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航發(fā)葉片柔性制造：“磨”力無邊，配合無間

2024-08-24 14:03:26來源：United Grinding 優(yōu)耐特磨削機械 閱讀量：116 評論

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　　大家都知道航空發(fā)動機是飛機的核心，其中各類葉片則是“核心中的核心”。
 
　　航空發(fā)動機的葉片部件，對加工精度和精度一致性要求極高，而磨床設備作為機械部件精密加工的重要手段，對航空發(fā)動機質(zhì)量至關重要。
 
　　那么，航發(fā)葉片的磨削有哪些難點呢？
 
　　對磨削機床提出了哪些挑戰(zhàn)呢？
 
　　聚焦：航發(fā)葉片加工難點與挑戰(zhàn)
 
　　航空發(fā)動機葉片結(jié)構(gòu)復雜，加之精度和質(zhì)量要求極高，給磨削加工帶來了不小的挑戰(zhàn)。
 
　　? 磨削難點?
 
　　? 航空發(fā)動機葉片外形復雜，普通或通用磨床難以滿足；
 
　　? 精度和形位公差要求極高；
 
　　? 裝配精度要求極高，為避免在高速旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生震動和共振，磨削設備必須具備極高的加工一致性；
 

 

　　以渦輪葉片為例，如圖所示。通過渦輪葉片葉根部分的樅樹形榫卯結(jié)構(gòu)裝配到發(fā)動機風扇盤上。連接處有細小縫隙，但是由于渦輪葉片磨削精度和形位公差極高，在高速旋轉(zhuǎn)時仍能保證穩(wěn)定性，同一級葉片的葉尖高度幾乎一致。
 
　　? 同一臺航空發(fā)動機需要裝備的部件多樣，要求磨削設備具有極高的生產(chǎn)柔性；
 
　　? 葉片價格昂貴，要求磨削設備具有非常高的生產(chǎn)穩(wěn)定性和產(chǎn)品合格率。
 
　　? 工藝要求?
 
　　? 需配備專業(yè)的磨削應用軟件系統(tǒng)，且操作簡便，以降低成本和提高效率；
 
　　? 磨削設備能夠自由連接自動化單元和其他設備，實現(xiàn)無人生產(chǎn)；
 
　　? 磨削設備要具備一定的智能生產(chǎn)能力，符合工業(yè)4.0要求；
 
　　? 具備更新磨削工藝的能力，以適應未來發(fā)展和特殊材料、特殊工件加工需求。
 
　　接下來我們一起看看，
 
　　航發(fā)葉片究竟是怎么磨削的？
 
　　解析：航空發(fā)動機葉片常用磨削方式
 
　　01
 
　　三軸平面緩進給磨床配合不同夾緊工裝
 

 

　　如圖所示：德國保寧瓊格PROFIMAT XT 408型平面成型磨床，工作臺尺寸400x800mm，主軸功率62千瓦。
 
　　02
 
　　五軸磨削中心一次夾緊工件所有表面
 

 

　　這種方式可以大大提高磨削精度一致性，同時也大大提高生產(chǎn)效率。如圖所示：瑞士美蓋勒MFP 50五軸磨削中心，主軸功率50千瓦，最高轉(zhuǎn)速10000RPM。配備FIBRO雙數(shù)控軸工作臺，型號為NC 1.02 and NC 0.02。采用砂輪尺寸，最大直徑300mm，最大寬度60mm。
 
　　03
 
　　六軸磨削中心加工復雜工件
 

 

　　如圖所示：美蓋勒MFP 50(包括MFP 51、MFP 30等)，可以配備三數(shù)控軸工作臺
  
　　這三種常用磨削方式各有利弊，為更好滿足航空發(fā)動機葉片高精度加工需求，聯(lián)合磨削集團不斷優(yōu)化磨削工藝方案。
 
　　精磨實踐：經(jīng)過優(yōu)化的磨削工藝方案
 
　　1
 
　　瑞士美蓋勒獨有的
 
　　垂直方向全封閉靜壓導軌系統(tǒng)
 
　　瑞士美蓋勒機床公司獨立開發(fā)出可用于磨床垂直方向的全封閉靜壓導軌系統(tǒng)，所有導軌平面經(jīng)手工刮研，保證了極佳的精度等級。
 

垂直方向全封閉靜壓導軌系統(tǒng)示意圖
 
　　該系統(tǒng)通過薄薄的剛性油膜，使運動部件永遠懸浮在封閉導軌上。磨頭單元與機床床身無直接接觸，這樣可提高磨床精度和精度穩(wěn)定性，提供最佳減震效果，延長砂輪使用壽命，獲得更好磨削表面質(zhì)量和保證生產(chǎn)合格率，美蓋勒所有設備至少配備一個此系統(tǒng)。
 
