راه‌حل ماشین‌کاری دقیق برای پروانه مرکزگری آلیاژ تیتانیوم

در حوزه تجهیزات هوافضا و انرژی، پره‌های مرکزگریز به عنوان اجزای کلیدی قدرت، به طور مستقیم بازده و پایداری عملیاتی ماشین‌های سیالاتی را بر اساس دقت نمایه پره (نمایه مورد نیاز ≤ 0.03 میلی‌متر) و هم‌محوری بین مغزه و پره‌ها (≤ 0.02 میلی‌متر) تعیین می‌کنند. یک تولیدکننده پیشرفته پره در هنگام پردازش یک پره مرکزگریز آلیاژ تیتانیومی با قطر Φ 300-500 میلی‌متر با محدودیت فرآیند سنتی مواجه است: این فرآیند شامل سه مرحله "خرداکاری اولیه مغزه روی دستگاه فرز عمودی → فرز دقیق پره با دستگاه فرز پنج محوره → برش نهایی و تنظیم مرجع روی چرخ‌دنده افقی" است که در آن، بست‌های متعدد منجر به انحراف نمایه پره بیش از 0.06-0.08 میلی‌متر می‌شود، پس از مونتاژ پره، بازده آیرودینامیکی 12٪ کاهش می‌یابد و چرخه پردازش هر قطعه تا 120 دقیقه طول می‌کشد؛ همزمان با این موضوع، آلیاژ تیتانیوم (TC4) دارای استحکام بالا در دمای بالا و تغییر شکل بزرگ در هنگام برش است. نرخ سایش ابزار سه برابر قطعات فولادی است و هزینه ابزارهای هر چرخ پره تکی از 800 یوان چینی فراتر می‌رود.
برای حل این معضل، شرکت مرکز ترکیبی فرزکاری و خمش عمودی دستگاه کنترل عددی دقیق Demagesen Precision VTC80B را معرفی کرده است تا سیستم اختصاصی ماشین‌کاری «یک بار درگیری، فرآیند کامل» پره‌ها ایجاد شود. این تجهیزات از بدنه ریخته‌گری معدنی بهره می‌برند (که عملکرد کاهش ارتعاش آن نسبت به چدن 70٪ بهتر است) و از طریق تداخل‌سنج لیزری به‌صورت پویا جبران موقعیت می‌شود (دقت موقعیت‌گذاری تا ± 0.007 میلی‌متر جبران شده است)، همراه با محور C که توسط موتور گشتاوری راه‌اندازی می‌شود (دقت تقسیم‌بندی ± 2.5 اینچ). صلبیت ساختاری از طریق تحلیل المان محدود بهینه شده و سفتی برش شعاعی به 28 کیلو‌نیوتن/میلی‌متر می‌رسد که می‌تواند به‌طور پایدار نیروی شعاعی 18 کیلو‌نیوتن را در حین برش سریع آلیاژ تیتانیوم تحمل کند؛ این دستگاه مجهز به سیستم کنترل عددی سیمنس 840D SL و همچنین سوند تماسی اندازه‌گیری روی دستگاه (دقت اندازه‌گیری ± 0.001 میلی‌متر) است که اندازه‌گیری و جبران لحظه‌ای پروفایل پره را ممکن می‌سازد و دقیقاً با الزامات سفت و سخت درجه پیوستگی ≤ 0.025 میلی‌متر تطابق دارد. در پاسخ به ویژگی‌های ماشین‌کاری آلیاژهای تیتانیوم، این تجهیزات مجهز به سیستم خنک‌کنندگی نیتروژن مایع (با کنترل دمای منطقه برش در دمای 10- درجه سانتی‌گراد) و ابزارهای برشی کاربیدی با دانه‌های فوق‌العاده ریز (شامل پوشش TaC، سختی HRC68) است که به‌طور مؤثر از سخت‌شدگی کار و چسبندگی ابزار جلوگیری می‌کند.

