5 軸 CNC でローター ブレードのプロトタイプを作成する優れた方法

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投稿日:2019 年 10 月 8 日 |ビクトリア、WayKen プロジェクト マネージャー

普段の生活では、ローターとは何か、ローターの作り方を知らない人がほとんどです。しかし、熱狂的なエンジニアにとって、それは彼の脳内の唯一の項目です。まず、ローターとは何かを学びましょう。自動車や飛行機のエンジンのファンであるローターまたはローター ブレードは、排気ガスを使用して燃料蒸気をエンジンに吹き込むことで、エンジンのパフォーマンスを向上させます。

ローターは、流れる媒体のエネルギーを機械的仕事に変換する回転動力機械です。航空エンジン、ガスタービン、蒸気タービンの主要コンポーネントの 1 つです。マニアックなエンジニアにとって、彼が望むのは高精度のローター ブレードの試作品だけであり、それが彼の設計をうまく機能させます。 5 軸 CNC フライス加工でローターまたはローター ブレードのプロトタイプを完璧に作成するには?

ローターの背景

今日、天然ガスの燃焼は、世界で 2 番目に大きな発電です。天然ガスはガスタービンによって電気エネルギーに変換されますが、そのコンプレッサのローターは、製造プロセスで遭遇する主要な困難なコンポーネントです。タービンブレードの開発は、初期のソリッドブレードから中空ブレードへ、残りのブレードの機械加工から非残りのブレードへ、そして配向 (単結晶) 中空ブレードへと続きます。最新のタービン ブレードの地殻変動は明らかであり、ブレードの形状と内腔はより複雑になっています。

フライス加工は、回転切削工具を使用して材料を除去する機械加工プロセスです。自由曲面のフライス加工の適用分野は、例えば、金型製作や航空宇宙産業です。さらに、タービン ブレードとインペラーはフライス盤で加工される複雑な部品です。

従来の処理治具ソリューション

5軸加工でローターブレードを加工するには、ローター部分の底面の平面を立て、内側の穴を中心に合わせ、ブレードの形状を加工するのが主な作業です。タービン固定具の従来の加工方法は次のとおりです。シリンダーがレバーアームを押して、部品の上から押します。このようなスキームには明らかな欠陥があります。

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クランプ力には限界があります。クランプ ボリューム メカニズムによってシリンダーのサイズが制限されるため、クランプ力が制限されます。

フィクスチャに必要な処理が多すぎます。この方式では、パーツの処理時にパーツが回転し、プレス アームが回転しないことが必要になるため、機構の上下の同軸性に高い要求が課せられます。

部分の自由は制限されています。上部の押されたレバー アームが上部の加工スペースを占有するため、工具と加工プログラムに対する要求が高くなります。

インストールが不便。メンテナンスは比較的貧弱で、空気接続は面倒です。

インストールが不便。品種は単一で汎用性に乏しい。多様性を置き換えるには、備品を再設計する必要があります。

正確なフィクスチャ ソリューション

創造的なフィクスチャは空気圧アクションモードを使用します。これはスプリングセルフロックモードであり、クランプ後に空気源を接続する必要はありません。クランプ力は約 400kg です。フィクスチャをセットアップしたら、5 軸 CNC によるブレード形状の加工を開始します。この改善されたソリューションには 3 つの利点があります。

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加工機能は完全にオープンで、ツールと加工パスを自由に選択できます。

治具は汎用性が高く、位置決めブロックと対応するタイプのプル スタッドを変更することで、さまざまなタイプの部品の処理を実現できます。

取り付けとメンテナンスが簡単で、器具は軽量でシンプルです。

ローターの加工と検査

ブレードの完全かつ均一な処理を可能にするために、ブレードの各側面に補助サーフェスを作成し、それを u および v 方向に拡張する必要があります。これらの補助サーフェスは、ツール パスを生成するためのドライブ サーフェスとして使用されます。

全体として、得られた表面品質は満足のいくものであり、Ra が 1 μm を超えることはありませんでした。それらの刃の粗さを比較すると、2 番目の刃の粗さは 4 番目の刃の粗さよりも低いとしか言​​えません。

ブレードの反対側を開始する前に、3 つの加工段階 (荒加工、中仕上げ、仕上げ) の最初のブレードがブレードの片側で実行され、続いて良好な表面仕上げが行われます (主に機械加工される最初の側で)。ブレード間の隣接スペースにはまだ材料が残っています。ただし、表面にはまだガウジング マークがあり、考えられる原点は CAM システムによって生成されたツール パスです。

ブレードの反対側を加工すると、加工される細長い形状の剛性が不足するため、ノイズが発生し、ブレード上部にビビリの兆候があり、バリが残ります。

これらの問題を回避するには、アルミニウムの薄い壁 (タービン ブレードなど) をフライス加工し、フライス径の 0.5 ～ 2 倍のステップでブレードのサイド チャネルを交互にフライス加工する必要があります。 3 番目と 4 番目のブレード サーバーで使用されるポリシーは、この推奨事項に従います。 3番刃の加工は2段階、4番刃の加工は3段階に分けており、長く伸びた部分の長さが短くなれば、より高い剛性が期待できます。

ただし、これらのブレードの上部にはびびりマークとバリがあります。刃を割ることで騒音とバリの数が減るだけで、ザラつきに関しては改善とは言えません。粗さの値が最も低い 2 番目のブレードの場合、この方法では、少なくとも仕上げ操作前の荒加工段階の推奨事項は考慮されません。アクセシビリティと特権の特権の欠如のために、操作は4つの段階に分割され、ブレードの側面が交互になります.

操作が完了する前に、8番目と最後のブレードの両方の隣接するスペースが荒らされ、半仕上げされます。次に、ツールはインサートを同じ輪郭にフライス加工するため、ステップ サイズはフライス加工の直径の 0.5 倍から 2 倍になります。これは、刃の側面が交互になっている薄い壁の前加工とフライス加工で推奨されます。

慎重にバリ取りと研磨を行った後、魅力的な表面を得るためにビードブラストを行う必要があります。 3Dスキャナーと組み合わせたCMMを使用して、ローターのすべての寸法を検査し、顧客の要件に応じた+/- 0.005インチの高精度を保証します.私たちは、お客様から高い評価と賞賛を得ているこのような素晴らしい仕事をしているチームを誇りに思っています.

まとめ

ローターブレードは、航空エンジンの主要コンポーネントです。代表的な難削材です。実は一番出現率の高い「外付けディスプレイ」なのかもしれません。多くの企業はこのワークピースを加工能力の説明として使用することが多いため、優れたローター ブレード加工ソリューションは強力な企業力の象徴でもあります。プロのワンストップ プロトタイプ プロバイダーとして、WayKen は複雑な構造のローター部品を 5 軸 CNC フライス加工で加工することができます。さらに CNC 機械加工または CNC アルミニウム サービスが必要な場合は、[email protected] までご連絡ください。より良いプロトタイプが必要です。