　　2
 
　　配備頂置式修整系統(tǒng)，
 
　　可以在磨削過程中進行連續(xù)修整
 
　　航空發(fā)動機葉片裝配精度要求極高，要求同一批次葉片磨削精度一致性極高。瑞士美蓋勒和德國保寧瓊格率先將頂置式修整系統(tǒng)應用于航發(fā)葉片磨削加工，在磨削過程中連續(xù)修整。砂輪頂部配備頂置式修整單元，保證砂輪型面精度最佳狀態(tài)和同批次工件精度的一致性。
 

美蓋勒MFP 50磨削中心頂置式修整器
 
　　采用連續(xù)修整磨削可縮短約30%加工時間。當工件一致性要求不高時，可提升頂置式修整器位置，使砂輪和頂置式修整器分開，以降低砂輪損耗。
 

 

連續(xù)修整方式和普通臺式修整方式
 
　　五軸磨削中心配備該系統(tǒng)可一次夾緊所有表面，大大提高精度一致性和生產(chǎn)效率。
 
　　瑞士美蓋勒MFP 50五軸磨削中心配備頂置式修整系統(tǒng)
 

 

 

 

　　瑞士美蓋勒MFP 100和MFP 51型磨削中心甚至可同時更換砂輪和頂置式修整滾輪，最大限度保證磨削精度。
 
　　頂置式修整系統(tǒng)同樣適用于復雜的磨削表面，例如弧形表面、弧形槽等。
 
　　3
 
　　為了提高磨削中心的加工柔性，
 
　　配備自動砂輪更換裝置
 
　　精密加工航發(fā)葉片不同表面時，需要采用不同的砂輪，甚至選配其它工具，例如銑刀、鉆頭、測量頭等。為提高磨削中心加工柔性和生產(chǎn)效率，瑞士美蓋勒為設備配備自動砂輪更換裝置。
 
　　MFP 50及MFP 30都有24位盤式自動砂輪更換裝置，可裝載砂輪、CBN砂輪、銑刀等刀具，適用于多品種工件柔性加工。
 
　　適用于大型航發(fā)葉片的美蓋勒MFP 100磨削中心可以配備60位鏈式砂輪更換裝置，能同時更換頂置式修整滾輪和砂輪。
 
　　MFP 51磨削中心配有大型桁架式砂輪更換裝置，可裝載各種砂輪、刀具、滾輪和測量工具等。操作人員可在68位砂輪更換裝置中自由配置各種工具，產(chǎn)品換型程序控制簡單易行，大大降低生產(chǎn)換型時間和成本。
 

 

 

美蓋勒MFP 51磨削中心配備68位桁架式砂輪更換裝置，
 帶有刀具識別系統(tǒng)
 
　　68位砂輪更換裝置可以最大程度提高生產(chǎn)柔性，非常適用于多品種小批次航發(fā)葉片生產(chǎn)研發(fā)。換型時輸入程序命令即可。MFP 51還首次采用工具識別系統(tǒng)，內(nèi)置于HSK刀柄的RFID模塊可儲存刀具信息，符合ISO 15693標準。
 
　　4
 
　　經(jīng)過優(yōu)化的冷卻液系統(tǒng)，
 
　　保證極佳的磨削質(zhì)量
 
　　眾所周知，冷卻效果對保證磨削質(zhì)量和表面質(zhì)量起著非常關鍵的作用。聯(lián)合磨削集團旗下的瑞士美蓋勒和德國保寧瓊格磨床設備均配備經(jīng)過優(yōu)化的冷卻液系統(tǒng)，保證極佳的冷卻效果。
 
　　以美蓋勒MFP 51磨削中心為例，砂輪右側(cè)有雙數(shù)控軸，可隨動的冷卻液噴嘴，可根據(jù)砂輪直徑變化在兩個方向移動，以保持最佳相對位置；砂輪左側(cè)有冷卻噴嘴(藍色箭頭)和清潔噴嘴(紫色箭頭)，清潔噴嘴能及時將可能附著在砂輪表面的碎屑清除，大大降低劃傷工件表面的風險。
 

經(jīng)過優(yōu)化的噴嘴系統(tǒng)
 
　　在主軸旁邊，有額外噴嘴保證磨削效果和表面質(zhì)量，還可選擇貫穿主軸的冷卻液系統(tǒng)，以用于銑削和鉆削加工。且能配備冷卻噴嘴更換系統(tǒng)，進一步提高冷卻效果和磨削質(zhì)量。
 

