에어로 엔진 터빈 블레이드 팁의 손상 복구를위한 적응 가공 기술의 연구 및 적용
손상된 터빈 블레이드의 수리는 항공기 엔진의 유지 보수 및 수명 연장에 매우 중요합니다. 이 논문은 블레이드 팁에서 적응 가공의 수리 방법에 중점을 둔 특정 니켈 기반 캐스트 고온 합금 터빈 작업 블레이드의 수리 기술의 연구 진행을 검토하고 실험적 처리 프로세스 및 검증 결과를 깊이 설명하고 터빈 블레이드 수리 기술의 개발 전망을 기대합니다.
항공기 엔진은 항공기의 전력 코어입니다. 항공기 엔진의 다양한 구성 요소 중에서 터빈 블레이드의 기능적 임무 및 작업 특성에 따르면 항공기 엔진에서 최악의 응력과 가장 큰 하중을 가진 회전 부품 중 하나이며 터빈 블레이드의 일반적인 고장 및 손상을 유발합니다. 그중에서도 균열 실패는 발생 확률이 가장 높고 가장 큰 피해, 주로 구부러진 응력에 중첩 된 원심력, 진동 환경에 의한 플러터 피로 균열 및 환경 매체에 의해 야기 된 부식 손상으로 인한 고온 피로 균열로 인한 원심력으로 인한 피로 균열을 나타냅니다. 이 단계에서 엔진 사용 비용을 줄이기 위해 손상된 터빈 블레이드의 재 제조 및 수리가 매우 중요합니다.
터빈 블레이드 수리의 핵심 기술 중에서 적응 형 처리 기술은 손상된 경계의 원활한 중첩과 고정 구조 지역의 고정밀 형성을 달성하기위한 효과적인 수단으로 많은 연구자들의 관심을 끌었습니다. 영국 회사 인 TTL은 접촉 측정 방법을 통해 블레이드 단면선에 대한 정보를 얻고 측정 된 단면선 프로파일 정보를 사용하여 Z 방향을 따라 오프셋하여 팁 마모 영역의 모델 재구성을 완료하고 클래딩 레이어를 제거하기위한 처리 코드를 생성합니다. 영국 회사 인 Delcam은 대기업 측정에 의한 터빈 블레이드 팁 수리에 대한 모델 재구성 방법을 제안했으며, 이는 대기업 측정을 통한 포지셔닝 오류 축적 문제를 줄였습니다. 클래딩 층 근처의 2 개의 단면 데이터는 접촉 측정에 의해 얻어졌으며, 기하학적 모델을 직선 블레이드의 마모 된 블레이드 팁으로 수리하여 연삭에 의해 전체 수리 공정을 완료하도록 계산되었다. 회색 시스템 이론에 기초하여, Ding Huapeng은 손상된 영역에서 블레이드 프로파일의 아크 라인과 두께를 예측 한 다음 전체 블레이드 모델을 재구성 한 다음 부울 차이를 통해 수리 결함 모델을 얻어 특정 수리 효과를 달성했습니다. Hou F et al. 용접 표면 모델링 및 대상 수리 표면의 최적화 모델링을 포함하여 블레이드 바디에 대한 적응 형 복구 방법을 제안하고, 마지막으로 시뮬레이션을 사용하여 수리 방법의 효과를 입증했습니다. Zhang X et al. 재료 클래딩에 의해 직접 형성되는 엔진 블레이드의 손상된 영역에 대한 자동 복구 체계를 제안했습니다. 기존의 수리 방법과 비교할 때 어느 정도 혁신적이지만 복잡한 표면으로 터빈 블레이드를 수리하기는 어렵습니다.
위의 연구에 따르면 항공기 엔진 블레이드 수리는 국내 및 해외 항공 분야에서 인기있는 주제입니다. 수리 가공 분야에서, 수리 영역과 손상되지 않은 영역 사이의 부드러운 겹침과 수리 후 고정밀 형성을 달성하는 데 중점을 둡니다. 따라서, 위의 수리 연구를 기반으로,이 논문은 손상된 터빈 작업 블레이드를 블레이드 팁 손상 복구를위한 적응성 가공 기술의 적용 연구를 수행하여 수리 블레이드의 가공 영역 및 비 매칭 영역이 원활한 전환 오버랩을 달성 할 수 있으며, 전체 수리 표면이 수리 블레이드의 최종 허용기 요구 사항을 충족시킬 수 있도록합니다.
