โซลูชันการกลึงความแม่นยำสำหรับใบพัดเทอร์ไบน์โลหะผสมไทเทเนียม

ในด้านการบินอวกาศและอุปกรณ์พลังงาน ใบพัดเทอร์ไบน์ (impellers) ในฐานะชิ้นส่วนขับเคลื่อนหลัก กำหนดประสิทธิภาพและความเสถียรในการทำงานของเครื่องจักรที่ใช้ของไหล ตามความแม่นยำของรูปร่างใบพัด (ค่าความคลาดเคลื่อนที่กำหนด ≤ 0.03 มม.) และความร่วมศูนย์ระหว่างแกนกลางกับใบพัด (≤ 0.02 มม.) ผู้ผลิตใบพัดเทอร์ไบน์ระดับไฮเอนด์กำลังเผชิญกับข้อจำกัดของกระบวนการเดิม ขณะทำการกลึงใบพัดเหวี่ยงจากโลหะผสมไทเทเนียมขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง Φ 300-500 มม. ซึ่งต้องผ่านกระบวนการสามขั้นตอน ได้แก่ "กัดหยาบแกนกลางด้วยเครื่องกัดแนวตั้ง → กัดใบพัดละเอียดด้วยเครื่องกัดแบบห้าแกน → แต่งขอบมาตราฐานด้วยเครื่องกลึงแนวนอน" การจับยึดหลายครั้งทำให้เกิดความเบี่ยงเบนของรูปร่างใบพัดเกินกว่า 0.06-0.08 มม. ส่งผลให้ประสิทธิภาพเชิงอากาศพลศาสตร์ลดลง 12% หลังประกอบใบพัดเทอร์ไบน์ และใช้เวลาในการผลิตแต่ละชิ้นนานถึง 120 นาที; ในเวลาเดียวกัน โลหะผสมไทเทเนียม (TC4) มีความแข็งแรงสูงที่อุณหภูมิสูง และเกิดการเปลี่ยนรูปร่างมากขณะตัดเฉือน อัตราการสึกหรอของเครื่องมือตัดสูงเป็นสามเท่าของชิ้นส่วนเหล็ก และต้นทุนเครื่องมือตัดสำหรับแต่ละใบพัดหนึ่งชิ้นเกินกว่า 800 หยวน
เพื่อแก้ไขทางตันนี้ บริษัทฯ ได้นำเสนอศูนย์เครื่องจักรกลซีเอ็นซีแนวตั้งแบบกัดและกลึงคอมโพสิต Demagesen Precision VTC80B เพื่อสร้างระบบการผลิตใบพัดแบบเฉพาะทางที่ใช้กระบวนการครบวงจรในขั้นตอนเดียวโดยไม่ต้องจับยึดใหม่ อุปกรณ์นี้ใช้โครงเครื่องที่ทำจากเรซินคอนกรีต (มีประสิทธิภาพในการลดการสั่นสะเทือนดีขึ้น 70% เมื่อเทียบกับเหล็กหล่อ) ซึ่งได้รับการชดเชยค่าความแม่นยำแบบไดนามิกด้วยเลเซอร์อินเตอร์เฟอร์โอมิเตอร์ (ชดเชยความแม่นยำในการกำหนดตำแหน่งให้อยู่ที่ ±0.007 มม.) ร่วมกับแกน C ที่ขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์แรงบิด (ความแม่นยำในการแบ่งตำแหน่ง ±2.5 ลิปดา) ความแข็งแกร่งของโครงสร้างได้รับการปรับแต่งให้เหมาะสมผ่านการวิเคราะห์ด้วยวิธีไฟไนต์อีลิเมนต์ โดยความแข็งของการตัดตามแนวรัศมีอยู่ที่ 28 กิโลนิวตัน/มม. ซึ่งสามารถรองรับแรงตัดตามแนวรัศมี 18 กิโลนิวตันได้อย่างมั่นคงขณะตัดด้วยความเร็วสูงของโลหะผสมไทเทเนียม; อุปกรณ์มาพร้อมระบบซีเอ็นซี Siemens 840D SL และโพรบวัดขนาดชนิดสัมผัสที่ติดตั้งอยู่บนเครื่องจักร (ความแม่นยำในการวัด ±0.001 มม.) ทำให้สามารถวัดและชดเชยรูปทรงของใบพัดแบบเรียลไทม์ ตรงตามข้อกำหนดที่เข้มงวดเกี่ยวกับความคลาดเคลื่อนของรูปร่างไม่เกิน 0.025 มม. อย่างแม่นยำ ตอบสนองต่อคุณสมบัติการประมวลผลของโลหะผสมไทเทเนียม อุปกรณ์นี้ยังติดตั้งระบบระบายความร้อนด้วยไนโตรเจนเหลว (ควบคุมอุณหภูมิบริเวณตัดที่ -10 องศาเซลเซียส) และเครื่องมือตัดคาร์ไบด์เม็ดละเอียดเป็นพิเศษ (รวมถึงเคลือบ TaC ความแข็ง HRC68) ซึ่งสามารถยับยั้งการเกิดฮาร์ดเดนนิ่งของชิ้นงานและการยึดติดของเครื่องมือตัดได้อย่างมีประสิทธิภาพ

