Antes de diseñar y fabricar la pieza en bruto, el ingeniero estructural se comunica completamente con los ingenieros de procesos en frío y en caliente para determinar la forma óptima de la pieza en bruto, lograr una formación casi{0}}neta en áreas locales, mejorar la utilización del material, reducir los márgenes de mecanizado y acortar el ciclo de procesamiento. Las tecnologías comunes de fabricación de conformado de precisión en blanco incluyen principalmente los siguientes 5 tipos.
Fundición de precisión
Un método de procesamiento que calienta y funde metal sólido, lo vierte en un molde de moldeo y lo solidifica en una pieza en bruto de fundición. En la actualidad, la tecnología de fundición de precisión se utiliza ampliamente en los álabes de las turbinas, y las superficies de su trayectoria de flujo son todas piezas fundidas con cero-residuos, y el perfil de la superficie de la trayectoria de flujo es de ±0,2 mm.
Fundición en arena
Forja de precisión
Un método de procesamiento que aplica presión sobre una prensa para causar que la materia prima sufra deformación plástica en el molde, obteniendo así una forja de precisión con poca o incluso ninguna tolerancia. Este proceso se ha utilizado ampliamente en palas de compresores, lo que puede mejorar la utilización del material y reducir o eliminar el mecanizado. En la actualidad, el cuerpo de la hoja forjada con precisión adopta un forjado sin residuos- y la tasa de utilización del material alcanza el 80 %.
Hilado de precisión
Un método de procesamiento que procesa una hoja o pieza anular preformada en un cuerpo giratorio hueco-de paredes delgadas mediante rotación a alta-velocidad y aplicando una cierta presión. Actualmente es muy utilizado en piezas como carenados, conos de cámaras de combustión y carcasas de compresores. En la actualidad, el hilado en caliente puede lograr un control de margen de 1 a 2 mm y el hilado en frío puede lograr un control de margen de ±0,2 mm.
metalurgia de polvos
Tecnología de proceso que utiliza polvo metálico (o una mezcla de polvo metálico y polvo no-metálico) para fabricar materiales y productos mediante procesos de sinterización y moldeado. Este proceso se utiliza principalmente en el campo de los motores de aviación para fabricar piezas giratorias como discos de turbina que resisten altas temperaturas y cargas elevadas.
Diagrama de flujo de metalurgia de polvos.
creación rápida de prototipos
Descomponer piezas tridimensionales complejas-en múltiples capas de estructuras bidimensionales-simples y reconstruir piezas tridimensionales-complejas mediante la fabricación de estructuras bidimensionales-simples es un proceso que va de "complejo" a "simple" y luego a "complejo". La boquilla de combustible con una estructura relativamente compleja en la cámara de combustión del motor utiliza tecnología de creación rápida de prototipos.
2. Tecnología de procesamiento especial
El procesamiento especial (a veces también llamado procesamiento no-tradicional) se refiere al proceso que no requiere una herramienta más dura que la pieza de trabajo, ni requiere la aplicación de una fuerza mecánica obvia. En cambio, utiliza directamente energía eléctrica, energía térmica, energía química, energía luminosa o una combinación de ellas para eliminar el material de la pieza de trabajo o cambiar su rendimiento para lograr los requisitos de forma, tamaño y calidad de la superficie requeridos. Actualmente se utilizan habitualmente las siguientes 6 tecnologías de procesamiento especiales.
Mecanizado por electroerosión
Procesamiento especial que controla la eliminación del material de la pieza de trabajo, deforma el material y cambia su rendimiento mediante la descarga entre la pieza de trabajo y el electrodo de la herramienta. En la actualidad, los orificios de la película de aire en las palas guía de la turbina se procesan principalmente mediante formación de pequeños orificios por chispa eléctrica, y los segmentos en forma de ventilador- de las palas del estator del compresor también se procesan mediante corte de alambre por chispa eléctrica.
Diagrama esquemático del mecanizado por electrochispa.
Mecanizado electroquímico
Procesamiento especial que elimina el material de la pieza mediante reacciones electroquímicas. Algunos materiales-difíciles-de procesar, como las cuchillas integrales de aleación de alta-temperatura, son difíciles de lograr mediante el procesamiento tradicional y se pueden procesar mediante tecnología de mecanizado electrolítico.
Procesamiento de haz de alta-energía
Utilice rayos láser de alta-energía-densidad, rayos de electrones o rayos de iones para eliminar o conectar materiales de la pieza de trabajo. El procesamiento con rayo láser se puede utilizar principalmente para taladrar, cortar, soldar y marcar. La perforación con láser de femtosegundo es uno de los métodos para procesar los agujeros de la película de aire en los álabes de las turbinas.
flujo abrasivo
Utilice un medio abrasivo viscoelástico semi-fluido que contenga abrasivos para forzarlo a fluir sobre la superficie procesada bajo una cierta presión y elimine los materiales microscópicos irregulares en la superficie de la pieza de trabajo mediante la acción de raspado de las partículas abrasivas, logrando así el propósito de pulir o desbarbar la superficie. Se ha aplicado tecnología de flujo abrasivo a hojas cerradas integrales.
Diagrama esquemático del procesamiento de flujo abrasivo.
Acabado por vibración
Coloque la pieza de trabajo, el abrasivo, el agua y los aditivos químicos en un recipiente según una fórmula determinada. Basándose en la vibración regular del recipiente, el abrasivo y la pieza de trabajo producen un movimiento relativo y fricción mutua, eliminan las rebabas que sobresalen de la superficie y la periferia de la pieza de trabajo, redondean los bordes afilados de la pieza de trabajo y pulen la superficie. Es una tecnología eficiente de acabado de superficies, que se ha utilizado ampliamente en piezas con alta resistencia a la fatiga.
