飛機結構的發展正麵臨著巨大的壓力,其中最突出的(de)是來自(zì)立法對飛機二氧(yǎng)化(huà)碳排放越來越高的標準(zhǔn)要求,以及市場對此標準關注度的迅速增(zēng)加。因此飛機發動機(jī)理所當然地成為行業發展的(de)焦點,在要求做到降低油耗的同時,還要保證更快(kuài)速度的(de)推進值。這就對發動機所(suǒ)使用的零部件提(tí)出了更高的要求(qiú),如必須選擇具備高承(chéng)受能力的(de)特殊材料。那麽一台機器在加工這(zhè)些材料時(shí),如何才能保證其加工的速度、精度以及過程的完(wán)整性呢?埃馬克的專家在此給出了一個最佳解決(jué)方(fāng)案:埃馬克電化學加工技術,在做(zuò)決策的時候機械切(qiē)削技術可以不再考慮。可以(yǐ)說,埃馬克電化(huà)學加工技術為航空發動機製(zhì)造領域技術的發展帶來了新的生(shēng)機。
航空發動機製(zhì)造(zào)過程中存在一個重要的相互關係,即發動機產生的溫度越高,效率就會越高。也就是說,在消耗相對較少燃料的情況下,發動(dòng)機溫度越高飛機就可(kě)以飛行的越遠。這對應用於航空發動機內部的材料意味著必須選用那(nà)些在壓力作用(yòng)下表現得更好的極度耐(nài)磨材(cái)料。但選擇好的材(cái)料也僅僅(jǐn)隻是“成(chéng)功了一半”,因為與此同時,許多零部件會相應變(biàn)得更為複(fù)雜,需要采用高度精密的工(gōng)藝才能完成。因此,航空(kōng)發動機部門想要在近十年內實現減少20%二氧化碳(tàn)排(pái)放以及燃油消耗這一目標(biāo),就必須要完成以上內容,相信這是唯一的途徑(jìng)。
電化學加工,航空發動機製造業發(fā)展的必然(rán)選擇
當然,這與汽車領域的發(fā)展完全不同,飛機發動機(jī)的(de)這一發展曆程對於飛機製造業來說具(jù)有裏程碑式的曆史意義。如今,該行業已經走(zǒu)到了一個十字路口,據專家預測在未來的二十年間,空中交通需(xū)求將(jiāng)會以(yǐ)每年5%的速度(dù)遞(dì)增。空中客車公司也表示(shì),未來每十年航空市場對新型發(fā)動機的市場需(xū)求量將達7,600台。這為航空製造業提供了巨大的發展契機,但也為航空發動機製造商提(tí)出了新的要求(qiú)。新型發動機在做到不(bú)斷滿足市(shì)場需求的(de)同時,還要不斷優化自身技術水平和產品質量。
那對於航(háng)空(kōng)發動機製造商來說,選擇什麽樣的加工解決方案(àn)可以高效且精準的生產出這一新型高能(néng)效(xiào)發動機零部件呢(ne)?埃馬克電化學加工(ECM)和精密電化學加工(PECM)技術可以說是最佳選擇,盡管目前許(xǔ)多開發人員和設計工程師還沒有認識到這(zhè)一點。但采用該技術對那些高強度合金和類(lèi)似材料加工生產出(chū)的複(fù)雜零部件,不僅(jǐn)使加工刀具(這裏是指(zhǐ)陰極消耗基本可以忽略不計)達到了最小磨(mó)損度,而且加工出的(de)部件表麵(miàn)具有了更為卓越的品(pǐn)質,如無毛刺、無微觀結(jié)構(gòu)變化(材料晶間結(jié)構)等。相比之(zhī)下,切削工藝則會產生很多的問題,如所產生的溫度對材料的微觀結構造成負麵影響;應用(yòng)於高強(qiáng)度材料機械加工的刀具壽命短;高進(jìn)給(gěi)率(lǜ)機械加工工藝雖然經濟(jì)高效,但無法進行精密幾何形狀的加工等等。這些問(wèn)題都無疑間接(jiē)地推動了航空發動機(jī)製造業對 ECM 技術需求的不斷(duàn)增加。自2009年,埃馬(mǎ)克開始研究該技(jì)術以來,已為航空發動機製造商提供了(le)大量的設備(bèi)和技術,並主要應用於飛機發動機(jī)核心(xīn)零部件的生產(chǎn)和製造,例如高溫鎳基合金材料(liào)製(zhì)造高精度整體葉盤、帶(dài)燕尾槽盤以(yǐ)及單個(gè)葉(yè)片(piàn)。
堅持創新,埃馬克研發出更為精密的 PECM 技術
ECM 工藝可以確保材料很好的被去除。加工(gōng)時,工件作為陽極(jí),刀具作為(wéi)陰極,在這兩種(zhǒng)電極流動之間電(diàn)解液可以溶(róng)解工件(jiàn)上的金屬(shǔ)離子。陰極形麵與工(gōng)件相匹配,發生電荷交換,陽極工件被溶解,從(cóng)而確保去除工件上所需部件的形狀。不同的工件輪(lún)廓(kuò)、環形通道、直槽以及環形槽都無需接(jiē)觸工件即可形成,且精度(dù)高,刀具磨(mó)損小。同時,埃馬(mǎ)克對 ECM 技術進一步技術(shù)優化,研發出更(gèng)為精密的(de) PECM 技術。在 PECM 技術工藝過程中,被加工工(gōng)件與陰極(jí)之間的加工間隙非常(cháng)小,為了使電解液在這樣小的加工間隙下實現充分的交換,該工藝主要是通過機械振蕩來優化電解(jiě)液的流動,從而確保對(duì)材料進行有效、精微成型去除。如目前(qián)采用 PECM 進(jìn)行整體葉盤的加工製造,便充分體現了精密電化學(xué)加工的技術優越性。
