi kullandı ve bu, havacılıkta kalite güvencesi için önemli bilgiler sağladı.
Aynı zamanda ultrasonik işleme teknolojisi de önemli ilerlemeler kaydetmiştir. Peng Zhenlong ve arkadaşları tarafından geliştirilen yüksek hızlı ultrasonik dalga kesme teknolojisi. [25] işlenmesi zor malzemelerin kesme hızını ve verimliliğini artırırken, ZHAO ve ark. [26], tek bir CBN tane öğütme testi gerçekleştirmek için iş parçası titreşimine dayalı, kendi geliştirdiği bir RUVAG cihazını kullandı. radyal ultrasonik titreşim ile CBN tanelerinin malzeme kaldırma mekanizmasını ve aşınma performansını ortaya çıkarmayı amaçlamaktadır. LIU ve diğerleri tarafından önerilen ultrasonik destekli gagalama delme (UPD) yöntemi. [27] CFRP/Ti laminat malzemelerin delme verimliliğini ve kalitesini etkili bir şekilde geliştirdi.
Mikro işleme kesme teknolojilerinin kapsamlı uygulaması yalnızca benzersiz avantajlarını göstermekle kalmıyor, aynı zamanda yüksek hassasiyet ve karmaşık tasarımlara sahip mikro bileşenlerin üretiminde de büyük potansiyel gösteriyor. Mikro kesme teknolojisi gelişmeye devam ettikçe, havacılık ve diğer hassas imalat endüstrilerindeki ilerlemeyi desteklemeye devam edecektir.
2.4 Tipik havacılıkta işlenmesi zor malzemeler
Havacılık endüstrisinde, titanyum alaşımları, alüminyum alaşımları ve karbon fiber kompozitler gibi genellikle işlenmesi zor malzemeler için hassas işleme teknolojileri üzerine araştırmalar çok önemlidir. Bu malzemeler, mükemmel mekanik dayanımları ve korozyon dirençleri nedeniyle kritik havacılık parçalarının üretiminde önemli bir rol oynar, ancak aynı zamanda işleme zorluklarını da beraberinde getirir.
Titanyum alaşımı işleme alanında Tian Rongxin ve ark. [28] TC11 titanyum alaşımının yüksek hızda frezelenmesi için bir proses parametresi optimizasyon yöntemi önerdiler. Liu Peng ve diğerleri. [29] TA15 titanyum alaşımının PCD takımlarıyla yüksek hızda frezelenmesinde kesme kuvvetini optimize etmek için bir matematiksel model geliştirdiler ve etkinliğini doğruladılar. HOURMAND ve ark. [30] kaplamalı tungsten karbür (WC veya WC/Co) takımların aşınma, pürüzsüzlük, ömür ve sürtünme açısından kaplamasız takımlara göre daha iyi performans gösterdiğini bulmuşlardır. EZUGWU ve ark. [31] araştırma sonucunda, TC4'ün yüksek hızda hassas tornalanması için PCD takımları kullanıldığında, yüksek basınçlı kesme sıvısının yüzey pürüzsüzlüğünü ve takım ömrünü önemli ölçüde artırabildiğini ve fiziksel hasarı azaltabildiğini buldu. Ayrıca Yao Jun ve ark. [32] titreşimli elektrolitik kesme teknolojisini uygulayarak TB6 titanyum alaşımının işleme verimliliğini etkili bir şekilde artırdı ve maliyetlerini düşürdü.
Alüminyum alaşımı işleme açısından DONG ve ark. [33] hassas işlemede elmas takımların aşınmasını incelemeye odaklanarak takım boşluğu ve ilerleme hızının etkisini vurguladılar. WANG ve ark. [34], 7050-T7451 alüminyum alaşımının kesme işlemini inceledi ve daha büyük eğim açılarının ve daha kalın talaşların enerji tüketimini önemli ölçüde azaltabildiğini, böylece daha verimli ve çevre dostu üretim elde edilebildiğini gösterdi. Ayrıca JAROSZ ve ark. [35] AL-6061-T6 alüminyum alaşımı işlem süresini önemli ölçüde azalttı (yaklaşık %37) ve CNC yüzey frezeleme parametrelerini optimize ederek işleme verimliliğini artırdı.
