В области аэрокосмического и энергетического оборудования рабочие колеса, являясь ключевыми силовыми компонентами, напрямую определяют эффективность и эксплуатационную стабильность гидравлических машин в зависимости от точности профиля лопаток (требуемый профиль ≤ 0,03 мм) и соосности между ступицей и лопатками (≤ 0,02 мм). Производитель высокоточных рабочих колёс сталкивается с технологическим узлом при обработке центробежного титанового рабочего колеса диаметром Φ 300–500 мм: требуется выполнить три операции — «черновое фрезерование ступицы на вертикально-фрезерном станке → чистовое фрезерование лопаток на пятикоординатном обрабатывающем центре → подрезка базы на горизонтальном токарном станке», многократная установка приводит к отклонению профиля лопаток более чем на 0,06–0,08 мм, после сборки рабочего колеса теряется 12 % аэродинамической эффективности, а цикл обработки одного изделия достигает 120 минут; одновременно титановый сплав (TC4) обладает высокой прочностью при повышенных температурах и значительной деформацией при резании, износ инструмента в три раза выше, чем при обработке стальных деталей, а стоимость инструментов для обработки одного колеса с лопатками превышает 800 юаней.
Чтобы преодолеть эту дилемму, компания внедрила высокоточный вертикальный токарно-фрезерный обрабатывающий центр с ЧПУ Demagesen VTC80B для создания эксклюзивной системы обработки «полного процесса за одну установку» для рабочих колёс. Оборудование оснащено корпусом из минерального литейного материала (снижение вибрации улучшено на 70 % по сравнению с чугуном), динамическая компенсация выполняется с помощью лазерного интерферометра (точность позиционирования скомпенсирована до ±0,007 мм), в сочетании с осью C, приводимой торцевым двигателем (точность деления ±2,5 "), оптимизация жесткости конструкции выполнена методом конечных элементов, радиальная жесткость при резании достигает 28 кН/мм, что позволяет стабильно выдерживать радиальную силу 18 кН при высокоскоростной обработке титанового сплава; оборудование оснащено системой ЧПУ Siemens 840D SL и контактным измерительным щупом на станке (точность измерения ±0,001 мм), что обеспечивает оперативное измерение и компенсацию профиля лопасти, точно соответствующее строгому требованию допуска контура ≤ 0,025 мм. В ответ на особенности обработки титановых сплавов оборудование оснащено системой охлаждения жидким азотом (температура в зоне резания контролируется на уровне -10 ℃) и сверхмелкозернистыми карбидными режущими инструментами (включая покрытие TaC, твердость HRC68), эффективно подавляющими наклёп и прилипание инструмента.
Сценарии использования клиентами
С точки зрения технологических инноваций, оборудование достигло двойного прорыва в обработке рабочих колёс за счёт «интеграции процессов + точного контроля поверхности»: объединение статического шпинделя диаметром Φ 1000 мм (максимальная скорость 1000 об/мин), вращающейся башни на 8 станций (ход по оси Y ±100 мм) и фрезерной головки с пятикоординатной связью (диапазон поворота ±120°), что позволяет за одну установку выполнить точное токарное профилирование наружной окружности ступицы колеса (допуск IT6), точное фрезерование поверхности лопаток (отклонение контура ≤ 0,025 мм), сверление отверстий для балансировки (точность позиционирования ≤ 0,05 мм) и шлифовку базовой торцевой поверхности (плоскостность ≤ 0,01 мм). При обработке сложных профилей лопаток применяется инновационный «адаптивный подачный процесс»: на основе данных измерений, выполняемых на станке, параметры резания (скорость подачи 30–80 мм/мин) корректируются в режиме реального времени с помощью алгоритмов искусственного интеллекта, что обеспечивает увеличение скорости съёма материала на 40 % при сохранении точности. Для решения проблемы деформации тонкостенных лопаток из титанового сплава (толщина стенки 3–5 мм) используется «метод многослойной поступательной обработки», при котором глубина резания на каждом слое контролируется в пределах 0,1–0,3 мм, в сочетании с жёсткой системой нарезания резьбы (диапазон резьбы M6–M20), что гарантирует точность обработки резьбы по классу 6H.
Клиент обработал готовую продукцию
Результаты внедрения полностью соответствуют стандартам высокотехнологичного оборудования: цикл обработки одного изделия сократился с 120 минут до 65 минут, суточная производительность увеличилась с 30 до 58 штук; профиль лопасти рабочего колеса стабильно контролируется на уровне ≤ 0,025 мм, соосность между ступицей и лопастью составляет ≤ 0,015 мм, шероховатость поверхности достигает Ra0,4 мкм, что в полной мере отвечает требованиям аэрокосмической системы управления качеством SAE AS9100; аэродинамическая эффективность рабочего колеса повышена на 10 % и подтверждена сертификацией гидродинамических характеристик TÜV Rheinland в Германии; срок службы инструмента увеличился на 80 % благодаря низкотемпературному охлаждению и оптимизации параметров, стоимость инструментов для одного колеса снизилась до 450 юаней; система интеллектуального обслуживания, установленная на оборудовании, обеспечивает реальное наблюдение за вибрацией шпинделя (частота выборки 2 кГц) и износом инструмента. В сочетании с анализом больших данных обработки общая степень использования оборудования возросла с 72 % до 94 %, годовое время простоя сократилось на 520 часов.
VTC80B достиг прорыва от «квалифицированного производства» к «прецизионному интеллектуальному производству» титановых рабочих колёс. «Нашим рабочим колёсам удалось успешно внедриться в области авиационных двигателей и газовых турбин, — заявил технический директор компании. — Они не только прошли сертификацию поставщика Pratt & Whitney, но и соответствуют строгому требованию эксплуатации без отказов в течение 20 000 часов на одном агрегате. Это создало для нас технологический барьер на рынке высококлассных рабочих колёс». Данный пример подтверждает, что вертикально-токарные станки с ЧПУ стали ключевым оборудованием для преодоления эксплуатационных ограничений в сфере производства высококачественных рабочих колёс благодаря глубокой интеграции «многокоординатной совместной архитектуры + адаптации технологических процессов обработки материалов + интеллектуального точностного управления».
EN
