Avant que l'ébauche ne soit conçue et fabriquée, l'ingénieur en structure communique pleinement avec les ingénieurs des procédés à froid et à chaud pour déterminer la forme optimale de l'ébauche, obtenir un formage proche du filet dans les zones locales, améliorer l'utilisation des matériaux, réduire les surépaisseurs d'usinage et raccourcir le cycle de traitement. Les technologies courantes de fabrication de formage de précision d’ébauches comprennent principalement les 5 types suivants.
Moulage de précision
Méthode de traitement qui chauffe et fait fondre le métal solide, le verse dans une coque de moule de moulage et le solidifie dans une ébauche de coulée. À l'heure actuelle, la technologie de moulage de précision est largement utilisée dans les aubes de turbine, et ses surfaces de chemin d'écoulement sont toutes des pièces moulées sans -résidus, et le profil de surface du chemin d'écoulement est de ± 0,2 mm.
Moulage au sable
Forgeage de précision
Méthode de traitement qui applique une pression sur une presse pour provoquer une déformation plastique de la matière première dans le moule, obtenant ainsi un forgeage de précision avec peu ou même pas de tolérance. Ce processus a été largement utilisé sur les aubes de compresseur, ce qui peut améliorer l'utilisation des matériaux et réduire ou éliminer l'usinage. À l'heure actuelle, le corps de la lame forgée avec précision adopte un forgeage sans -résidus et le taux d'utilisation du matériau atteint 80 %.
Filature de précision
Méthode de traitement qui transforme une feuille ou une ébauche annulaire préformée en un corps rotatif creux à paroi mince-par rotation à grande vitesse-et en appliquant une certaine pression. Il est actuellement largement utilisé dans des pièces telles que les carénages, les cônes de chambre de combustion et les carters de compresseurs. À l'heure actuelle, le filage à chaud peut atteindre un contrôle de marge de 1 à 2 mm, et le filage à froid peut atteindre un contrôle de marge de ± 0,2 mm.
Métallurgie des poudres
Technologie de processus qui utilise de la poudre métallique (ou un mélange de poudre métallique et de poudre non métallique-) pour fabriquer des matériaux et des produits via des processus de frittage et de moulage. Ce procédé est principalement utilisé dans le domaine des moteurs d'aviation pour fabriquer des pièces tournantes telles que des disques de turbine qui résistent à des températures et des charges élevées.
Organigramme de la métallurgie des poudres
Prototypage rapide
Décomposer des pièces complexes tridimensionnelles-en plusieurs couches de structures simples-dimensionnelles et reconstruire des pièces complexes tridimensionnelles-en fabriquant de simples structures bidimensionnelles-est un processus allant de "complexe" à "simple", puis à "complexe". Le pistolet à carburant avec une structure relativement complexe dans la chambre de combustion du moteur utilise une technologie de prototypage rapide.
2. Technologie de traitement spéciale
Le traitement spécial (parfois également appelé traitement non-traditionnel) fait référence au processus qui ne nécessite pas d'outil plus dur que la pièce à usiner, ni l'application d'une force mécanique évidente. Au lieu de cela, il utilise directement l'énergie électrique, l'énergie thermique, l'énergie chimique, l'énergie lumineuse ou une combinaison de celles-ci pour éliminer le matériau de la pièce ou modifier ses performances afin d'atteindre les exigences de forme, de taille et de qualité de surface requises. Les 6 technologies de traitement spéciales suivantes sont actuellement couramment utilisées.
Usinage par électroérosion
Traitement spécial qui contrôle l'enlèvement du matériau de la pièce, déforme le matériau et modifie ses performances par décharge entre la pièce et l'électrode de l'outil. À l'heure actuelle, les trous du film d'air sur les aubes de guidage de la turbine sont principalement traités par formation de petits trous par électroétincelle, et les segments en forme d'éventail -des aubes du stator du compresseur sont également traités par coupe par fil d'électroétincelle.
Diagramme schématique de l’usinage par électroétincelle
Usinage électrochimique
Traitement spécial qui élimine le matériau de la pièce à usiner par des réactions électrochimiques. Certains matériaux difficiles-à traiter-, tels que les-lames intégrales en alliage à haute température, sont difficiles à réaliser par le traitement traditionnel et peuvent être traités à l'aide de la technologie d'usinage électrolytique.
Traitement de faisceaux à haute-énergie
Utilisez des faisceaux laser, des faisceaux d'électrons ou des faisceaux d'ions à haute-énergie-densité pour retirer ou relier les matériaux de la pièce. Le traitement par faisceau laser peut être principalement utilisé pour le perçage, la découpe, le soudage et le marquage. Le perçage laser femtoseconde est l'une des méthodes de traitement des trous de film d'air sur les aubes de turbine.
Flux abrasif
Utilisez un milieu abrasif viscoélastique semi-fluide contenant des abrasifs pour le forcer à s'écouler sur la surface traitée sous une certaine pression, et éliminez les matériaux inégaux microscopiques sur la surface de la pièce par l'action de grattage des particules abrasives, atteignant ainsi l'objectif de polissage ou d'ébavurage de surface. La technologie du flux abrasif a été appliquée aux lames fermées intégrales.
Diagramme schématique du traitement par flux abrasif
Finition vibratoire
Mettez la pièce à usiner, l'abrasif, l'eau et les additifs chimiques dans un récipient selon une certaine formule. En s'appuyant sur la vibration régulière du récipient, l'abrasif et la pièce produisent un mouvement relatif et un frottement mutuel, meulent les bavures dépassant de la surface et de la périphérie de la pièce, arrondissent les arêtes vives de la pièce et polissent la surface. Il s’agit d’une technologie de finition de surface efficace, largement utilisée sur les pièces à haute résistance à la fatigue.