سناریوهای استفاده مشتری
از نظر نوآوری فناوری، تجهیزات دستاورد دوگانه‌ای در ماشینکاری پروانه با عنوان «ادغام فرآیند + کنترل دقیق سطح» به دست آورده است: ادغام یک متهٔ ایستای Φ 1000mm (حداکثر سرعت 1000 دور بر دقیقه)، یک برج قدرت 8 ایستگاهی (حرکت محور Y به میزان ±100mm) و یک سر میلینگ پنج محوره (دامنهٔ حرکت دورانی ±120 درجه)، که امکان انجام همزمان خراش دقیق دایرهٔ خارجی هاب چرخ (تحمل IT6)، فرزکاری دقیق سطح پره (پروفایل ≤ 0.025mm)، سوراخکاری منافذ تعادل (دقت موقعیتی ≤ 0.05mm) و سنگزنی صفحهٔ مرجع (تختی ≤ 0.01mm) را فراهم می‌کند. برای ماشینکاری پروفایل‌های پیچیدهٔ پره، از «فرآیند پیشروی انطباقی» نوآورانه استفاده می‌شود: بر اساس داده‌های اندازه‌گیری درون ماشین، پارامترهای برش (سرعت پیشروی 30-80mm/دقیقه) به‌صورت بلادرنگ توسط الگوریتم‌های هوش مصنوعی تنظیم می‌شوند و این امر ضمن حفظ دقت، نرخ برداشت مواد را تا 40٪ افزایش می‌دهد؛ همچنین برای مقابله با مشکل تغییر شکل پره‌های آلیاژ تیتانیوم با دیواره نازک (ضخامت دیواره 3-5mm)، از «روش برش تدریجی لایه‌ای» استفاده می‌شود، به‌طوری‌که عمق برش هر لایه در محدودهٔ 0.1-0.3mm کنترل می‌شود و همراه با سیستم تراپینگ صلب (محدودهٔ تراپینگ M6-M20) دقت ماشینکاری رزوه را در سطح 6H تضمین می‌کند.

مشتری محصولات نهایی را پردازش کرد
نتایج اجرایی کاملاً مطابق با استانداردهای تجهیزات درجه‌یک است: چرخه پردازش هر قطعه از 120 دقیقه به 65 دقیقه کاهش یافته و ظرفیت تولید روزانه از 30 قطعه به 58 قطعه افزایش پیدا کرده است؛ نمای کلی پره‌ی پروانه به طور پایدار در حدود ≤ 0.025 میلی‌متر کنترل می‌شود، هم‌محوری بین هاب و پره ≤ 0.015 میلی‌متر است و زبری سطح به Ra0.4 میکرومتر می‌رسد که کاملاً الزامات سیستم مدیریت کیفیت هوافضای SAE AS9100 را برآورده می‌کند؛ بازده آیرودینامیکی پروانه 10٪ بهبود یافته و گواهی عملکرد دینامیک سیالات TÜV Rheinland آلمان را به دست آورده است؛ عمر ابزار به دلیل خنک‌کاری دمای پایین و بهینه‌سازی پارامترها 80٪ افزایش یافته و هزینه ابزار چرخه تک‌پره‌ای به 450 یوان کاهش یافته است؛ سیستم نگهداری هوشمند نصب‌شده روی تجهیزات قادر است لرزش اسپیندل (با فرکانس نمونه‌برداری 2 کیلوهرتز) و سایش ابزار را به صورت زمان واقعی پایش کند. این سیستم همراه با تحلیل داده‌های بزرگ فرآیند تولید، موجب افزایش نرخ استفاده ترکیبی از 72٪ به 94٪ شده و زمان توقف سالانه را به میزان 520 ساعت کاهش داده است.
VTC80B دستاوردی بزرگ در انتقال از «تولید متعارف» به «تولید هوشمند دقیق» پره‌های آلیاژ تیتانیوم به دست آورده است. مدیر فنی شرکت اظهار داشت: «پره‌های ما اکنون با موفقیت در زمینه‌های موتورهای هواپیما و توربین‌های گازی به کار گرفته شده‌اند. نه تنها گواهی تأمین‌کننده شرکت پرت اند ویتنی را کسب کرده‌ایم، بلکه به الزامات سخت‌گیرانه 20000 ساعت کارکرد بدون خطا در هر دستگاه نیز پاسخ داده‌ایم. این امر مانع فنی برای ما در بازار پره‌های درجه‌بالا ایجاد کرده است.» این مورد تأیید می‌کند که ماشین‌های تراش عمودی CNC از طریق ادغام عمیق «معماری هماهنگ چند محوره + سازگاری فرآیند مواد + کنترل هوشمند دقیق» به تجهیزات اصلی شکستن موانع عملکردی در حوزه تولید پره‌های درجه‌بالا تبدیل شده‌اند.