国产机床“以软克刚“突起 为收念头处理中心困

更新时间:2018-07-06

 

  一个呈亮花状歪曲,名义十分毛糙的发动机叶片,正在一台数控机床上一直被抛光打磨,只睹在数控机床的草拟下,不顷刻的功夫,砂带便粗准天将全部叶片打磨光滑,就连逝世角皆没有降下。


  没有要小瞧那讲工序,润滑的叶片,将对付航空收念头的机能起到相当主要的感化。


  不要小瞧这台机械,它攻破了国外技术垄断,为我国核电、燃气轮机和航空发动机制造供给了前进的工艺手腕。


  “叶片类复杂曲面零件是汽轮机、燃气轮机、航空发动机等动力装置的关键整件,其多少精度和表面质量直接影响能源动力设备的工做效率,其质量的一致性间接影响动力机械保险运转。”北京胜为弘技数控装备无限公司总司理刘树生告诉科技日报记者。


  据了解,由北京胜为弘技数控装备有限公司等单元研发的“叶片复杂型面精加工六坐标联动数控砂带磨关键技术研讨与应用”项目,经过产学研用,研制出自主知识产权的叶片六坐标联动数控砂带磨床和编程系统,解决了叶片复杂曲面磨削精加工的技术困难,打破了国外垄断,成果应用于我国核电汽轮机组叶片制造和新型航空发动机叶片制造领域,成为高质量叶片制造的需要手段。在2016年度北京市迷信技术奖评比中,该项目枯获一等奖。


  手工打磨抛光已成叶片发展瓶颈


  装备制造业是一个国家扶植的基石,占有涡轮动力装置制造技术更是一个强国的标记,而涡轮式动力装置的中心零件就是叶片。


  “任务状态的叶片表面光亮度越高越好,表面质量、分歧性影响到设备的能量转换效率。”刘树生告知记者。


  据悉,个别用于加工核电、水电等电站用汽轮机叶片形面加工的多轴联动数控机床是涡轮设备制造范畴的高级症结装备。叶片从状态上看是复杂薄壁类整机,型面为空间自在曲面,曲率变更大,在数控铣削加工后易产生变形,招致无奈采用惯例方法进行表面精加工。


  随着动力、动力安装的功率不断增大,为了取得更好的空气动力教后果,最大限制地晋升单元体积的功率,叶片型面背着加倍弯、扭、掠,直面愈加复纯的偏向发展。


  “我国正常采用手工抛磨方式加工大型叶片,叶面精度差,加工效率低,休息前提无比恶浊。”刘树生告诉记者,手工抛光时发生大量粉尘,重大影响到了操作职员的安康。


  刘树生的公司位于北京亦庄,记者在车间看到一起手工抛光的叶片,其表面有很显明的手工打磨陈迹,锐边有些锐利,槽内有凸出发点、毛刺。而经由抛光加工的槽内突出点、毛刺、钝边等均被磨至油滑状况,且表面纹理平均。


  据懂得,一些庞杂型里的叶片,假如不敷光滑,不合乎空想能源,除消耗大批的人力姿势,也易形成产品德量不稳定,乃至硬套动员机零件性能与寿命。采取传统的脚工打磨抛光圆式,曾经不克不及满意进步叶片制制品质的请求。


  “手工打磨抛光会破坏前序用驾驶昂扬的五轴铣加工出叶片的精确型面。”刘树生说。


  先进的五轴铣削设备与手工打磨抛光在工艺水平上的不婚配,已经成为限制叶片行业疾速发展的瓶颈。这在以核电叶片为代表的大型叶片和以航空发动机叶片为代表的小叶片制造过程当中,表现尤其凸起。


  对于以核电汽轮机叶片为代表的大型叶片来说,体积宏大(我国CAP1400型压水堆核电机组的末级叶片长度超越2米,分量大于280千克)、型面复杂、精度要求高,采用手工打磨抛光越来越艰苦,效率低下,加工质量难于保证,从而影响通流、影响热效率;另外手工打磨抛光叶片一致性差,从而影响动平衡、影响机组运行平安。


  而对以航空发动机叶片为代表的小叶片来讲,又成为另外一个极其,叶片少度多小于100mm,型面弯、扭、掠,进排气边厚度只有0.1―0.2mm(1―2张百元纸币厚度),总是表面误好<0.05mm,手工磨削抛光很轻易造成叶片烧伤和轮廓损坏,型面精度基本不能保障。发动机叶片型面制造质量恰是影响我国发动机制造水平,进而影响各类飞机性能的闭键身分。


  国产机床实现“以软克刚”


  要转变人工抛光带去的弊病,只能靠机械打磨了,但这种数控砂带磨床被国中把持,只有德国等多少个国度领有应项技术。


  2008年,刘树生和他的研发团队,面貌从德国入口的,国内独一的一台叶片曲面磨削精加工设备,是追随仍是仿造?“但那不是我们念要的。”刘树生说,他们给本人定了一个远似弗成能完成的义务,那就是研发六坐标联动数控磨削机床,以此来解决叶片型面精加工问题。


