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5-Achsen-CNC-Bearbeitung eines Scroll-Edelstahl-Impellers für die Luft- und Raumfahrt
Veröffentlichungszeit:
Oct 23,2024
Projekthintergrund
YMP erhielt einen Auftrag von einem Luft- und Raumfahrtkunden, eine Charge aus Edelstahl zu bearbeiten Scrollen Impeller für ein Luft- und Raumfahrt-Turbinensystem. Das Material ist SUS304. Edelstahl SUS304 weist eine gute Korrosionsbeständigkeit und mechanische Eigenschaften auf, doch die Härtungstendenz während der Bearbeitung sowie die hohen Anforderungen an die Oberflächenqualität machen dieses Projekt äußerst anspruchsvoll. Da das Spiral-Laufrad ein Kernelement eines Luft- und Raumfahrttriebwerks ist, haben seine Bearbeitungsgenauigkeit und Oberflächenbeschaffenheit direkten Einfluss auf die Leistung des Triebwerks.
Herausforderungen
Materialeigenschaften: Die Bearbeitbarkeit von Edelstahl SUS304 ist schlecht, und er neigt leicht zur Kaltverfestigung. Zudem ist der Wärmeausdehnungskoeffizient dieses Materials relativ hoch, sodass während der Bearbeitung thermische Verformungen auftreten können, die sich auf die Maßgenauigkeit und Oberflächenqualität des Endprodukts auswirken.
Geometrische Komplexität: Die gekrümmte Oberfläche und die spiralförmige Struktur des Scroll-Laufrads sind komplex, und es ist schwierig, mit herkömmlichen Bearbeitungsverfahren präzise zu bearbeiten. Der fünfachsige Kopplungsbearbeitungsweg muss sorgfältig geplant werden.
Hohe Präzision und Anforderungen an die Oberflächenbeschaffenheit: Teile in Luft- und Raumfahrtqualität stellen extrem hohe Anforderungen an die Formgenauigkeit und Oberflächenbeschaffenheit des Impellers, um einen stabilen Betrieb und hohe Effizienz unter Hochtemperatur- und Hochgeschwindigkeitsbedingungen zu gewährleisten.
Lösungen
1. Auswahl der Ausrüstung
YMP verwendet eine Fünf-Achsen-Maschine. CNC-Bearbeitung Zentrum für die Präzisionsbearbeitung von Spirallaufrädern. Die Fünf-Achsen-Kopplungsanlage ermöglicht eine kontinuierliche Bearbeitung komplexer gekrümmter Oberflächen, vermeidet Positionierfehler durch mehrfaches Spannen und gewährleistet eine hochpräzise Bearbeitung komplexer gekrümmter Oberflächen.
2. Optimierung von Werkzeugen und Schnittparametern
Das Material SUS304 neigt während der Zerspanung zur Härterung; daher wird ein beschichtetes Hartmetallwerkzeug ausgewählt. Dieses Werkzeug zeichnet sich durch gute Verschleißfestigkeit und hohe Temperaturbeständigkeit aus und kann den Werkzeugverschleiß effektiv reduzieren. Durch Einstellen einer niedrigeren Vorschubgeschwindigkeit und einer mittleren Schnittgeschwindigkeit sowie durch ein effizientes Kühlsystem wird das Phänomen der Arbeitshärtung gemildert und die thermische Verformung des Werkstücks verringert.
3. CAM-Programmierung und Bearbeitungspfadplanung
Mit fortschrittlicher CAM-Software wird der Bearbeitungsweg des dreidimensionalen Modells des Spiralimpellers detailliert simuliert und optimiert. Dabei wird eine Strategie angewendet, die Grobbearbeitung und Feinbearbeitung kombiniert. In der Grobbearbeitungsphase wird möglichst viel Material als Zuschlag belassen, um Fehler aufgrund thermischer Verformungen zu vermeiden. In der Feinbearbeitung erfolgt die Oberflächenbehandlung mit einem kleinen Schritt und hoher Präzision, um die Oberflächengüte des Spiralimpellers sicherzustellen.
