Nel settore aerospaziale e delle attrezzature per l'energia, le giranti, in quanto componenti meccanici fondamentali, determinano direttamente l'efficienza e la stabilità operativa delle macchine fluidodinamiche sulla base della precisione del profilo delle pale (profilo richiesto ≤ 0,03 mm) e della coassialità tra mozzo e pale (≤ 0,02 mm). Un produttore di giranti di alta gamma sta affrontando un collo di bottiglia nei processi tradizionali durante la lavorazione di una girante centrifuga in lega di titanio di dimensioni Φ 300-500 mm: è necessario eseguire tre fasi lavorative: "sbozzatura del mozzo su macchina verticale → fresatura di precisione delle pale al centro di lavoro a cinque assi → rifinitura del riferimento su tornio orizzontale", con conseguenti errori di profilo delle pale superiori a 0,06-0,08 mm dovuti a ripetuti serraggi, una perdita di efficienza aerodinamica del 12% dopo il montaggio della girante e un ciclo di lavorazione per singolo pezzo fino a 120 minuti; allo stesso tempo, la lega di titanio (TC4) presenta elevata resistenza a caldo e notevole deformazione durante il taglio, con un tasso di usura dell'utensile pari a tre volte quello degli acciai, e un costo degli utensili per singola girante superiore agli 800 yuan.
Per superare questa difficoltà, l'azienda ha introdotto il Centro Composito di Tornitura e Fresatura Verticale CNC Demagesen Precision VTC80B per realizzare un sistema esclusivo di lavorazione pale "a serraggio unico, processo completo". L'attrezzatura adotta un basamento in materiale minerale (con un miglioramento del 70% nelle prestazioni di riduzione delle vibrazioni rispetto alla ghisa), dinamicamente compensato mediante interferometro laser (accuratezza di posizionamento compensata a ± 0,007 mm), abbinato a un asse C azionato da motore torque (accuratezza di divisione ± 2,5 "), la rigidità strutturale è stata ottimizzata tramite analisi agli elementi finiti, e la rigidezza radiale al taglio raggiunge i 28 kN/mm, consentendo di sopportare stabilmente la forza radiale di 18 kN durante la lavorazione ad alta velocità delle leghe di titanio; dotato del sistema CNC Siemens 840D SL e di una sonda di misura a contatto montata sulla macchina (accuratezza di misura ± 0,001 mm), permette la misurazione e la compensazione in tempo reale del profilo della pala, soddisfacendo con precisione il rigoroso requisito sul grado di profilo ≤ 0,025 mm. In risposta alle caratteristiche di lavorazione delle leghe di titanio, l'attrezzatura è dotata di un sistema di raffreddamento a azoto liquido (con la temperatura della zona di taglio controllata a -10 ℃) e utensili in carburo a grana ultrafine (comprensivi di rivestimento TaC, durezza HRC68), che efficacemente sopprimono l'indurimento superficiale e l'adesione dell'utensile.
Scenari di utilizzo del cliente
In termini di innovazione tecnologica, l'attrezzatura ha raggiunto un doppio breakthrough in termini di "integrazione del processo + controllo preciso della superficie" nella lavorazione delle giranti: integra un mandrino a pressione statica Φ 1000 mm (velocità massima 1000 giri/min), una torretta motorizzata a 8 stazioni (corsa asse Y ± 100 mm) e una testa fresatrice a cinque assi collegati (angolo di oscillazione ± 120 °), che permette di eseguire in un'unica operazione la tornitura di precisione del cerchio esterno del mozzo (tolleranza IT6), la fresatura di precisione della superficie delle pale (contorno ≤ 0,025 mm), la foratura dei fori di bilanciamento (precisione posizionale ≤ 0,05 mm) e la rettifica della faccia di riferimento (pianarità ≤ 0,01 mm). Per la lavorazione di profili complessi delle pale, viene adottato un innovativo "processo di avanzamento adattivo": sulla base dei dati di misurazione effettuati direttamente sulla macchina, i parametri di taglio (avanzamento 30-80 mm/min) vengono regolati in tempo reale tramite algoritmi di intelligenza artificiale, aumentando del 40% il tasso di rimozione del materiale pur garantendo precisione; per affrontare il problema della deformazione delle pale in lega di titanio con pareti sottili (spessore 3-5 mm), si adotta il "metodo di taglio progressivo stratificato", con la profondità di taglio di ogni strato controllata tra 0,1 e 0,3 mm, abbinato a un sistema rigido di maschiatura (intervallo di maschiatura M6-M20), per garantire una precisione di lavorazione filettata di livello 6H.
Il cliente ha elaborato prodotti finiti
I risultati dell'implementazione sono pienamente conformi agli standard delle attrezzature di fascia alta: il ciclo di lavorazione per singolo pezzo è stato ridotto da 120 minuti a 65 minuti, e la capacità produttiva giornaliera è aumentata da 30 pezzi a 58 pezzi; Il profilo della pala del girante è stabilmente controllato entro ≤ 0,025 mm, la coassialità tra mozzo e pala è ≤ 0,015 mm, e la rugosità superficiale raggiunge Ra0,4 μm, soddisfacendo pienamente i requisiti del sistema di gestione qualità aerospaziale SAE AS9100; L'efficienza aerodinamica del girante è migliorata del 10% ed ha superato la certificazione delle prestazioni fluidodinamiche di TÜV Rheinland in Germania; La durata degli utensili è aumentata dell'80% grazie al raffreddamento a bassa temperatura e all'ottimizzazione dei parametri, e il costo degli utensili per singola ruota palettata è stato ridotto a 450 yuan; Il sistema intelligente di manutenzione installato sull'attrezzatura può monitorare in tempo reale le vibrazioni del mandrino (frequenza di campionamento di 2 kHz) e l'usura degli utensili. Combinato con l'analisi dei dati di grandi dimensioni della lavorazione, il tasso di utilizzo complessivo dell'attrezzatura è aumentato dal 72% al 94%, e l'arresto annuo è stato ridotto di 520 ore.
VTC80B ha compiuto un salto dal 'manufacturing qualificato' al 'manufacturing intelligente di precisione' di giranti in lega di titanio. "Il direttore tecnico dell'azienda ha dichiarato: 'Le nostre giranti sono ora state applicate con successo nei settori dei motori aeronautici e delle turbine a gas. Non solo hanno superato la certificazione fornitore di Pratt&Whitney, ma soddisfano anche il rigoroso requisito di 20.000 ore di funzionamento continuo senza guasti. Questo ha creato per noi una barriera tecnologica nel mercato delle giranti di fascia alta'." Questo caso conferma che i torni verticali CNC sono diventati l'equipaggiamento fondamentale per superare i colli di bottiglia prestazionali nel campo della produzione di giranti di alto livello grazie all'integrazione profonda tra "architettura multi-asse collaborativa + adattamento del processo materiale + controllo intelligente di precisione".
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