Usinage au jet d'eau abrasif
En utilisant un flux d'eau à grande vitesse-comme support, un flux d'abrasif concentré à grande vitesse-est entraîné pour impacter la surface à usiner, réalisant ainsi un processus d'élimination régulier et contrôlable du matériau. En raison de ses caractéristiques d'absence de déformation thermique de coupe, de sa capacité à couper n'importe quel matériau, de sa grande flexibilité dans la direction de coupe et de sa très faible force de coupe, il est largement utilisé sur des matériaux difficiles-à-usiner tels que la céramique et les matériaux composites renforcés.
3. Technologie de soudage avancée
Le soudage est un processus-de haute qualité et efficace pour relier des matériaux métalliques. Il appartient à la technologie de processus de fabrication structurelle avancée à faible coût et est également l'une des technologies de traitement les plus largement utilisées dans l'industrie de fabrication avancée. Les technologies de soudage couramment utilisées comprennent principalement les 4 types suivants.
Soudage par faisceau d'électrons
Processus qui utilise des faisceaux d'électrons à haute-vitesse et haute-densité d'énergie comme sources de chaleur pour le soudage. Il présente les caractéristiques d'un grand rapport d'aspect, d'une petite déformation résiduelle de soudage, d'un contrôle précis et facile des paramètres du processus de soudage, de soudures pures dans un environnement sous vide, d'une bonne répétabilité et stabilité. Ces avantages sont difficiles à égaler avec d'autres méthodes de soudage par fusion, c'est pourquoi elles sont largement utilisées dans le soudage de structures importantes telles que le rotor intégré, le carter et l'arbre du moteur.
Soudage par faisceau d'électrons
Soudage par friction à inertie
Type de soudage en phase solide qui génère de la chaleur par friction entre les matériaux à souder et provoque une déformation plastique et un écoulement des matériaux sous l'action de la force de renversement, réalisant ainsi une connexion matérielle. Il présente les avantages d'une bonne qualité de joint de soudure, d'une précision dimensionnelle élevée et d'un bon effet de connexion de matériaux différents. Il est devenu le principal processus de soudage pour connecter les disques de ventilateur de moteur d'avion, les ensembles de rotors de compresseur haute-haute pression et les ensembles d'arbres de disques de turbine haute-pression.
Brasage
Procédé permettant de chauffer les matériaux à souder à une température inférieure au point de fusion du matériau de base et supérieure au point de fusion du matériau de brasage, et de remplir l'espace avec un matériau de brasage liquide pour réaliser la connexion. Il présente les caractéristiques d'un impact moindre sur les propriétés et la structure du matériau parent et d'une déformation moindre par soudage. Il convient à une variété de matériaux et de structures, notamment les structures d'étanchéité en nid d'abeilles des moteurs d'avion, les aubes de turbine, les aubes de compresseur et les composants de chambre de combustion. Pour certains composants complexes, le brasage est la seule méthode de connexion réalisable.
Schéma de brasage
Soudage à l'arc sous argon
Sous la protection d'un gaz inerte, l'arc généré entre l'électrode et les matériaux à souder est utilisé pour faire fondre les matériaux à souder et le matériau d'apport, réalisant ainsi la connexion. Il présente de grands avantages en termes de portabilité et de coût et est largement utilisé dans le soudage des carters de moteurs et des chambres de combustion.
4. Technologie de traitement de surface
Afin d'améliorer l'état de surface des pièces, de répondre aux exigences fonctionnelles particulières des pièces telles que la résistance à la corrosion, la résistance à l'usure, la résistance à l'oxydation et la résistance aux températures élevées, et d'améliorer la durée de vie des pièces, il est nécessaire d'effectuer un traitement de surface sur les pièces. Les technologies de traitement de surface couramment utilisées dans les moteurs d’avion comprennent principalement le traitement chimique, le renforcement de surface et la technologie de revêtement.
Traitement chimique
Processus de modification de surface qui améliore l'état de surface des matériaux grâce à des méthodes de traitement chimique telles que la corrosion, la galvanoplastie, l'anodisation et le nettoyage chimique.
Pulvérisation plasma
Renforcement superficiel
Grâce à la déformation plastique de la couche superficielle, une contrainte résiduelle élevée se forme sur la surface de la pièce pour augmenter le processus de « déformation à froid » de concentration des contraintes superficielles. Principalement utilisé pour le grenaillage de la surface de la lame intégrée.
Revêtement
Selon différentes utilisations, il peut être divisé en revêtements d'étanchéité, résistants à l'usure, à barrière thermique et autres. Parmi eux, des revêtements d'étanchéité peuvent être utilisés pour les composants du carter, des revêtements résistants à l'usure-pour les pièces d'arbre et des revêtements de barrière thermique peuvent être utilisés pour les aubes de turbine.
On peut dire que les pièces de moteurs d'avion souffrent beaucoup. Rien que pour les aubes de turbine, la température de fonctionnement peut atteindre 1 700 degrés -, une température qui est près de 150 degrés supérieure au point de fusion du fer !
Afin de rendre ces pièces « saines », les chercheurs doivent utiliser des « télescopes » pour se concentrer sur la pointe de la technologie. Dans le même temps, ils doivent également utiliser des « microscopes » pour explorer les détails techniques et s'efforcer de mieux adapter la technologie aux besoins. Dans le voyage de « fonder le cœur », la quête d'un art « matériel » supérieur par les Shangfa ne s'arrêtera jamais !
