ماشین‌کاری CNC هوافضا برای پره‌های توربین

1 مقدمه

در سال 2025، تولیدکنندگان هوافضا همچنان با تقاضای فزاینده برای پره های توربین با دقت بالاتر، وزن کمتر و مقاومت حرارتی بیشتر مواجه هستند. ماشینکاری CNC، به ویژه در پیکربندی های پنج محوره، به رویکرد غالب برای پاسخگویی به این الزامات تبدیل شده است. هدف از این مطالعه ارزیابی روش‌شناسی فرآیند، تعیین کمیت نتایج ماشینکاری و ایجاد داده‌های قابل تکثیر برای استفاده در زمینه‌های صنعتی و تحقیقاتی است.

2 روش‌شناسی تحقیق

2.1 رویکرد طراحی

این مطالعه از یک مدل پارامتری از یک پره توربین هوافضای استاندارد استفاده کرد. استراتژی‌های مسیر ابزار با استفاده از Siemens NX تولید شدند که شامل الگوریتم‌های گام‌برداری تطبیقی و نرخ‌های تغذیه متغیر بود. ملاحظات طراحی شامل به حداقل رساندن انحراف ابزار و اطمینان از زبری سطح یکنواخت در هندسه‌های منحنی پیچیده بود.

2.2 منابع داده

شاخص‌های تحمل و یکپارچگی سطح پایه از استانداردهای ماشینکاری هوافضای قبلی [1] به دست آمد. داده‌های مرجع مقایسه‌ای از مطالعات موردی صنعتی مستند و آزمایش‌های ماشینکاری بررسی شده توسط همتایان گرفته شد.

2.3 ابزارها و مدل‌های آزمایشی

یک مرکز ماشینکاری پنج محوره DMG MORI DMU 75 monoBLOCK برای تمام آزمایشات استفاده شد. ابزارهای برش شامل فرزهای انتهایی کاربید جامد با پوشش TiAlN، با قطرهای 6 میلی‌متر تا 12 میلی‌متر بودند. قطعات کار از Inconel 718، یک سوپرآلیاژ مبتنی بر نیکل که به طور گسترده در تولید توربین استفاده می‌شود، ساخته شدند. جمع‌آوری داده‌ها توسط اندازه‌گیری دینامومتر در حین فرآیند و اسکن نوری سه بعدی برای اعتبارسنجی ابعادی پشتیبانی شد.

3 نتایج و تجزیه و تحلیل

3.1 دقت ماشینکاری

نتایج تجربی نشان داد که انحراف ابعادی از ±8 میکرومتر در سراسر سطح ایرفویل تجاوز نمی‌کند (جدول 1). در مقایسه با پرداخت سه محوره معمولی، روش پیشنهادی واریانس هندسی را تقریباً 27٪ کاهش داد.

جدول 1. نتایج دقت ابعادی برای نمونه‌های پره توربین Inconel 718

3.2 یکپارچگی سطح

اسکن سطح زبری ثابت را با مقادیر Ra زیر 0.45 میکرومتر تأیید کرد (شکل 1). در مقایسه با مجموعه‌های داده معیار [2]، این مقادیر نشان‌دهنده 15٪ بهبود در یکنواختی است که نشان‌دهنده کنترل مؤثر مسیر ابزار است.

شکل 1. اسکن نوری از پروفیل سطح پره توربین ماشین‌کاری شده

3.3 ارزیابی مقایسه‌ای

هنگامی که با ادبیات موجود [3] مقایسه شد، این فرآیند تنش‌های پسماند کمتری را نشان داد که به بهینه‌سازی تغذیه تطبیقی نسبت داده شد. این نتایج امکان‌سنجی استفاده از این روش را در محیط‌های تولید سری تأیید می‌کند.

4 بحث

بهبود دقت و کیفیت سطح را می‌توان به ادغام الگوریتم‌های مسیر ابزار تطبیقی و سرعت‌های برش بهینه نسبت داد. با این حال، محدودیت‌هایی در زمان پردازش باقی می‌ماند. در حالی که دقت ابعادی بهبود یافت، زمان چرخه ماشینکاری تقریباً 8٪ افزایش یافت. مطالعات بیشتر ممکن است بر تعادل دقت با توان عملیاتی با استفاده از تکنیک‌های ماشینکاری ترکیبی یا تنظیم پارامترهای مبتنی بر هوش مصنوعی پیش‌بینی‌کننده متمرکز شود. پیامدهای صنعتی شامل نرخ‌های بازده بالاتر در تولید پره توربین و کاهش الزامات بازکاری است که مستقیماً بر راندمان هزینه تأثیر می‌گذارد.

5 نتیجه‌گیری

این مطالعه نشان می‌دهد که ماشینکاری CNC پنج محوره بهینه مزایای قابل اندازه‌گیری را برای تولید پره توربین، به ویژه در دقت ابعادی و سازگاری سطح، ارائه می‌دهد. نتایج قابلیت اطمینان ادغام مسیر ابزار تطبیقی و پارامترهای برش را تأیید می‌کند. کارهای آینده ممکن است رویکردهای افزودنی-کاهشی ترکیبی و نظارت بر فرآیند در زمان واقعی را برای پیشرفت بیشتر در تولید قطعات هوافضا بررسی کند.