弗劳恩霍夫研究所降低航空发动机生产成本
弗劳恩霍夫生产技术研究所发明了一款新型三件夹紧系统,把对整体叶片生产中的振动吸收提高400倍,极大降低生产航空发动机成本,减少加工时间。夹紧系统原型由弗劳恩霍夫 “面向能源产生和机动性中资源效率的自适应生产” 创新集群创造。
图:航空发动机
提升航空发动机生产能力不是件易事。叶片安装在盘片上,为让这些盘尽可能轻,它们从一块原材料经铣削而成而不是一个叶片一个叶片安装。这样的盘片制作方法称作整体叶盘。由于叶片本身又长又薄,同时制造它们会出现问题。它们在生产中会开始振动,就像一个音叉那样,使接下来的工作变复杂。为了避免这个问题,制造商不会完整铣削每个叶片,而是单独加工叶片的外刃到成品形状然后转到下一个。在这种制造工艺中,叶片上的张力使它们的几何外形轻微扭曲。
弗劳恩霍夫生产技术研究所(IPT)的一个新型夹紧系统可能终结叶片振动问题。弹簧夹紧器自动抓紧叶片,两端的张力相同。系统元件就位之后,它们马上通过液压夹紧到位,夹住工件,就好像长在那里。使用夹紧系统,对钛冶金整体叶盘的吸收率达到12.5%;没有它的时候,吸收率仅为0.027%.有了夹紧系统,制造商可以先粗加工叶片,然后再执行精加工,因为叶片不会再振动。
图:发动机
振动的叶片对刀具切削刃施加了巨大的应变,造成裂纹,并且随机械和热应力而增加。制造整体叶盘所必需的组件成本在3.3万~8万美元之间,而且刀具因磨损和裂纹需不断更换。通常,在切削仅4米的材料就需要换刀。夹紧系统的初始实验表明刀具使用时间可以增加2~3倍。夹紧系统终结叶片振动削减了制造成本,大约每个整体叶盘5500美元。在修理中,叶片不能从材料中一件一件铣削出来,因为所有叶片都已经在那里。因此,如果它们的刃出现了磨损,制造商使用激光金属沉积重新熔覆材料,之后铣削成想要的外形。工人可以尝试使用夹紧器或橡胶将叶片夹持到位,但是不太可能完美地再调准好它们。因此,工件之后必须重新测量,而且十分费时,夹紧系统就可以起到帮助。夹紧系统将叶片夹持在一个固定位置,可以解决这个挑战。叶片几秒种就被固定在位置上,能够立即进行加工。该工艺与新整体叶盘工艺稍有不同,因为夹紧系统的元件排列在一个圆圈上,同时夹持所有叶片。它不会改变整体叶盘的几何外形,哪怕一微米也不会。
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