 

 

 

       5
 
　　專業(yè)的葉片磨削循環(huán)軟件
 
　　以及用戶友好型操作界面
 
　　瑞士美蓋勒和德國保寧瓊格依據(jù)多年航空發(fā)動機葉片磨削經(jīng)驗，設計開發(fā)專門用于透平葉片的磨削程序。操作界面簡潔易懂，無需專業(yè)NC知識即可在軟件指引下創(chuàng)建或修改程序，且可在生產(chǎn)中隨時調(diào)整參數(shù)及創(chuàng)建新程序。
 

 

　　基于磨削程序的NC程序可以直接在磨床上進行預磨削循環(huán)修改，也可通過VERICUT軟件模擬NC程序。
 

 

 

       6
 
　　聯(lián)合磨削集團獨有的
 
　　C.O.R.E.操作面板及工業(yè)4.0要求
 
　　聯(lián)合磨削集團磨床產(chǎn)品配備最新的C.O.R.E.操作面板，其設計符合人體工程學，操作簡便。帶有預設功能，簡化編程過程?？奢p松連接技術專家遠程咨詢或進行電話會議，更加符合工業(yè)4.0要求。
 

 

　　新型航發(fā)葉片磨床可監(jiān)控必要進程，如跟蹤磨削主軸負載、追溯獨立磨削過程、設定限制數(shù)值，以優(yōu)化過程提高效率、降低廢品率、減少生產(chǎn)管理成本等。還能測量并監(jiān)控冷卻液重要參數(shù)，設定極限報警值，以及監(jiān)控記錄機床各個驅(qū)動電機負載情況。
 

 

跟蹤磨削主軸的負載值，追溯每一個獨立的磨削過程
 

測量并且監(jiān)控冷卻液的重要參數(shù)壓力、流量、溫度等
 

 

監(jiān)控并記錄機床各個驅(qū)動電機的負載情況
 
　　聯(lián)合磨削數(shù)字化解決方案，提供生產(chǎn)監(jiān)控、遠程服務等便利內(nèi)容。
 

 

        7
 
　　為了降低生產(chǎn)成本，
 
　　實現(xiàn)自動化生產(chǎn)單元
 
　　隨著生產(chǎn)效率要求提高和人工成本上升，客戶要求航發(fā)葉片磨床設備也要集成到自動化生產(chǎn)單元。瑞士美蓋勒和德國保寧瓊格開發(fā)出各自的自動化單元方案。
 
　　美蓋勒已多次與不同自動化供應商合作，為客戶提供高效合理的自動化生產(chǎn)單元，將磨削中心、測量、清洗單元、儲存單元和自動化單元結(jié)合，實現(xiàn)“無人化”生產(chǎn)，以降低人員成本。下面是具體案例：
 

 

 

 

 
　　而德國保寧瓊格也可以通過在航發(fā)葉片磨床右側(cè)的自動化單元和左后側(cè)的砂輪庫實現(xiàn)自動化生產(chǎn)。
 

 

德國保寧瓊格磨床可以配備砂輪庫和自動化單元
 
　　隨著航空發(fā)動機葉片磨削工藝的不斷發(fā)展，聯(lián)合磨削集團旗下德國保寧瓊格和瑞士美蓋勒在各自領域不斷開發(fā)新方案。
 
　　德國保寧瓊格最新獨立開發(fā)的高速往復磨削工藝，就是由簡單往復磨削發(fā)展而來，克服了緩進給磨削在特殊材料如鈦合金磨削時的局限性，降低燒傷風險且不降低生產(chǎn)效率，還有減少熱應力和降低砂輪消耗的優(yōu)點。PROFIMAT XT磨床和PROKOS磨床可實現(xiàn)該工藝，非常適合鈦合金航空葉片的磨削加工。
 
　　高速往復磨削的原理就是降低單次磨削除去量、大幅提高往復移動速度。同時快速帶走熱量降低燒傷風險并提升效率。
 

緩進給磨削工藝和高速往復磨削工藝比較
 
　　美蓋勒致力于陶瓷基復合材料葉片加工工藝的開發(fā)生產(chǎn)，是當前世界唯一將陶瓷葉片磨削應用到實際生產(chǎn)的磨床制造商。
 

 

　　隨著科技的不斷發(fā)展進步，聯(lián)合磨削集團將在技術創(chuàng)新、自動化生產(chǎn)和新材料應用等方面持續(xù)發(fā)力，為客戶提供更加高效、優(yōu)質(zhì)的磨削解決方案，推動航空發(fā)動機葉片磨削工藝不斷向前發(fā)展。
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