エアロエンジンタービンブレードのヒントの損傷修復のための適応加工技術の研究と適用
損傷したタービンブレードの修復は、航空機エンジンのメンテナンスと寿命の延長にとって非常に重要です。このペーパーでは、特定のニッケルベースのキャスト高温合金タービン作業ブレードの修復技術の研究の進捗状況をレビューし、ブレードチップでの適応加工の修復方法に焦点を当て、実験処理プロセスと検証結果を深く説明し、タービンブレード修復技術の開発見通しを楽しみにしています。
航空機のエンジンは、航空機のパワーコアです。航空機エンジンのさまざまなコンポーネントの中で、タービンブレードの機能ミッションと作業特性は、航空機エンジンの最悪の応力と最大の負荷を備えた回転部品の1つであると判断し、タービンブレードの一般的な障害と損傷も引き起こします。その中で、亀裂障害は、発生の可能性が最も高く、主に、曲げ応力、振動環境によって引き起こされる羽ばたき疲労亀裂、および環境媒体によって引き起こされる腐食損傷によって引き起こされる高温疲労亀裂に重ねられた遠心力によって引き起こされる疲労亀裂が最も高くなります。この段階では、エンジンの使用コストを削減するために、損傷したタービンブレードの再製造と修復は非常に重要です。
タービンブレード修復のための主要な技術の中で、適応処理技術は、損傷した境界のスムーズなオーバーラップと修復領域の高精度形成を達成するための効果的な手段として、多くの研究者の注目を集めています。英国企業のTTLは、接触測定方法を介してブレード断面ラインに関する情報を取得し、測定された断面線プロファイル情報を使用して、Z方向に沿って相殺することによりチップウェアエリアのモデル再構築を完了し、処理コードを生成してクラッドレイヤーを削除します。英国企業のDelcamは、マシン上の測定によるタービンブレードの先端修復のモデル再構築方法を提案し、マシン測定によるエラーの蓄積の問題を軽減しました。クラッディング層の近くの2つの断面データが接触測定によって得られ、粉砕されたブレードの摩耗したブレード先端を修復する幾何学モデルが計算され、粉砕によって修復プロセス全体を完了しました。灰色のシステム理論に基づいて、Ding Huapengは損傷した領域のブレードプロファイルのアークラインと厚さを予測し、完全なブレードモデルを再構築し、ブールの違いにより修復欠陥モデルを取得し、それにより特定の修復効果を達成しました。 Hou f et al。ターゲット修復面の溶接面モデリングと最適化モデリングなど、ブレードボディの適応修復方法を提案し、最終的にシミュレーションを使用して修復方法の有効性を証明しました。 Zhang X et al。エンジンブレードの損傷した領域の自動修理スキームを提案しました。これは、材料被覆によって直接形成されます。従来の修理方法と比較して、ある程度革新的ですが、複雑な表面を備えたタービンブレードを修復することは困難です。
上記の調査では、航空機のエンジンブレードの修理は、国内外の航空分野のホットトピックであることを示しています。修理機械加工の分野では、修理エリアと非損傷領域の間のスムーズなオーバーラップを達成すること、および修理後の高精度形成に焦点を当てています。したがって、上記の修理研究に基づいて、このペーパーでは、破損したタービンの作業刃を例として取り、刃のチップ損傷修復のための適応機械加工技術の用途研究を実施し、修復された刃の機械加工領域と非マシニング領域が滑らかな遷移の重複を達成し、修復表面全体が修理された刃の最終的な許容要件を満たすことができるようにします。
ブレードチップダメージの修復の処理可能性の1分析
図1は、典型的なタービンブレードチップ亀裂欠陥を示しています。これに基づいて、航空機エンジンタービンブレードの損傷した刃の先端を再製造して修復する方法が提案されています。再製造および修復ソリューションが確立されています。これには、ブレードチップの損傷部分の除去 - 溶融溶接と堆積はんだ（図2を参照） - ブレードポイントクラウドの取得 - ブレードデジタルモデルの再構築 - ブレードの適応処理、ブレードのジオメトリックサイズの精度とパフォーマンス回復の適応修復を実現します。修理されたブレードの品質と性能は設計要件を満たし、修理サイトでのリアルタイム修理に使用でき、航空機エンジンの損傷したコンポーネントのバッチ修理処理を実現するための効果的なソリューションを提供します。
プロセスの難しさの分析
キャストの精度の問題により、完成したブレードと理論設計モデルの間には個人差があります。ブレードのアウトラインサイズは新しい状態で形成され、作業サイクルの後、異なる程度の変形と欠陥が生成されます。処理されたオブジェクトの個性により、設計図の理論的サイズに従って修理および処理されると、元のブレードの形状の精度が破壊されます。処理コードのセットを、処理の各部分のCADモデルに従って再生する必要がある場合、パーツの処理サイクル全体に大きく影響します。
ブレードチップには複雑な構造があり、ボスとカバープレートがブレードチップの2〜3 mm下にあり、トレーリングエッジテールシームの最も狭い幅は0。刃は内側の空洞構造であり、刃の体の表面には多くの空気膜穴があります。チップは内側の空洞と空気膜の穴に簡単に入り、掃除が困難になります。
主な技術的要件
先端が修復された後、内側と外側の湾曲した表面の輪郭がデザイン図に適合し、元のベースブレード形状にスムーズに接続されます。
先端の後縁の刃の形状に沿った最小壁の厚さは{{0}}。41mmであり、他の部分の刃の形状に沿った最小壁の厚さは0.51 mmです（図3に示すように）。
ブレードの高さの寸法が保証されています。