Mecanizado con chorro de agua abrasivo
Utilizando un flujo de agua de alta-velocidad como portador, se impulsa un flujo abrasivo concentrado y de alta-velocidad para impactar la superficie a mecanizar, logrando un proceso de eliminación regular y controlable del material. Debido a sus características de no deformación térmica cortante, la capacidad de cortar cualquier material, alta flexibilidad en la dirección de corte y fuerza de corte muy pequeña, se usa ampliamente en materiales difíciles-de-mecanizar, como cerámica y materiales compuestos reforzados.
3. Tecnología de soldadura avanzada
La soldadura es un proceso eficiente y de alta-calidad para conectar materiales metálicos. Pertenece a la tecnología de proceso de fabricación estructural avanzada de bajo-costo y también es una de las tecnologías de procesamiento más utilizadas en la industria de fabricación avanzada. Las tecnologías de soldadura comúnmente utilizadas incluyen principalmente los siguientes 4 tipos.
Soldadura por haz de electrones
Un proceso que utiliza haces de electrones de alta-velocidad y alta-densidad de energía como fuentes de calor para soldar. Tiene las características de gran relación de aspecto, pequeña deformación residual de soldadura, fácil de lograr un control preciso de los parámetros del proceso de soldadura, soldaduras puras en un ambiente de vacío, buena repetibilidad y estabilidad. Estas ventajas son difíciles de igualar con otros métodos de soldadura por fusión, por lo que se utiliza ampliamente en la soldadura de estructuras importantes como el rotor integral, la carcasa y el eje del motor.
Soldadura por haz de electrones
Soldadura por fricción por inercia
Un tipo de soldadura en fase sólida que genera calor a través de la fricción entre los materiales a soldar y hace que los materiales sufran deformación plástica y fluyan bajo la acción de la fuerza de recalcado, logrando así la conexión del material. Tiene las ventajas de una buena calidad de unión soldada, alta precisión dimensional y buen efecto de conexión de materiales diferentes. Se ha convertido en el principal proceso de soldadura para conectar discos de ventilador de motores de aviones, conjuntos de rotores de compresores de alta-presión y conjuntos de ejes de discos de turbinas de alta-presión.
Soldadura
Un método para calentar los materiales a soldar a una temperatura inferior al punto de fusión del material base y superior al punto de fusión del material de soldadura fuerte, y llenar el espacio con material de soldadura fuerte líquido para lograr la conexión. Tiene las características de menor impacto en las propiedades y estructura del material base y menor deformación por soldadura. Es adecuado para una variedad de materiales y estructuras, incluidas estructuras de sellado en forma de panal de motores de aviones, álabes de turbinas, álabes de compresores y componentes de cámaras de combustión. Para algunos componentes complejos, la soldadura fuerte es el único método de conexión viable.
Diagrama de soldadura fuerte
Soldadura por arco de argón
Bajo la protección de un gas inerte, el arco generado entre el electrodo y los materiales a soldar se utiliza para fundir los materiales a soldar y el material de relleno, logrando así la conexión. Tiene grandes ventajas en portabilidad y costo, y se usa ampliamente en la soldadura de carcasas de motores y cámaras de combustión.
4. Tecnología de tratamiento de superficies
Para mejorar el estado de la superficie de las piezas, cumplir con los requisitos funcionales especiales de las piezas, como la resistencia a la corrosión, la resistencia al desgaste, la resistencia a la oxidación y la resistencia a altas temperaturas, y mejorar la vida útil de las piezas, es necesario realizar un tratamiento de superficie en las piezas. Las tecnologías de tratamiento de superficies comúnmente utilizadas en motores de aviones incluyen principalmente tratamiento químico, refuerzo de superficies y tecnología de recubrimiento.
Tratamiento químico
Un proceso de modificación de superficies que mejora el estado de la superficie de los materiales mediante métodos de tratamiento químico como corrosión, galvanoplastia, anodizado y limpieza química.
Pulverización con plasma
Fortalecimiento de la superficie
A través de la deformación plástica de la capa superficial, se forma una alta tensión residual en la superficie de la pieza para aumentar el proceso de "deformación en frío" de concentración de tensión superficial. Se utiliza principalmente para granallado de la superficie de la hoja integral.
Revestimiento
Según sus diferentes usos, se puede dividir en sellador, resistente al desgaste-, barrera térmica y otros recubrimientos. Entre ellos, se pueden usar revestimientos de sellado para componentes de carcasa, revestimientos-resistentes al desgaste para piezas de eje y revestimientos de barrera térmica para álabes de turbina.
Se puede decir que las piezas de los motores de los aviones están bastante "sufriendo". Sólo para las palas de las turbinas, la temperatura de funcionamiento puede alcanzar los 1700 grados - ¡una temperatura que es casi 150 grados más alta que el punto de fusión del hierro!
Para que estas partes sean "saludables", los investigadores deben utilizar "telescopios" para centrarse en la vanguardia de la tecnología. Al mismo tiempo, también tienen que utilizar "microscopios" para explorar los detalles técnicos y esforzarse por que la tecnología se adapte mejor a las necesidades. ¡En el viaje de "lanzar el corazón", la búsqueda del arte "material" superior por parte de la gente de Shangfa nunca terminará!