對(duì)於渦輪葉盤 DISC 的機械加工,埃馬克的專家們研(yán)發(fā)出一套配有11個工位集(jí)鑽孔、油孔(kǒng)輪廓加工(gōng)、油口倒(dǎo)角成型加工以(yǐ)及(jí)拋光作業於一體的 ECM 加工係統。該加工係統中,高溫合金材料以每分鍾5毫米的進給速度進行深孔鑽孔加工,且無毛刺或無任何熱應力影響,加工(gōng)公差在0.1~0.3毫米之間。與切削工(gōng)藝相比,ECM 工(gōng)藝(yì)的刀具(電極)使用(yòng)壽命更長,有效降(jiàng)低了刀具生產成本。
埃馬克(kè) PO 900 BF 型號機床正在進行整體葉盤加工。
從實(shí)驗室開始,對工(gōng)藝開發的可行性進行評估
埃(āi)馬克旗下的 ECM 電化學金屬(shǔ)加工有限公司是電化學技術方麵的專家,總部設(shè)在蓋爾(ěr)多夫(fū),靠近德國施韋比施哈爾市,可為客戶提供全麵、係統的 ECM 技術服務(wù),並始終與客戶保持(chí)著親密的合作夥伴(bàn)關係,以期共同發展。該公司擁(yōng)有一個現代化的實驗室,在這裏(lǐ)可(kě)以進行(háng)多種可(kě)行性研(yán)究以及對單軸和多軸(zhóu)機器的初(chū)步(bù)學術研究。除此之外,該實驗室還可提供全麵的測量(liàng)係統(粗糙度、輪廓、坐標)。
通過和該實驗室的合作,埃馬克不僅(jǐn)可以確立項目的可行性,而(ér)且(qiě)還可以了解到特殊零部件由不同(tóng)材料作為原料的工藝過程的(de)成本效(xiào)益(yì)比,以及工件的加工節拍可行性分析(xī)。
在埃馬克看來,公司(sī)從一開始就要(yào)與客戶形成緊密的合作關係,這一理念被牢牢地根植於企業的發展戰略中。其所有用戶(hù)都可隨時接受(shòu)來自埃馬(mǎ)克(kè)的指導和培訓,從而確保了製造(zào)商能夠緊跟市場(chǎng)需求,設計和製造出滿足終端客戶特殊需求的工件。這一企業理念對於航空發(fā)動機製造商來說,具有非常(cháng)重要的意義(yì)。
埃馬克 PO 900 BF 加工區,采用精密電化學加工(PECM)技術進(jìn)行整體葉盤的加工。
與亞琛工業(yè)大學合作
埃馬克公司 ECM 在技術方麵(miàn)的專業性還體(tǐ)現在他們與亞琛萊茵-威斯特法倫技術學院(亞(yà)琛工業大學)機床實驗(yàn)室一直保持著密切的(de)合(hé)作關(guān)係。在這裏,埃馬克在電化學(xué)加工的材料多維場理論的實驗分析基礎上(shàng)指(zhǐ)導(dǎo)陰極夾具設計理論可(kě)行性,並成功對陰極設(shè)計的改進進行了模擬,使得綜(zōng)合目標(biāo)得到了整合優化。不僅可以結合新的材料(liào)而且可任意(yì)變換零部件的幾何形狀,有效促進了電化學加工技術的發展。
批量生產(chǎn)、難以接受的可行(háng)性材料、對工件材料無(wú)負麵影響、工件形麵(miàn)的高精確度(dù)以及最高(gāo)表麵光潔度--這為航空發動機製造商及航空發動機製造技(jì)術提供了難得的(de)市場契機。埃馬克模塊化(huà)概念,更可快速調整加工模式以滿足個別(bié)部件的生產需求。可以說,埃馬克在機床製造和研發方(fāng)麵具備(bèi)的(de)先進技術讓其用戶受益(yì)匪淺,特別是在技術創新方麵,如埃馬克獨有的高級(jí)礦物機床底座、智能軟硬件接口(kǒu)以及高效(xiào)自動化(huà)解決方案等,都代表了該(gāi)領域的最高水(shuǐ)平,可極大提(tí)高用戶的生產效率和質量。而(ér)且這些技術也為埃馬克 ECM 技術的進一步升級奠(diàn)定了技術基(jī)礎,完全可根據客戶的需求量身定製(zhì)全套的 PECM 交鑰匙解決(jué)方案。埃馬克相信 ECM 技術經過市(shì)場的考驗和證(zhèng)明,必將成為航空發動機製造(zào)業未(wèi)來技術創新過(guò)程中必不可少的一部分。電化(huà)學加工技術時代已然(rán)到來,讓我們拭目(mù)以待。
進行渦輪盤加工,擁有多工位的(de)埃馬克電化學加工(ECM)機床。
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