粗さは、Ra 0。8μmよりも大きくありません。
（5）チップやその他の不純物は、内側の空洞と空気膜の穴にとどまることは許可されていません。
（6）修復された領域は蛍光によって検査され、亀裂、包含物などがないことを確認し、蛍光検査基準と受け入れ基準に従って検査が実施されます。
2ブレードチップダメージの修復のための2適応加工技術
タービン作業ブレードのブレード先端の修復プロセスの困難を考慮して、つまり、修復された各刃の変形は一貫性がなく、クランプ位置と角度は異なり、元の精度キャストの精度は問題があります。このような実用的な問題は、処理する各パーツまたはパーツの適応処理技術を通じてオンラインで迅速に検出でき、実際の形状と位置の分布を理解できます。次に、システムは、測定されたデータを介して設計と一致するターゲットデジタルモデルを再構築し、製品の製造を満たすために一意のパーソナライズされたパス軌跡を生成し、最終的にデザインと実際のオブジェクトに準拠します。適応処理技術ルートを図4に示します。
2.2 CADモデルデータ登録技術
処理されたオブジェクトの空白のパーソナライズされた特性により、再構築されたCADモデルには、その座標系を見つけるための通常の参照平面がなく、登録技術を使用して座標系を整列する必要があります。空間内の2つのポイントセットは、理論モデルx {xi}と、処理されたオブジェクトの測定情報p {pi}です。 pポイントセットは回転し、xポイントセットでの距離を最小限に抑えるために翻訳され、測定情報p {pi}と理論モデル情報x {xi}との間の空間変換関係が確立されます。空間変換の関係には、回転マトリックスRと変換マトリックスTが含まれます。次に、最寄りのポイントペアリング方法を使用して、図5に示すように、Pの各ポイントに最も近いXのポイントを見つけて、新しいポイントセットx 'を形成します。
3ブレードチップダメージの修復のための適応機械加工技術の検証
適応機械加工システムには、適応型加工ソフトウェアと工作機械や切削工具などのハードウェアシステムが含まれています。 2つの統合は、最終的に適応機械加工を達成するための鍵です。特定のタイプの高圧タービンブレードの修理作業では、適応機械加工システムを使用してブレードの修理処理を実行し、複数のエンジンブレードの修理処理とアプリケーションの検証が完了しました。
3.1テスト手順
ステップ1：修理するブレードチップの損傷した領域が被覆と表面溶接により満たされた後、損傷した刃の先端近くの領域の測定情報は、マシン内検出によって得られます。
ステップ2：ブレードチップの修復の前に、理論モデル情報を取得します。
ステップ3：データ登録を使用して、測定情報と理論モデル情報（空間変換関係には回転と翻訳が含まれる）との間の空間変換関係を確立し、回転と翻訳の修正、つまり最適なフィッティング後の回転と翻訳量を取得します。
ステップ4：理論モデル情報に従って機械加工ツールの位置トラックのCLSFファイルを生成し、ステップ3で取得したXYZ方向の補正量に従ってCLSFファイルの修正ツールの位置とツール軸ベクトルを生成します。
ステップ5：修正されたツールトラックを使用して、タービンブレードの刃の先端の損傷した領域を研削および研磨して、精密ブレードチップの完全な回復を実現します。
図6に示すように、RMP40プローブとφ6mmスタイラスボールがオンライン検出に使用されます。ブレードチップ近くの2つのセクションを最適化することにより、12の測定ポイントが取得されます。生成された測定データファイルはコンピューターソフトウェアシステムに送信でき、処理モデルは測定データに基づいてUGで自動的に生成できます。
このテストでは、3軸の垂直機械加工センターを使用し、図7に示すように、その後のプロセスでの機械加工および機能処理中の繰り返しのクランプ精度を促進したクイックチャンジのツールパレットを介して、ブレードをワークベンチで垂直に片持ち切れました。
生成された機械加工ツール軌道CLSFファイルを図8に示します。
3.2内側の空洞と空気フィルムの穴の保護
テスト中、チップやその他の不純物が内側の空洞に留まることを許可されていないという技術的要件が満たされました。プロセステスト中、刃の内側の空洞と複数の空気膜穴が保護されました。この技術研究では、機能的な接着剤を使用して内側の空洞と空気膜の穴を密封し、それによって穴を保護します。海外でそのような刃を修復するとき、液体「多機能エポキシ樹脂パテの接着剤」が空洞と空気膜の穴を保護するために使用されることが理解されています。冷却後、保護効果を達成するために固化します。 100度以上に加熱すると、溶けて「灰」に変わります。これは、超音波クリーニングによって吹き飛ばされたり、除去したりできます。小さな穴には残留物はありません。その後のバッチエンジニアリングアプリケーションでは、空洞と小さな穴の保護と洗浄が特に重要であり、チップや不純物の侵入を防ぐためのより適切な方法を見つけ続ける必要があります。
3.3テスト結果
図9に示すように、修復されたタービンブレードの先端プロファイルを測定することにより、形状はプロセス技術要件を満たしています。外観の検査から、図1 0に示すように、ブレード修理領域と元のプロファイルが適応型研磨後にスムーズに遷移することがわかります。内側と外側の空洞の壁の厚さは適格で、表面の粗さはRA0.8μmを下回り、その他の技術指標はプロセス要件を満たしています。蛍光検査により、加工プロセスは新しい亀裂やその他の欠陥を引き起こしませんでした。
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