4. Qualitätskontrolle und Online-Messung
Während des Bearbeitungsprozesses wird ein Online-Messsystem eingesetzt. Mithilfe einer Präzisionssonde werden Dicke, Krümmung und wichtige Abmessungen des Impellers in Echtzeit überwacht, um jederzeit Anpassungen und Kompensationen vornehmen zu können und so Bearbeitungsfehler zu vermeiden. Das endgültige Impellerprodukt wird mit einer dreikoordinatenmessmaschine (CMM) und einer dynamischen Auswuchtmaschine geprüft, um sicherzustellen, dass die Fehler aller wesentlichen Abmessungen innerhalb von ±3 mm und die Unwuchtmenge innerhalb von 0,09 gmm liegen; die dünnste Impellerdicke beträgt 1,8 mm.
5. Oberflächenbehandlung
Nach der Bearbeitung wird die Oberfläche des Impellers fein poliert, um eine Oberflächenrauhigkeit von Ra 0,2 zu erreichen. Dadurch wird gewährleistet, dass der Flüssigkeitswiderstand bei hoher Drehzahl der Turbine minimiert wird und die Arbeitseffizienz des Motors verbessert wird.
| Verarbeitungsname |
Aerospace-Roll-Edelstahl-Impeller |
|
|||||||
| Ausrüstung verwenden |
5-Achsen-CNC |
||||||||
| Verarbeitungsgröße |
Φ400 mm × 115 mm |
||||||||
| Werkzeuge Menge |
15 pieces
|
Gesamte Bearbeitungszeit |
180h55min |
||||||
| Seriennummer |
Bearbeitungsschritte |
Verwenden von Tools |
Ap (mm) |
Ae (mm) |
Spindeldrehzahl |
Vorschubgeschwindigkeit |
Bearbeitungszeit |
||
| 1 |
Grobbearbeitung
|
R17R0.8 |
0.35 |
18 |
1500 |
2500 |
10:20:10 |
||
| 2 |
Bearbeitung abschließen
|
R8R0.5 |
0.2 |
5 |
5000 |
3000 |
15:30:00 |
||
| 3 |
Bearbeitung abschließen
|
D8R4 |
0.12 |
0.12 |
6500 |
3000 |
20:30:00 |
||
| 4 |
Bearbeitung abschließen
|
D8R4 |
0.12 |
0.12 |
6500 |
3000 |
10:15:20 |
||
| Teil-Highlights:
|
|||||||||
| Prüfen von Artikeln |
Prüfberichte |
||||||||
| Unausgeglichener Betrag (gmm) |
<0,09 |
||||||||
|
Dynamische Auswuchtmaschine |
||||||||
Ergebnisse
Hohe Präzision und Konsistenz: Die geometrische Genauigkeit des Laufrads erreicht die Konstruktionsanforderungen; der Fehler wird auf ±2 Mikrometer eingegrenzt, was das Gleichgewicht und den stabilen Betrieb des Turbinensystems gewährleistet.
Oberflächenbeschaffenheit: Durch die Polierbehandlung erreicht die Oberflächenrauheit des Spiral-Laufrads einen Wert von Ra 0,2 und erfüllt damit vollständig die strengen Standards der Luft- und Raumfahrtindustrie.
Produktionseffizienz: Dank der effizienten Bearbeitung durch die Fünf-Achs-CNC-Anlage und des optimierten Prozessablaufs wird der Produktionszyklus um 15 % verkürzt, und die Produktionseffizienz wird erheblich verbessert.
Kundenfeedback: Der Kunde ist äußerst zufrieden mit der Genauigkeit und Oberflächenqualität des Spiral-Laufrads. Das Produkt schneidet im Turbinensystemtest hervorragend ab und stärkt damit die Zusammenarbeit mit YMP weiter.
Zusammenfassung
Dieser Fall zeigt die Stärke von YMP bei der Bearbeitung komplexer Luft- und Raumfahrtteile, insbesondere bei der hochpräzisen Bearbeitung von Edelstahl SUS304. Mithilfe der Fünf-Achsen-CNC-Technologie, einer sinnvollen Werkzeugauswahl, optimierter Bearbeitungspfade sowie strenger Qualitätskontrolle gelingt die hochwertige Fertigung von Spiralflügeln erfolgreich und erfüllt so die anspruchsvollen Anforderungen der Luft- und Raumfahrtkunden.
YMP,CNC-Bearbeitung,Impeller,Schneckenlaufradverarbeitung,Edelstahl
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