Soluzione per l'elaborazione dei dischi della turbina del motore

1. Panoramica del progetto

1.1 Il contesto del progetto

Il disco della turbina del motore dell'aereo è un componente chiave che resiste alle alte temperature, alle alte velocità e ai grandi carichi centrifughi, e la sua qualità di lavorazione influisce direttamente sulle prestazioni e sull'affidabilità del motore. Questo progetto mira a fornire una serie completa di soluzioni per la lavorazione dei dischi della turbina per ottenere una produzione di massa ad alta precisione, alta efficienza e alta coerenza.

1.2 Obiettivi del progetto

Raggiungere l'accuratezza della lavorazione della linguetta e della scanalatura del disco della turbina ±0,01 mm
Rugosità superficiale Ra≤0,8μm
Miglioramento dell'efficienza di lavorazione di oltre il 300%
Consistenza della qualità Cpk≥1,67
Periodo di ammortamento dell'investimento ≤24 mesi

2. Analisi del prodotto e del processo

2.1 Caratteristiche del disco della turbina

Materiale: Lega per alte temperature (IN718/GH4169, GH4720Li)
Ambiente di lavoro: 700-1100°C, 10000-15000RPM
Dimensioni principali: tolleranza di incastro maschio-femmina ± 0,01 mm
Requisiti di qualità: assenza di microfessure, assenza di strato bianco

2.2 Difficoltà di elaborazione

Lega per alte temperature con tempra da taglio severa
Elevata precisione di lavorazione di tenoni e scanalature
Difficoltà di controllo della qualità interna e dell'integrità delle superfici
Coerenza nella produzione di massa

3. Processo di lavorazione dei dischi della turbina

3.1 Preparazione del bianco

Processo di forgiatura: forgiatura isotermica o metallurgica delle polveri per garantire la densità e le proprietà meccaniche del materiale.
Forma del fustellato: fustellato a forma di disco, con un margine di lavorazione sufficiente (di solito 3-5 mm su un lato).

3.2 Elaborazione grossolana

Obiettivo: Rimuovere la maggior parte del margine per formare la forma di base del disco della turbina.
Processo chiave:
- Tornitura: Utilizzare torni CNC ad alta potenza per lavorare cerchi esterni, facce terminali e fori interni e utilizzare il taglio stratificato per ridurre la forza di taglio.
- Fresatura: Utilizzare la fresatura a tappo o la fresatura cicloidale per ridurre il carico dell'utensile.
Selezione degli utensili:
- Frese con rivestimento in metallo duro (come i rivestimenti TiAlN) o in ceramica per una maggiore resistenza all'usura.
- La fresa a grande avanzamento riduce la profondità di taglio e aumenta la capacità di alimentazione per migliorare l'efficienza.
Metodo di raffreddamento: raffreddamento ad alta pressione (5-20MPa), per migliorare la dissipazione del calore e lavare i chip.

3.3 Semilavorazione

Obiettivo: Per affinare la struttura e riservare un margine uniforme per la rifinitura (0,3-0,5 mm su un lato).
Processo chiave:
- Tornitura di precisione: Lavorazione di elementi di riferimento, quali battute e superfici di posizionamento del disco della turbina, per garantire la precisione di posizionamento per le lavorazioni successive.
- Fresatura di scanalature a maschio e femmina/radice a foglia: adottare un centro di lavoro a 5 assi collegati e formare inizialmente la forma complessa attraverso la fresatura a strati o la lavorazione a scarica elettrica (EDM).
Selezione degli utensili: Frese in metallo duro o utensili di stampaggio, con la funzione di compensazione del raggio dell'utensile del sistema CNC per migliorare la precisione.
Ispezione: Macchina di misura a coordinate (CMM) per controllare le dimensioni chiave e regolare i parametri di lavorazione.

3.4 Finitura

Obiettivo: Per soddisfare i requisiti di precisione del progetto e di qualità della superficie.
Processo chiave:
- Tornitura/rettifica di precisione: lavorazione del diametro interno/esterno, della faccia terminale e della faccia di spinta del disco della turbina con controllo di precisione a livello di μm e rugosità superficiale Ra≤0,4μm.
- Finitura a maschio e femmina: Per garantire l'accuratezza del profilo e l'integrità della superficie del maschio e della femmina a forma di abete, si utilizzano centri di lavorazione a 5 assi ad alta precisione o la lavorazione elettrochimica (ECM).
- Lavorazione del foro: Elaborazione di fori per bulloni, fori per la riduzione del peso, ecc., utilizzando la foratura a pistola o la foratura interna a freddo per garantire la rettilineità e la qualità della superficie dei fori.
Selezione degli utensili:
- Utensili diamantati (per metalli non ferrosi) o ceramici (per leghe ad alta temperatura) per migliorare la qualità della superficie di lavorazione.
- Strumenti di formatura specializzati per ridurre gli errori di formatura.
  Raffreddamento e
lubrificazione: Micro-lubrificazione (MQL) o raffreddamento a nebbia d'olio per ridurre il calore di taglio e minimizzare l'usura degli utensili.

Fase del processo	Tipo di apparecchiatura consigliata	Descrizione della funzione
Lavorazione grezza	Tornio verticale CNC + centro di lavoro	Stabilire l'origine ed eseguire la lavorazione della forma iniziale
Brocciatura	Brocciatrice CNC verticale ad alta precisione	Lavorazione di scanalature interne, fori conici e asole
Lavorazione del profilo del dente	Macchina per la sagomatura, macchina per la rasatura degli ingranaggi, macchina per la rettifica degli ingranaggi	Lavorazione del profilo del dente ad alta precisione
Lavorazione dei fori	Centro di foratura ad alta velocità, foratrice a giga	Alesatura e perforazione
Trattamento della superficie	Macchina per la smerigliatura, apparecchiatura per la lucidatura elettrolitica	Controllo della qualità della superficie
Misurazione e ispezione	CMM, sonda laser, apparecchiatura di ispezione a ultrasuoni	Controllo qualità e rilevamento dei difetti
Assistenza per l'automazione	Robot industriali, attrezzature flessibili, sistemi di alimentazione	Migliorare l'efficienza e ridurre l'intervento umano