V oblasti leteckého a energetického zařízení lopatková kola, jako klíčové výkonové komponenty, přímo určují účinnost a provozní stabilitu proudových strojů na základě přesnosti tvaru lopatek (požadovaný profil ≤ 0,03 mm) a souososti mezi nábojem a lopatkami (≤ 0,02 mm). Vysokorychlostní výrobce lopatkových kol se potýká s běžným technologickým problémem při obrábění odstředivého lopatkového kola z titanové slitiny o průměru Φ 300–500 mm: musí projít třemi procesy – „hrubování náboje na svislé frézce → dokončování lopatek na pětiosém obráběcím centru → upínání na vodorovném soustruhu pro opracování referenčních ploch“. Opakované upínání způsobuje odchylku tvaru lopatek přesahující 0,06–0,08 mm, což vede po montáži lopatkového kola ke ztrátě aerodynamické účinnosti o 12 % a doba výroby jednoho dílu dosahuje až 120 minut. Zároveň má titanová slitina (TC4) vysokou pevnost za tepla a velkou řeznou deformaci. Opotřebení nástroje je třikrát vyšší než u ocelových dílů a cena nástrojů pro jedno lopatkové kolo přesahuje 800 jüanů.
Pro vyřešení tohoto dilematu společnost představila přesný vertikální soustružnicko-frézovací kompositní centrum Demagesen VTC80B CNC, které vytváří exkluzivní systém pro zpracování lopatek „jednorázové upnutí – kompletní proces“. Zařízení využívá lože z minerálního litinového materiálu (s 70% lepším tlumením vibrací ve srovnání s běžnou litinou), dynamicky kompenzované laserovým interferometrem (přesnost polohování kompenzována na ± 0,007 mm), kombinované s osou C poháněnou točivým motorem (přesnost dělení ± 2,5 "), jejíž strukturální tuhost byla optimalizována pomocí metody konečných prvků. Radiální tuhost řezu dosahuje 28 kN/mm a může tak stabilně odolávat radiální síle 18 kN při rychlém řezání slitiny titanu. Zařízení je vybaveno systémem Siemens 840D SL CNC a dotykovým měřicím sondou přímo ve stroji (měřicí přesnost ± 0,001 mm), což umožňuje reálné měření a kompenzaci profilu lopatky a přesné splnění náročné požadavku na tvarovou přesnost ≤ 0,025 mm. Vzhledem ke zvláštnostem obrábění slitin titanu je zařízení vybaveno systémem chlazení kapalným dusíkem (teplota v řezné zóně udržována na -10 °C) a nástroji z karbidu s extrémně jemnou zrnnou strukturou (včetně povlaku TaC, tvrdost HRC68), které efektivně potlačují zpevnění materiálu při opracování a adhezi nástroje.
Scénáře použití zákazníkem
Z hlediska technologických inovací dosáhlo zařízení dvojího průlomu v oblasti „integrace procesů + přesná kontrola povrchu“ při obrábění lopatek: integrací statického hydrostatického vřetena o průměru Φ 1000 mm (maximální otáčky 1000 ot./min), osmistaničního nástrojového revolverového vřetena (zdvih osy Y ± 100 mm) a pětiosého frézovacího šroubu s otočnou hlavou (rozsah kývání ± 120 °), které umožňuje jednorázové dokončení přesného broušení vnějšího kruhu stupnice (tolerance IT6), přesného frézování plochy lopatky (obrys ≤ 0,025 mm), vrtání vyvažovacích otvorů (polohová přesnost ≤ 0,05 mm) a broušení referenční čelní plochy (rovinatost ≤ 0,01 mm). Pro zpracování složitých profilů lopatek se používá inovativní „adaptivní posuvový proces“: na základě měřicích dat přímo na stroji jsou řezné parametry (posuv 30–80 mm/min) v reálném čase upravovány pomocí algoritmů umělé inteligence, čímž dojde ke zvýšení rychlosti odebírání materiálu o 40 % při zachování přesnosti. V reakci na problém deformace tenkostěnných lopatek z titanové slitiny (tloušťka stěny 3–5 mm) se používá „metoda postupného vrstveného řezání“, při níž je hloubka řezu každé vrstvy kontrolována v rozmezí 0,1–0,3 mm ve spojení s tuhým závitovým systémem (rozsah závitů M6–M20), čímž se zajišťuje přesnost závitového obrábění na úrovni 6H.
Zákazník zpracoval dokončené výrobky
Výsledky implementace plně odpovídají standardům vybavení high-end třídy: cyklus zpracování jednotlivých dílů byl zkrácen z 120 minut na 65 minut a denní výrobní kapacita byla zvýšena z 30 na 58 kusů; profil lopatky oběžného kola je stále ovládán na hodnotě ≤ 0,025 mm, souosost mezi nábojem a lopatkou je ≤ 0,015 mm a drsnost povrchu dosahuje Ra0,4 μm, což plně splňuje požadavky systému řízení kvality leteckého průmyslu SAE AS9100; aerodynamická účinnost oběžného kola byla zvýšena o 10 % a prošla certifikací hydrodynamických vlastností podle TÜV Rheinland v Německu; životnost nástrojů se díky nízkoteplotnímu chlazení a optimalizaci parametrů prodloužila o 80 % a náklady na nástroje pro jedno lopatkové kolo byly sníženy na 450 yuanů; inteligentní systém údržby vybavený na zařízení umožňuje sledovat vibrace vřetena (vzorkovací frekvence 2 kHz) a opotřebení nástrojů v reálném čase. V kombinaci s analýzou velkých dat zpracování došlo ke zvýšení celkového využití zařízení z 72 % na 94 % a roční odstávky byly sníženy o 520 hodin.
VTC80B dosáhlo skoku od „kvalifikované výroby“ k „přesné inteligentní výrobě“ titánových oběžných kol. Technický ředitel společnosti uvedl: „Naše oběžná kola byla již úspěšně nasazena v oblasti leteckých motorů a plynových turbín. Nejenže prošla certifikací dodavatele u Pratt & Whitney, ale také splňuje přísný požadavek na 20 000 hodin provozu jednotlivého zařízení bez poruch. To nám vytvořilo technologickou bariéru na trhu s vysokorychlostními oběžnými koly.“ Tento případ potvrzuje, že svislé soustruhy CNC se staly klíčovým zařízením pro překonání výkonových zácp ve výrobě vysokorychlostních oběžných kol prostřednictvím hluboké integrace „víceosé koordinované architektury + přizpůsobení procesu materiálu + inteligentní přesné regulace“.
EN
