Antes de a peça bruta ser projetada e fabricada, o engenheiro estrutural se comunica totalmente com os engenheiros de processos a frio e a quente para determinar o formato ideal da peça bruta, obter formação quase{0}}rede em áreas locais, melhorar a utilização do material, reduzir as tolerâncias de usinagem e encurtar o ciclo de processamento. As tecnologias comuns de fabricação de conformação de precisão em branco incluem principalmente os 5 tipos a seguir.
Fundição de precisão
Um método de processamento que aquece e derrete metal sólido, despeja-o em um molde de moldagem e solidifica-o em uma peça bruta de fundição. Atualmente, a tecnologia de fundição de precisão é amplamente utilizada em pás de turbinas, e suas superfícies de caminho de fluxo são todas fundidas com zero{1}}resíduos, e o perfil da superfície de caminho de fluxo é de ±0,2 mm.
Fundição em areia
Forjamento de precisão
Método de processamento que aplica pressão em uma prensa para fazer com que a matéria-prima sofra deformação plástica no molde, obtendo assim um forjamento de precisão com pouca ou nenhuma tolerância. Este processo tem sido amplamente utilizado em pás de compressores, o que pode melhorar a utilização do material e reduzir ou eliminar a usinagem. Atualmente, o corpo da lâmina forjada de precisão adota forjamento com zero -resíduos e a taxa de utilização do material chega a 80%.
Fiação de precisão
Um método de processamento que processa uma folha ou peça anular pré-formada em um corpo giratório oco de parede-fina por meio de rotação em alta-velocidade e aplicação de uma determinada pressão. Atualmente é amplamente utilizado em peças como carenagens, cones de câmaras de combustão e carcaças de compressores. Atualmente, a fiação a quente pode atingir um controle de margem de 1-2 mm e a fiação a frio pode atingir um controle de margem de ± 0,2 mm.
Metalurgia do pó
Uma tecnologia de processo que usa pó metálico (ou uma mistura de pó metálico e pó não{0}}metálico) para fabricar materiais e produtos por meio de processos de sinterização e moldagem. Este processo é utilizado principalmente na área de motores de aviação para fabricar peças rotativas, como discos de turbinas, que suportam altas temperaturas e altas cargas.
Fluxograma de metalurgia do pó
Prototipagem rápida
Decompor peças tri-dimensionais complexas em múltiplas camadas de estruturas bidimensionais-simples e reconstruir peças tri-dimensionais complexas fabricando estruturas bidimensionais-simples é um processo de "complexo" para "simples" e depois para "complexo". O bico de combustível com estrutura relativamente complexa na câmara de combustão do motor utiliza tecnologia de prototipagem rápida.
2. Tecnologia de processamento especial
O processamento especial (às vezes também chamado de processamento não{0}}tradicional) refere-se ao processo que não requer uma ferramenta mais dura que a peça de trabalho, nem requer a aplicação de força mecânica óbvia. Em vez disso, utiliza diretamente energia elétrica, energia térmica, energia química, energia luminosa ou uma combinação delas para remover o material da peça ou alterar seu desempenho para atingir os requisitos de forma, tamanho e qualidade de superfície exigidos. As seguintes 6 tecnologias de processamento especiais são comumente usadas atualmente.
Usinagem por eletrodescarga
Processamento especial que controla a remoção do material da peça e deforma o material e altera seu desempenho através da descarga entre a peça e o eletrodo da ferramenta. Atualmente, os furos da película de ar nas pás guia da turbina são processados principalmente pela formação de pequenos furos por eletrofaísca, e os segmentos em forma de leque das pás do estator do compressor também são processados por corte de fio de eletrofaísca.
Diagrama esquemático da usinagem por eletrofaísca
Usinagem eletroquímica
Processamento especial que remove material da peça através de reações eletroquímicas. Alguns materiais-difíceis de{2}}processar, como lâminas integrais de liga-de alta temperatura, são difíceis de obter por meio do processamento tradicional e podem ser processados usando tecnologia de usinagem eletrolítica.
Processamento de feixe de{0}}alta energia
Use feixes de laser de alta densidade de-energia-, feixes de elétrons ou feixes de íons para remover ou conectar materiais da peça de trabalho. O processamento de feixe de laser pode ser usado principalmente para perfuração, corte, soldagem e marcação. A perfuração a laser de femtosegundo é um dos métodos para processar furos de filme de ar nas pás da turbina.
Fluxo abrasivo
Use um meio abrasivo viscoelástico semi-fluido contendo abrasivos para forçá-lo a fluir sobre a superfície processada sob uma certa pressão e remover os materiais irregulares microscópicos na superfície da peça de trabalho pela ação de raspagem das partículas abrasivas, atingindo assim o propósito de polimento ou rebarbação da superfície. A tecnologia de fluxo abrasivo foi aplicada a lâminas fechadas integrais.
Diagrama esquemático do processamento de fluxo abrasivo
Acabamento vibratório
Coloque a peça de trabalho, o abrasivo, a água e os aditivos químicos em um recipiente de acordo com uma determinada fórmula. Contando com a vibração regular do recipiente, o abrasivo e a peça de trabalho produzem movimento relativo e atrito mútuo, retificam as rebarbas que se projetam da superfície e da periferia da peça de trabalho, arredondam as bordas afiadas da peça de trabalho e dão polimento à superfície. É uma tecnologia eficiente de acabamento superficial, que tem sido amplamente utilizada em peças com alta resistência à fadiga.