Ek olarak, havacılık ve uzay karbon fiber malzeme işleme için WU ve ark. [36], karbon fiber takviyeli plastikler (CFRP) için kesme verimliliğini ve kalitesini artıran çok kristalli elmas kesici takımlar geliştirdi. ZHANG ve diğerleri tarafından geliştirilen stokastik model. [37], fiber takviyeli kompozit malzemelerin frezelenmesinde kesme kuvvetini doğru bir şekilde tahmin edebilmektedir; bu, kompozit malzemelerin işleme doğruluğunu ve verimliliğini artırmak için büyük önem taşımaktadır. WU ve ark. [38] sondaj problemini çözmek ve işleme kalitesini artırmak amacıyla simülasyon analizi yapmak için sonlu eleman modellerini ve Deform 3D yazılımını kullandı.
Özetlemek gerekirse, havacılık alanında, tipik işlenmesi zor malzemelerin işleme teknolojisi, kritik havacılık parçalarının yüksek performanslı üretimine ulaşmanın anahtarıdır. Bu kesme teknolojilerinin geliştirilmesi, yalnızca işleme verimliliğini ve doğruluğunu artırmakla kalmaz, aynı zamanda işlenmesi zor diğer malzemelerin kesilmesi, işlenmesi ve şekillendirilmesi için yeni olanaklar da açar.
Yüksek performanslı teknoloji işleme uygulama durumları
03
3.1 Pervane kanatlarının çok eksenli işlenmesi
Bir havacılık entegre pervanesinin beş eksenli işlenmesini örnek olarak alarak, entegre pervane kanatlarının karmaşık yüzey geometrisinin frezeleme yöntemi önceden dikkate alınır ve nokta frezeleme yöntemi ve yan frezeleme yöntemi kullanılır. Ardından, aşırı kesme ve alttan kesmeyi önlemek için bitişik bıçakların ince talaşı sırasında kesici takım seçimini düşünün ve konik saplı bir frezeleme takımı seçin ve bunu analiz için CAD'in mesafe analizi fonksiyonuyla birleştirin. Daha sonra takım konumu yörüngesi, PowerMill yazılımının "blisk" modu aracılığıyla tasarlanır. Son olarak, beş eksenli işlemenin güvenliğini ve güvenilirliğini sağlamak amacıyla, işlemenin güvenli ve güvenilir olmasını ve boyut ve doğruluk gereksinimlerini karşıladığından emin olmak için genel pervane işlemeyi simüle etmek üzere VERICUT simülasyon yazılımı kullanılır [39]. Başlıca konular ve yöntemler aşağıda özetlenmiştir.
1) Genel pervane işleme verimliliğinin ve doğruluğunun sağlanması, işleme teknolojisinin anahtarıdır. Frezeleme işleminde nokta frezeleme yöntemi ve yan frezeleme yöntemi kullanılır ve bıçağın kavisli yüzeyi, nokta teması ve çizgi teması yoluyla bıçak düzeneği yönü boyunca adım adım işlenir. Bu işleme yöntemini kullanmak, işleme verimliliğini ve yüzey kalitesini garanti eder.
2) Bitişik bıçakların ince talaş işlemesi sırasında takımın fazla kesmesini veya alttan kesmesini önlemek için, bıçakların minimum aralığını belirlemek üzere konik saplı parmak freze ve CAD yazılımının analizini birleştirin, işleme toleransını ve kesici eksenin dönüş açısını ayırın, Bu sadece işleme verimliliğini artırmakla kalmaz, aynı zamanda takım sertliğini de artırır.
3) Takım yolunun makul tasarımı çok eksenli işlemede en önemli adımdır. Parametrelendirilmiş ayarlar ve strateji tasarımı aracılığıyla yardımcı yüzeyler oluşturmak için PowerMill yazılımının "blisk" modülünü kullanın ve etkili ve makul takım konumu yörüngelerini formüle etmek için çarpışma ve aşırı kesme denetimleri gerçekleştirin ve sonraki fiili işlemlerde iyi sonuçlar elde edin.
4) Beş eksenli işlemenin güvenliğini ve güvenilirliğini sağlamak amacıyla, gerçek işleme ortamını ve proses takımlarını simüle etmek için VERICUT simülasyon yazılımı kullanılır ve CNC programındaki takım yörüngesi ile birleştirildiğinde, genel pervaneyi işlemenin fizibilitesi şu şekilde belirlenir: doğrulandı.