  这是德国人也出有处理的题目。“之前感到5轴就能够,当心现实加工后发明,有些凸面磨不到,必需要用6轴。”刘树生说。


  看似多了一个轴,但多出来的研起事度却是几倍递删。在正确的地位用适合的力度切除资料,这和贪图的机器加工道理是一样的,但是否将机床的运动轨迹和磨削压力在时光跟空间上准确合营,是最大的挑衅。


  数控机床被毁为制作产业的“年夜脑”。跟着计算机技术、疑息技术取自动化技巧的发作利用,数据库、盘算机以及野生智能开端用于评价、猜测、模仿、劣化以及节制磨削进程。经由过程数控、自动化和人工智能技术改良砂轮磨削、砂带磨削工艺,使磨削工艺可能自控、稳固、环保且更适开于下效力的批度出产。


  对刘树死他们而行,主动化法式的把持是一道“拦路虎”。“最难的是编程,其时海内不这类专业化的硬件。”刘树生道。


  最末,刘树生他们结合华中数控公司,提出了双矢量控制的编程算法,自立研发了六坐标联动数控砂带磨削加工工艺编程软件,该软件具有六坐标联动轨迹光逆、加工参数优化和仿实、后置处置等功效,实现了自动编程与自动加工。并临时主研制了六坐标联动数控砂带磨削国产公用数控体系,实现了三反转展转、三曲线的六轴联动数控拉补控制,满意了复杂叶片的多轴联动控制要求。


  随着新材料、新构造的叶片不断呈现,叶形曲线也愈来愈复杂,给叶片抛光技术带来了更大的挑战。专注形式的抛光方式已不克不及解决叶片齐部位的抛光。针对不同结构、分歧材料的叶片,需要采用不同的抛光办法,加工工艺越来越复杂。


  同时,各部位抛光须要机床的活动情势、规格参数差别很年夜,正在统一个机床上实现叶片分歧部位的抛光较易完成。因而,多工位、多种减工方法并止的工艺差别更合适于叶片全体位的扔光。


  对此,项目团队发明性地提出内置砂带拆置单位化的中空C轴式BC单摆头结构,研制出国内尾台公然展现的高静态性能九轴六坐标联动数控砂带磨床,真现了核电叶片复杂曲面高效、高度量六坐标联动磨削精加工,在外洋上存在独一性和先进性。


  “以前加工叶片都是硬碰硬,但现在的叶片都曲直面薄壁零件,不单单要精确还要控制力度和速率,以不肯定往断定。”刘树生说,“我们的机床就是要以柔克刚。”


  项目团队提出了火仄安排多砂带装置的六坐标联动数控砂带磨床新颖结构,实现微打仗力掌握磨削,知足航空发动机叶片0.1―0.2mm薄进排气边磨削精加工要供,实现了包含叶身型面、进排气边、叶根圆角、阻僧台过渡区在内的叶片散成磨削精加工。


  名目团队终极研造出的六轴联动数控砂带磨床,可以对只要一张百元纸币薄量的直扭叶片边沿禁止磨削抛光,而偏差不跨越其厚度的非常之一,超出了外洋现有技术程度。


  打磨抛光做成一个大市场


  “没推测打磨抛光能做成一个大市场。”具备自立常识产权的六坐标联动数控砂带磨床投产以来,求过于供,这让刘树生十分感叹。


  现在,我国自主研发的叶片六坐标联动数控砂带磨床,遍及大江北北,运用于核电汽轮机组叶片制造和新型航空发动机叶片制造发域,成为高质量叶片制造的需要手段。


  据了解,今朝,成果应用于西方汽轮机有限公司的大型叶片精加工抛磨生产线和无锡透平叶片有限公司,积累生产大型叶片5万余片,价值跨越10亿元。


  东汽公司实践应用后,发现数控机床和数控系统的使用稳定牢靠,加工叶片质量较以往手工打磨有质的奔腾。新设备所制造的叶片一致性十分好,高压转子在不经配重调剂的情形下,高速动平衡效果已优于国外制造的转子。


  就像汽车一样,核电的叶片在安装后也要做动平衡,普通要做几个小时。但在我国CAP1400型压水堆核机电组的终级叶片的装置时,却发现简直不必做动均衡。国外阿我斯通公司的人不信任,成果发现,以前,手工打磨的叶片常常有500克的误差,当初只有30克。


  此外,成果借答用于西安航空发动机株式会社某型号发动机电扇叶片生产,保证了新型航空发动机的制造质量。项目结果为拂晓航空发动机团体、中国商发的新型航空发动机研制,中航惠阳螺旋桨有限公司新型复合材料空气螺旋桨研制, 昌河飞机工业有限义务公司新型直降机桨臂制造提供了先进制造工艺支撑。


  “随着智能制造、3D打印、精铸工艺的提高,下一步,咱们正在研发一种新的数控机床,将持续占据洼地。”刘树生满意信心肠表现。

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