Usinagem com jato de água abrasivo
Usando o fluxo de água de alta-velocidade como transportador, um fluxo abrasivo concentrado e de alta-velocidade é direcionado para impactar a superfície a ser usinada, realizando um processo de remoção regular e controlável do material. Devido às suas características de ausência de deformação térmica de corte, capacidade de cortar qualquer material, alta flexibilidade na direção de corte e força de corte muito pequena, é amplamente utilizado em materiais-de{4}}difíceis de usinar, como cerâmica e materiais compósitos reforçados.
3. Tecnologia avançada de soldagem
A soldagem é um processo eficiente e de alta-qualidade para conectar materiais metálicos. Ela pertence à tecnologia de processo de fabricação estrutural avançada de baixo-custo e também é uma das tecnologias de processamento mais amplamente utilizadas na indústria de manufatura avançada. As tecnologias de soldagem comumente usadas incluem principalmente os 4 tipos a seguir.
Soldagem por feixe de elétrons
Um processo que usa feixes de elétrons de alta-velocidade e alta-densidade de energia como fontes de calor para soldagem. Possui características de grande proporção de aspecto, pequena deformação residual de soldagem, fácil controle preciso dos parâmetros do processo de soldagem, soldas puras em ambiente de vácuo, boa repetibilidade e estabilidade. Estas vantagens são difíceis de igualar com outros métodos de soldagem por fusão, por isso é amplamente utilizado na soldagem de estruturas importantes, como o rotor integral, a carcaça e o eixo do motor.
Soldagem por feixe de elétrons
Soldagem por fricção por inércia
Tipo de soldagem em fase sólida que gera calor por meio do atrito entre os materiais a serem soldados, e faz com que os materiais sofram deformação plástica e fluam sob a ação da força perturbadora, conseguindo assim a conexão do material. Tem as vantagens de boa qualidade de junta de solda, alta precisão dimensional e bom efeito de conexão de materiais diferentes. Tornou-se o principal processo de soldagem para conectar discos de ventiladores de motores de aeronaves, conjuntos de rotores de compressores de alta-pressão e conjuntos de eixos de discos de turbinas de alta-pressão.
Brasagem
Um método de aquecimento dos materiais a serem soldados a uma temperatura inferior ao ponto de fusão do material original e superior ao ponto de fusão do material de brasagem e preenchimento da lacuna com material de brasagem líquido para obter a conexão. Possui as características de menor impacto nas propriedades e estrutura do material original e menor deformação de soldagem. É adequado para uma variedade de materiais e estruturas, incluindo estruturas de vedação em favo de mel de motores de aeronaves, pás de turbinas, pás de compressores e componentes de câmaras de combustão. Para alguns componentes complexos, a brasagem é o único método de conexão viável.
Diagrama de brasagem
Soldagem a arco de argônio
Sob a proteção do gás inerte, o arco gerado entre o eletrodo e os materiais a serem soldados é utilizado para derreter os materiais a serem soldados e o material de enchimento, conseguindo assim a conexão. Possui grandes vantagens em portabilidade e custo, sendo amplamente utilizado na soldagem de carcaças de motores e câmaras de combustão.
4. Tecnologia de tratamento de superfície
A fim de melhorar o estado da superfície das peças, atender aos requisitos funcionais especiais das peças, como resistência à corrosão, resistência ao desgaste, resistência à oxidação e resistência a altas temperaturas, e melhorar a vida útil das peças, é necessário realizar tratamento de superfície nas peças. As tecnologias de tratamento de superfície comumente usadas em motores de aeronaves incluem principalmente tratamento químico, reforço de superfície e tecnologia de revestimento.
Tratamento químico
Um processo de modificação de superfície que melhora o estado superficial dos materiais por meio de métodos de tratamento químico, como corrosão, galvanoplastia, anodização e limpeza química.
Pulverização de plasma
Fortalecimento de superfície
Através da deformação plástica da camada superficial, uma alta tensão residual é formada na superfície da peça para aumentar o processo de "deformação a frio" de concentração de tensão superficial. Usado principalmente para shot peening da superfície da lâmina integral.
Revestimento
De acordo com os diferentes usos, pode ser dividido em vedação,{0}}resistente ao desgaste, barreira térmica e outros revestimentos. Entre eles, revestimentos de vedação podem ser usados para componentes de revestimento, revestimentos-resistentes ao desgaste podem ser usados para peças de eixo e revestimentos de barreira térmica podem ser usados para pás de turbinas.
Pode-se dizer que as peças de motores de aeronaves são bastante "sofridas". Somente para pás de turbina, a temperatura operacional pode atingir 1.700 graus - uma temperatura que é quase 150 graus mais alta que o ponto de fusão do ferro!
Para tornar essas partes “saudáveis”, os pesquisadores precisam usar “telescópios” para focar na vanguarda da tecnologia. Ao mesmo tempo, também têm de utilizar “microscópios” para explorar os detalhes técnicos e esforçar-se para que a tecnologia se adapte melhor às necessidades. Na jornada de “fundir o coração”, a busca do povo Shangfa por arte “material” superior nunca terá fim!