สถานการณ์การใช้งานของลูกค้า
ในด้านนวัตกรรมเทคโนโลยี อุปกรณ์ได้บรรลุความก้าวหน้าสองประการของ "การบูรณาการกระบวนการ + การควบคุมพื้นผิวที่แม่นยำ" ในงานกลึงใบพัด: การบูรณาการแกนแรงดันคงที่ Φ 1,000 มม. (ความเร็วสูงสุด 1,000 รอบ/นาที) ป้อมปืนกำลัง 8 สถานี (ระยะชักแกน Y ± 100 มม.) และหัวกัดแบบเชื่อมโยงห้าแกน (ช่วงแกว่ง ± 120 °) ซึ่งสามารถทำกลึงวงกลมด้านนอกของดุมล้อได้อย่างแม่นยำ (ค่าความคลาดเคลื่อน IT6) การกัดพื้นผิวใบมีดอย่างแม่นยำ (รูปทรง ≤ 0.025 มม.) การเจาะรูสมดุล (ความแม่นยำของตำแหน่ง ≤ 0.05 มม.) และการเจียรหน้าปลายมาตรฐาน (ความเรียบ ≤ 0.01 มม.) ได้ในคราวเดียว สำหรับการประมวลผลโปรไฟล์ใบมีดที่ซับซ้อนนั้น ได้นำ "กระบวนการป้อนแบบปรับได้" ที่เป็นนวัตกรรมมาใช้ โดยอิงตามข้อมูลการวัดบนเครื่อง พารามิเตอร์การตัด (อัตราป้อน 30-80 มม./นาที) จะถูกปรับแบบเรียลไทม์ผ่านอัลกอริทึม AI และอัตราการกำจัดวัสดุจะเพิ่มขึ้น 40% พร้อมทั้งรับประกันความแม่นยำ ในการตอบสนองต่อปัญหาการเสียรูปของใบมีดผนังบางโลหะผสมไททาเนียม (ความหนาของผนัง 3-5 มม.) จึงได้นำ "วิธีการตัดแบบก้าวหน้าแบบเป็นชั้น" มาใช้ โดยควบคุมความลึกของการตัดแต่ละชั้นที่ 0.1-0.3 มม. ร่วมกับระบบการต๊าปแบบแข็ง (ช่วงการต๊าป M6-M20) เพื่อรับประกันความแม่นยำในการกัดเกลียวที่ระดับ 6H

ลูกค้าประมวลผลสินค้าสำเร็จรูป
ผลการดำเนินงานสอดคล้องอย่างเต็มที่กับมาตรฐานอุปกรณ์ระดับไฮเอนด์: รอบการประมวลผลต่อชิ้นงานลดลงจาก 120 นาที เหลือ 65 นาที และสามารถเพิ่มกำลังการผลิตต่อวันจาก 30 ชิ้น เป็น 58 ชิ้น; รูปทรงโปรไฟล์ของใบพัดเทอร์ไบน์ถูกควบคุมอย่างมั่นคงที่ ≤ 0.025 มม. ความร่วมศูนย์กลางระหว่างแกนและใบพัดอยู่ที่ ≤ 0.015 มม. และความหยาบผิวสำเร็จที่ Ra0.4 ไมครอน ซึ่งสอดคล้องตามข้อกำหนดของระบบบริหารคุณภาพอากาศยาน SAE AS9100 อย่างครบถ้วน; ประสิทธิภาพเชิงพลศาสตร์ของใบพัดเพิ่มขึ้น 10% และผ่านการรับรองสมรรถนะทางพลศาสตร์ของไหลจาก TÜV Rheinland ในประเทศเยอรมนีแล้ว; อายุการใช้งานของเครื่องมือเพิ่มขึ้น 80% เนื่องจากการทำความเย็นในอุณหภูมิต่ำและการปรับแต่งพารามิเตอร์ ทำให้ต้นทุนเครื่องมือต่อชุดใบพัดลดลงเหลือ 450 หยวน; ระบบบำรุงรักษาอัจฉริยะที่ติดตั้งบนอุปกรณ์สามารถตรวจสอบการสั่นสะเทือนของแกนหมุน (ความถี่ในการสุ่มตัวอย่าง 2 กิโลเฮิรตซ์) และการสึกหรอของเครื่องมือแบบเรียลไทม์ ร่วมกับการวิเคราะห์ข้อมูลขนาดใหญ่ของการประมวลผล ทำให้อัตราการใช้งานโดยรวมของอุปกรณ์เพิ่มขึ้นจาก 72% เป็น 94% และชั่วโมงการหยุดทำงานต่อปีลดลง 520 ชั่วโมง
VTC80B ได้ก้าวกระโดดจากการผลิตที่ 'ผ่านเกณฑ์' ไปสู่การ 'ผลิตอัจฉริยะแบบแม่นยำ' ใบพัดโลหะผสมไทเทเนียม ผู้อำนวยการด้านเทคนิคของบริษัทกล่าวว่า 'ตอนนี้ใบพัดของเราถูกนำไปใช้งานอย่างประสบความสำเร็จในด้านเครื่องยนต์การบินและกังหันก๊าซ ไม่เพียงแต่ผ่านการรับรองผู้จัดจำหน่ายจาก Pratt & Whitney เท่านั้น แต่ยังตอบสนองข้อกำหนดอย่างเข้มงวดในการทำงานต่อเนื่อง 20,000 ชั่วโมงโดยไม่เกิดข้อผิดพลาด ซึ่งได้สร้างกำแพงเทคโนโลยีให้เราในตลาดใบพัดระดับไฮเอนด์แล้ว' กรณีนี้ยืนยันว่า เครื่องกลึงแนวตั้ง CNC ได้กลายเป็นอุปกรณ์หลักในการฝ่าฟันข้อจำกัดด้านประสิทธิภาพในวงการผลิตใบพัดระดับสูง โดยอาศัยการผสานรวมอย่างลึกซึ้งระหว่าง "สถาปัตยกรรมการทำงานร่วมกันหลายแกน + การปรับตัวกระบวนการวัสดุ + การควบคุมความแม่นยำอัจฉริยะ"