У галузі авіаційно-космічної промисловості та енергетичного обладнання робочі колеса, як ключові силові компоненти, безпосередньо визначають ефективність і експлуатаційну стабільність проточних машин завдяки точності профілю лопатей (вимога до профілю ≤ 0,03 мм) та коаксіальності між ступицею та лопатями (≤ 0,02 мм). Виробник високопродуктивних робочих коліс стикається з обмеженням традиційного технологічного процесу під час обробки центробіжного робочого колеса з титанового сплаву діаметром Φ 300–500 мм: потрібно виконувати три операції — «чернове фрезерування ступиці на вертикально-фрезерному верстаті → чистове фрезерування лопатей на п’ятикоординатному обробному центрі → обточування бази на горизонтально-токарному верстаті», що призводить до багаторазового затиску. Це спричиняє відхилення профілю лопатей понад 0,06–0,08 мм, втрату аеродинамічної ефективності на рівні 12% після складання робочого колеса та тривалість обробки одного виробу до 120 хвилин. У той же час титановий сплав (ТС4) має високу міцність при підвищених температурах і значну деформацію під час різання. Знос інструменту втричі перевищує показники для сталевих деталей, а вартість інструментів для обробки одного колеса лопатей становить понад 800 юаней.
Щоб подолати цю дилему, компанія представила вертикальний токарно-фрезерний обробний центр з ЧПК Demagesen Precision VTC80B для створення спеціалізованої системи обробки «одноразове затиснення — повний процес» для робочих коліс. Обладнання має основу з мінерального лиття (покращено вібраційну стійкість на 70 % у порівнянні з чавуном), динамічна компенсація якої виконується за допомогою лазерного інтерферометра (точність позиціонування складає ± 0,007 мм), поєднана з віссю С, що приводиться двигуном-машиною (точність поділу становить ± 2,5″). Жорсткість конструкції оптимізована методом скінченних елементів, а радіальна жорсткість при різанні досягає 28 кН/мм, що дозволяє стабільно витримувати радіальну силу 18 кН під час швидкісного різання титанових сплавів; обладнання оснащене системою ЧПК Siemens 840D SL та контактним пробійником для вимірювання на верстаті (точність вимірювання ± 0,001 мм), що забезпечує реальний час вимірювання та компенсації профілю лопаті, точно відповідаючи суворим вимогам до контурності ≤ 0,025 мм. Відповідно до особливостей обробки титанових сплавів, обладнання оснащене системою охолодження рідким азотом (температура в зоні різання контролюється на рівні -10 °C) та ультрадрібнозернистими карбідними інструментами (з покриттям TaC, твердість HRC68), що ефективно запобігає зміцненню матеріалу під час обробки та прилипанню інструменту.
Сценарії використання клієнтами
З точки зору технологічних інновацій, обладнання досягло подвійного прориву «інтеграція процесів + точний контроль поверхні» при обробці робочих коліс: інтеграція статичної шпиндельної головки діаметром Φ 1000 мм (максимальна швидкість 1000 об/хв), восьмипозиційної інструментальної башти (ход осі Y ± 100 мм) та п’ятикоординатної фрезерної головки (кут повороту ± 120°), що дозволяє за один раз виконати точне токарне обточування зовнішнього кола ступиці (допуск IT6), точне фрезерування поверхні лопаті (контур ≤ 0,025 мм), свердління отворів для балансування (позиційна точність ≤ 0,05 мм) та шліфування базової торцевої поверхні (плоскість ≤ 0,01 мм). Для обробки складних профілів лопатей застосовується інноваційний «адаптивний подачів процес»: на основі даних вимірювання прямо на верстаті, режими різання (подача 30–80 мм/хв) коригуються в реальному часі за допомогою алгоритмів штучного інтелекту, що забезпечує зростання продуктивності знімання матеріалу на 40% при збереженні високої точності; у відповідь на проблему деформації тонкостінних лопатей з титанового сплаву (товщина стінки 3–5 мм) застосовується «метод пошарового поступового різання», при якому глибина різання кожного шару контролюється в межах 0,1–0,3 мм, у поєднанні з жорсткою системою нарізання різьби (діапазон М6–М20), що забезпечує точність обробки різьби за 6Н класом.
Клієнт обробив готову продукцію
Результати реалізації повністю відповідають стандартам обладнання високого класу: цикл обробки одного виробу скорочено з 120 хвилин до 65 хвилин, а добова виробнича потужність збільшилася з 30 до 58 штук; профіль лопаті колеса стабільно контролюється на рівні ≤ 0,025 мм, коаксіальність між ступицею та лопаткою становить ≤ 0,015 мм, а шорсткість поверхні досягає Ra0,4 мкм, що повністю відповідає вимогам системи управління якістю в аерокосмічній галузі SAE AS9100; аеродинамічна ефективність колеса підвищилася на 10% та пройшла сертифікацію гідродинамічних характеристик TÜV Rheinland у Німеччині; термін служби інструменту збільшено на 80% завдяки низькотемпературному охолодженню та оптимізації параметрів, а вартість інструментів для одного колеса знизилася до 450 юаней; інтелектуальна система технічного обслуговування, встановлена на обладнанні, дозволяє у реальному часі контролювати вібрацію шпинделя (частота дискретизації 2 кГц) та знос інструменту. У поєднанні з аналізом великих даних обробки комплексне використання обладнання зросло з 72% до 94%, а щорічний простій скорочено на 520 годин.
VTC80B досяг стрибка від 'кваліфікованого виробництва' до 'точного інтелектуального виробництва' титанових імпелерів. "Технічний директор компанії заявив: 'Наші імпелери тепер успішно застосовуються в галузях авіаційних двигунів і газових турбін. Вони не лише пройшли сертифікацію постачальника Pratt&Whitney, але й відповідають суворим вимогам щодо 20000 годин роботи окремого агрегату без несправностей. Це створило для нас технічний бар'єр на ринку високоякісних імпелерів'." Цей випадок підтверджує, що вертикальні токарні верстати з ЧПК стали основним обладнанням для подолання обмежень продуктивності в галузі виготовлення високоякісних імпелерів завдяки глибокій інтеграції 'багатовісної координованої архітектури + адаптації технологічних процесів матеріалу + інтелектуального точного керування'.
EN