1 블레이드 팁 손상 복구의 가공성 분석
그림 1은 전형적인 터빈 블레이드 팁 균열 결함을 보여줍니다. 이를 기반으로 항공기 엔진 터빈 블레이드의 손상된 블레이드 팁을 재 제조 및 수리하는 방법이 제안됩니다. 블레이드 팁의 손상된 부분을 제거하는 재 제조 및 수리 솔루션이 확립됩니다. 여기에는 블레이드 팁 - 용융 용접 및 퇴적 솔더 (그림 2와 같이) - 블레이드 포인트 클라우드 획득 - 블레이드 디지털 모델 재구성 - 블레이드 형상 크기 및 성능 복구의 적응 형 복구를 달성하기 위해 블레이드 포인트 클라우드 획득 - 블레이드 디지털 모델 재구성 - 획득. 수리 블레이드의 품질 및 성능은 설계 요구 사항을 충족하며 수리 사이트에서 실시간 수리에 사용될 수 있으며 항공기 엔진의 손상된 부품의 배치 수리 처리를 실현하기위한 효과적인 솔루션을 제공합니다.
프로세스 어려움 분석
캐스팅 정확도 문제로 인해 완성 된 블레이드와 이론적 디자인 모델 사이에는 개별 차이가 있습니다. 블레이드의 개요 크기는 새로운 상태로 형성되며, 작업주기 후에는 다른 정도의 변형과 결함을 생성합니다. 처리 된 물체의 개성으로 인해 디자인 그리기의 이론적 크기에 따라 수리 및 처리되면 원래 블레이드의 모양 정확도가 파괴됩니다. 각 처리 조각에 대한 CAD 모델에 따라 일련의 처리 코드를 재생 해야하는 경우 부품의 전체 처리주기에 큰 영향을 미칩니다.
블레이드 팁에는 복잡한 구조가 있으며, 블레이드 팁 아래 2 ~ 3mm의 보스와 커버 플레이트가있는 복잡한 구조가 있으며, 후행 가장자리 꼬리 이음새의 가장 좁은 너비는 0. 5 mm입니다. 블레이드는 내부 공동 구조이며 블레이드 바디 표면에 많은 공기 필름 구멍이 있습니다. 칩은 내부 공동과 공기 필름 구멍에 쉽게 들어가서 청소하기가 어렵습니다.
주요 기술 요구 사항
팁이 수리 된 후, 내부 및 외부 곡선 표면의 윤곽은 설계 도면을 준수하며 원래베이스 블레이드 모양에 부드럽게 연결됩니다.
팁의 후미 가장자리에서 블레이드 모양을 따라 최소 벽 두께는 {{{{0}}}. 41 mm이고 다른 부분의 블레이드 모양을 따라 최소 벽 두께는 0.51 mm입니다 (그림 3 참조).
블레이드 높이 치수가 보장됩니다.
거칠기는 ra 0. 8 μm보다 크지 않습니다.
(5) 내부 공동 및 에어 필름 구멍에 칩이나 다른 불순물이 남아 있지 않습니다.
(6) 수리 된 영역은 균열, 포함 등이 없는지 확인하기 위해 형광에 의해 검사되며 검사는 형광 검사 표준 및 수용 표준에 따라 수행됩니다.
2 블레이드 팁 손상 복구를위한 2 개의 적응 가공 기술
터빈 작업 날의 블레이드 팁의 수리 과정에서 어려움을 고려할 때, 즉, 각 수리 된 블레이드의 변형은 일관성이없고, 클램핑 위치와 각도는 다르며 원래 정밀 주물 정확도는 문제가된다. 이러한 실제 문제는 처리 할 각 부품 또는 부품에 대한 적응 형 처리 기술을 통해 온라인으로 신속하게 감지 될 수 있으며 실제 모양 및 위치 분포를 이해할 수 있습니다. 그런 다음 시스템은 측정 된 데이터를 통한 설계와 일치하는 대상 디지털 모델을 재구성하고, 제품 제조를 충족시키기 위해 고유 한 개인화 된 경로 궤적을 생성하며, 마지막으로 설계 및 실제 객체를 준수합니다. 적응 형 처리 기술 경로는 그림 4에 나와 있습니다.
2.2 CAD 모델 데이터 등록 기술
처리 된 객체의 블랭크의 개인화 된 특성으로 인해 재구성 된 CAD 모델에는 좌표계를 찾기위한 정기적 인 참조 평면이 없으며 등록 기술을 사용하여 좌표계를 정렬해야합니다. 공간의 두 지점은 이론적 모델 x {xi}와 처리 된 객체의 측정 정보 p {pi}입니다. P 점 세트는 회전 및 번역되어 X 점 세트로 거리를 최소화하고 측정 정보 P {PI}와 이론적 모델 정보 x {xi} 간의 공간 변환 관계가 설정됩니다. 공간 변환 관계에는 회전 행렬 R 및 번역 행렬 T가 포함됩니다. 그런 다음 가장 가까운 포인트 페어링 방법은 그림 5에 표시된 것처럼 새로운 점 세트 x '를 형성하기 위해 P 쌍의 각 점에 가장 가까운 X의 포인트를 찾는 데 사용됩니다.