3.2 Motor gövdesinin yüksek sertlikte ince duvarlı halka parçalarının işlenmesi
Uçak motoru gövdesine ait ince cidarlı özel şekilli yapı montaj halkasının işlenmesi sırasında oluşabilecek deformasyon, titreşim ve yüzey kalitesi sorunları göz önünde bulundurularak deformasyonun önlenmesi için bir takım önlemler alınmıştır. İlk olarak, işleme stresini önceden ortadan kaldırmak için kaba frezeleme işlemi eklenir. İkinci olarak, parça deformasyonunu etkili bir şekilde önlemek için elastik diyafram yapısı genişletme takımları ve sikloidal tornalama işleme yöntemi kullanılır. Son olarak, kaplamanın yüzey kalitesini ve boyutunu sağlamak için taşlama yerine tornalama kullanılır, böylece işlemedeki önemli sorunlar çözülür [40]. Başlıca konular ve yöntemler aşağıda özetlenmiştir.
1) Sonraki işlemler sırasında stresi ve deformasyonu azaltmak ve tüm üretim sürecinin verimliliğini ve kalitesini artırmak çok önemlidir. İşleme stresini ortadan kaldırmak ve deformasyonu azaltmak için uç yüzdeki fazla malzeme kaba frezeleme işlemiyle çıkarılır ve aynı zamanda son işlem için gerekli marj bırakılır. Bu işlem yalnızca işleme verimliliğini arttırmakla kalmaz, aynı zamanda gerilim giderme tavlaması yoluyla iç gerilimi de azaltır ve parçaların doğruluğunu ve kalitesini garanti eder.
2) İşleme sırasında parçaların ciddi deformasyon sorununu çözmek için. Özel takımların tasarlanması ve verimli tornalama teknolojisinin benimsenmesiyle (bkz. Şekil 6), işleme sırasındaki deformasyon etkili bir şekilde kontrol edilerek işleme doğruluğu ve parça kalitesi sağlanır. Bu yöntem, kaplamanın yüzey kalitesini ve boyutunu sağlarken işleme verimliliğini artırabilen ve takım aşınmasını azaltabilen benzer yüksek sertlikte ince duvarlı özel şekilli parçaların işlenmesi için uygundur.
resim
a) Elastik sıkıştırma yapısı kelepçesi
resim
b) Trokoidal dönme diyagramı
Şekil 6: Fikstür ve sikloid tornalama [40]
3) Taşlama işleminin, kaplama yüzeyinde titreşim izlerine neden olan ve yüzey pürüzlülüğü gerekliliklerinin karşılanmasını zorlaştıran büyük titreşimler üretmesi sorununu çözmek için, bunun yerine özel tornalama takımları ve makul işlemler kullanılarak tornalama işlemi benimsenir. .
işleme için parametreler. Tekerlek taşlama ile karşılaştırıldığında, torna kaplamanın temas alanı daha küçüktür, bu da titreşimi etkili bir şekilde azaltır, kaplamanın yüzey kalitesini ve boyutsal doğruluğunu artırır ve üretim gereksinimlerini karşılar.
Çözüm
04
Bu makale, havacılık ve uzay alanındaki yüksek performanslı işleme teknolojilerinin kapsamlı bir incelemesini sunmakta ve bu teknolojilerin havacılık ve uzay imalatındaki önemli rolünü vurgulamaktadır. Kritik parçaların üretim verimliliğini ve kalitesini artırmada ve aşırı koşullar altında performans sağlamada yüksek performanslı işleme teknolojisinin önemini vurguladı ve ardından bu teknolojilerin işleme doğruluğunu artırma ve deformasyon ve titreşimi azaltmadaki rolünü göstermek için özel uygulama örnekleri sundu. önemli avantajlar. Ancak hızla gelişen havacılık ve uzay alanında yüksek performanslı işleme teknolojisi hala birçok zorlukla karşı karşıyadır. Geleceğin havacılık ve uzay imalat endüstrisi, dijital ikizler ve akıllı üretim gibi yenilikçi teknolojilerin entegrasyonuna odaklanırken, çevresel sürdürülebilirliğe odaklanacak ve daha yeşil malzeme ve süreçlerin geliştirilmesini teşvik edecek. Daha verimli, akıllı ve çevre dostu teknolojiler yeni bir çağın başlangıcını destekleyecektir. .
