Dans le domaine de l'aérospatiale et des équipements énergétiques, les turbines, en tant que composants moteurs clés, déterminent directement l'efficacité et la stabilité de fonctionnement des machines fluides selon la précision du profil des pales (profil requis ≤ 0,03 mm) et la coaxialité entre le moyeu et les pales (≤ 0,02 mm). Un fabricant haut de gamme de turbines rencontre un goulot d'étranglement lié à un procédé traditionnel lors du traitement d'une turbine centrifuge en alliage de titane de Φ 300-500 mm : il doit passer par trois étapes successives : « ébauchage sur fraiseuse verticale du moyeu → finition de la pale sur centre d'usinage à cinq axes → dressage du repère sur tour horizontal », ce qui entraîne, à cause de plusieurs reprises, une déviation du profil de pale dépassant 0,06-0,08 mm, une perte d'efficacité aérodynamique de 12 % après assemblage de la turbine, et un cycle de traitement unitaire pouvant atteindre 120 minutes ; par ailleurs, l'alliage de titane (TC4) présente une résistance élevée à haute température et une grande déformation en usinage. Le taux d'usure de l'outil est trois fois supérieur à celui des pièces en acier, et le coût des outils par roue de pale dépasse 800 yuans.
Pour surmonter ce dilemme, l'entreprise a introduit le centre d'usinage composite vertical de tournage et de fraisage CNC Demagesen Precision VTC80B afin de créer un système exclusif d'usinage « en une seule prise, processus complet » pour les turbines. L'équipement adopte un bâti en fonte minérale (avec une amélioration de 70 % des performances de réduction des vibrations par rapport à la fonte), dynamiquement compensé par un interféromètre laser (précision de positionnement compensée à ± 0,007 mm), combiné à un axe C entraîné par un moteur couple (précision de division angulaire ± 2,5 "), dont la rigidité structurelle est optimisée par analyse par éléments finis, et dont la raideur radiale en coupe atteint 28 kN/mm, permettant de supporter de manière stable la force radiale de 18 kN durant l'usinage à grande vitesse des alliages de titane ; équipé du système CNC Siemens 840D SL et d'une sonde de mesure en machine à contact (précision de mesure ± 0,001 mm), il permet la mesure en temps réel et la compensation du profil des pales, répondant précisément à la spécification stricte de tolérance de forme ≤ 0,025 mm. En réponse aux caractéristiques d'usinage des alliages de titane, l'équipement est doté d'un système de refroidissement à azote liquide (température de la zone de coupe contrôlée à -10 °C) et d'outils en carbure à grains ultrafins (y compris revêtement TaC, dureté HRC68), supprimant efficacement le durcissement superficiel et l'adhérence de l'outil.
Scénarios d'utilisation client
En matière d'innovation technologique, l'équipement a réalisé une double percée en « intégration des procédés + contrôle précis de la surface » dans l'usinage des roues de turbine : il intègre une broche à pression statique Φ 1000 mm (vitesse maximale 1000 tr/min), un tourelle motorisée à 8 postes (course de l'axe Y ± 100 mm) et une tête de fraisage à liaison cinq axes (angle d'oscillation ± 120 °), permettant d'effectuer en une seule opération le tournage de précision du diamètre extérieur du moyeu (tolérance IT6), la fraise de précision de la surface de la pale (contour ≤ 0,025 mm), le perçage des trous d'équilibrage (précision de positionnement ≤ 0,05 mm) et le meulage de la face de référence (planéité ≤ 0,01 mm). Pour l'usinage de profils complexes de pales, un « procédé d'avance adaptative » innovant est adopté : sur la base de données de mesure en machine, les paramètres de coupe (avance 30-80 mm/min) sont ajustés en temps réel par des algorithmes d'intelligence artificielle, ce qui augmente le taux d'enlèvement de matière de 40 % tout en garantissant la précision. Face au problème de déformation des pales en alliage de titane à paroi mince (épaisseur de paroi 3-5 mm), la méthode de « coupe progressive en couches » est utilisée, avec une profondeur de coupe par couche contrôlée entre 0,1 et 0,3 mm, combinée à un système rigide de taraudage (plage de taraudage M6-M20), afin d'assurer une précision d'usinage des filetages de niveau 6H.
Le client a traité les produits finis
Les résultats de mise en œuvre sont entièrement conformes aux normes des équipements haut de gamme : le cycle de traitement par pièce a été réduit de 120 minutes à 65 minutes, et la capacité de production journalière est passée de 30 pièces à 58 pièces ; Le profil de la pale de l'inducteur est stablement contrôlé à ≤ 0,025 mm, la coaxialité entre le moyeu et la pale est ≤ 0,015 mm, et la rugosité de surface atteint Ra0,4 μm, répondant pleinement aux exigences du système de management qualité aérospatial SAE AS9100 ; L'efficacité aérodynamique de l'inducteur a été améliorée de 10 % et a passé la certification des performances fluidodynamiques de TÜV Rheinland en Allemagne ; La durée de vie des outils a été prolongée de 80 % grâce au refroidissement à basse température et à l'optimisation des paramètres, et le coût unitaire des outils pour roue à aubes a été réduit à 450 yuans ; Le système de maintenance intelligente intégré à l'équipement permet de surveiller en temps réel les vibrations de la broche (fréquence d'échantillonnage de 2 kHz) et l'usure des outils. Combiné à l'analyse des données massives de production, le taux d'utilisation global de l'équipement est passé de 72 % à 94 %, et l'arrêt annuel a été réduit de 520 heures.
Le VTC80B a permis un saut décisif, passant d'une 'fabrication conforme' à une 'fabrication intelligente de précision' des roues de turbine en alliage de titane. » Le directeur technique de l'entreprise a déclaré : « Nos roues de turbine sont désormais utilisées avec succès dans les moteurs d'aviation et les turbines à gaz. Elles ont non seulement obtenu la certification fournisseur de Pratt & Whitney, mais répondent également à la exigence stricte de 20 000 heures de fonctionnement sans panne par machine. Cela nous a permis d'établir une barrière technologique sur le marché haut de gamme des roues de turbine. » Ce cas confirme que les tours verticaux à commande numérique sont devenus des équipements clés pour surmonter les goulots d'étranglement de performance dans la fabrication de roues de turbine haut de gamme, grâce à l'intégration approfondie de la "structure multiaxe collaborative + adaptation aux procédés matériaux + contrôle intelligent de précision".
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