3 블레이드 팁 손상 수리를위한 적응 가공 기술 검증
적응 형 가공 시스템에는 적응 형 가공 소프트웨어 및 공작 기계 및 절단 도구와 같은 하드웨어 시스템이 포함되어 있습니다. 이 둘의 통합은 궁극적으로 적응 형 가공을 달성하는 핵심입니다. 특정 유형의 고압 터빈 블레이드의 수리 작업에서, 적응성 가공 시스템을 사용하여 블레이드의 수리 처리를 수행하고, 다중 엔진 블레이드의 수리 처리 및 응용 검증이 완료되었다.
3.1 테스트 단계
1 단계 : 수리 할 블레이드 팁의 손상된 영역이 클래딩 및 표면 용접에 의해 채워진 후, 손상된 블레이드 팁 근처의 영역의 측정 정보는 기계 내 감지를 통해 얻습니다.
2 단계 : 블레이드 팁 수리 전에 이론적 모델 정보를 얻습니다.
3 단계 : 데이터 등록을 사용하여 측정 정보와 이론적 모델 정보 사이의 공간 변환 관계를 설정하고 (공간 변환 관계는 회전 및 번역을 포함 함), 회전 및 번역 보정, 즉 최상의 피팅 후 회전 및 번역량을 얻습니다.
4 단계 : 이론적 모델 정보에 따라 가공 공구 위치 트랙의 CLSF 파일을 생성하고 3 단계에서 얻은 XYZ 방향으로 수정량에 따라 CLSF 파일에서 수정 된 도구 위치 및 도구 축 벡터를 생성합니다.
5 단계 : 정밀 블레이드 팁의 완전한 복원을 달성하기 위해 수정 된 공구 트랙을 사용하여 터빈 블레이드의 블레이드 팁의 손상된 영역을 연삭 및 연마합니다.
도 6에 도시 된 바와 같이, RMP40 프로브 및 φ6 mm 스타일러스 볼이 온라인 탐지에 사용된다. 블레이드 팁 근처의 두 섹션을 최적화하여 12 개의 측정 지점이 얻어집니다. 생성 된 측정 데이터 파일은 컴퓨터 소프트웨어 시스템으로 다시 전송 될 수 있으며 측정 데이터에 따라 처리 모델을 UG에서 자동으로 생성 할 수 있습니다.
이 테스트는 3 축 수직 가공 센터를 사용했으며, 블레이드는 빠른 변화 툴링 팔레트를 통해 워크 벤치에서 수직으로 캔틸레버 링되었으며, 이는도 7과 같이 후속 프로세스에서 가공 및 기능 처리 중 반복 클램핑 정확도를 용이하게했습니다.
생성 된 가공 공구 궤적 CLSF 파일은 그림 8에 나와 있습니다.
3.2 내부 공동 및 공기 필름 구멍 보호
시험 중에, 내부 공동에 칩이나 다른 불순물이 남아 있지 않아야한다는 기술적 인 요구 사항은 공기 필름 구멍을 충족시키지 못했다. 공정 테스트 동안 블레이드의 내부 공동 및 다중 공기 필름 구멍이 보호되었습니다. 이 기술 연구는 기능적 접착제를 사용하여 내부 공동과 공기 필름 구멍을 밀봉하여 구멍을 보호합니다. 해외에서 이러한 블레이드를 수리 할 때 액체 "다기능 에폭시 수지 퍼티 접착제"가 공동 및 에어 필름 구멍을 보호하는 데 사용됩니다. 냉각 후, 그것은 보호 효과를 달성하기 위해 응고합니다. 100도 이상으로 가열되면 녹아서 "애쉬"로 바뀌어 초음파 청소로 날려 버리거나 제거 할 수 있습니다. 작은 구멍에는 잔류 물이 없습니다. 후속 배치 엔지니어링 애플리케이션에서는 공동 및 작은 구멍의 보호 및 청소가 특히 중요하며, 칩과 불순물의 진입을 방지 할 수있는보다 적절한 방법을 계속 찾아야합니다.
3.3 테스트 결과
그림 9에 표시된 것처럼 수리 된 터빈 블레이드의 팁 프로파일을 측정함으로써, 모양은 프로세스 기술 요구 사항을 충족시킵니다. 외관 검사로부터, 그림 1 0에 표시된 것처럼 블레이드 수리 영역과 원래 프로파일이 적응 형 연마 후 원래 프로파일이 원활하게 전환된다는 것을 알 수 있습니다. 내부 및 외부 공동의 벽 두께는 자격이 있으며 표면 거칠기는 RA0.8 μm 아래에 있으며 다른 기술 지표는 프로세스 요구 사항을 충족합니다. 형광 검사를 통해 가공 공정은 새로운 균열 및 기타 결함을 유발하지 않았습니다.
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