Вибрационная обработка в авиационной промышленности

Конечные продукты авиационной промышленности ежедневно работают с людьми, поэтому к состоянию кромок и поверхностей предъявляются жесткие требования, когда речь идет о процессах, связанных с авиационной отраслью.

В аэрокосмической промышленности предъявляются очень высокие требования к чистоте поверхности таких деталей, как лопасти вентиляторов и турбин. Если лопасти вентилятора имеют гладкую поверхность, снижается риск прилипания отложений к поверхности аэродинамического профиля. Чем более гладкие поверхности аэродинамических лопаток, тем ниже рабочая температура двигателя. Это позволяет достичь большего запаса между фактической температурой выхлопных газов и «красной линией» двигателя – максимальной температурой выхлопных газов (MEGT). Такое снижение температуры улучшает межремонтный период авиационных двигателей – они могут дольше оставаться в эксплуатации до необходимости капитального ремонта. Улучшенная обработка поверхности лопаток турбины также повышает ускорение и сжатие потока воздушных масс в турбинах, что приводит к снижению расхода топлива – неоценимое техническое преимущество в условиях растущей стоимости топлива в настоящее время. Снижение шероховатости поверхности также способствует увеличению усталостной прочность. Это важно, так как компоненты самолетов подвергаются различным нагрузкам в процессе эксплуатации.

Концентрация напряжений в таких деталях, как лопатки вентилятора или турбины в авиационном двигателе, увеличивается из-за острых углов и заусенцев. Снятие заусенцев и обработка кромок уменьшает концентрацию напряжений, что дополнительно повышает сопротивление разрушению и усталостную прочность. Было замечено, что большинство усталостных трещин зарождается на поверхности детали, а не внутри нее. Следовательно, обработка поверхности становится критически важной для долгого и безопасного срока службы детали, особенно в аэрокосмической промышленности. Во время сборки шероховатые поверхности и острые внешние кромки также могут повредить окрашенные поверхности. Острые внешние углы конструкции служат аккумуляторами электрического заряда и могут представлять опасность статического разряда. Во время полета на острых кромках может возникнуть дисбаланс электрических зарядов, и они могут стать точками искрения при подаче напряжения. Эта разность потенциалов может быть вызвана статическим зарядом и/или ударами молнии.

Вибрационная обработка – один из таких широко используемых процессов, который может привести к достижению требований к чистоте поверхности, установленных авиационной промышленностью, а также к подготовке деталей к противодействию потенциальным катастрофам, вызванным описанными выше явлениями. Процесс является гибким и экономически эффективным с точки зрения того, что множество деталей со сложной геометрией (что обычно характерно для деталей аэрокосмического назначения) могут быть обработаны одновременно с минимальными усилиями. Вибрационная обработка способствует развитию благоприятных сжимающих напряжений, а также обеспечивает равновесие напряжений по всей детали, поскольку все элементы детали обрабатываются одинаково. Эти сжимающие напряжения противодействуют растягивающим напряжениям, вызванным трещиной, и помогают сдержать ее распространение. Многие процессы обработки и шлифования приводят к образованию остаточных напряжений на поверхности деталей.

Типичная лопасть вентилятора в аэрокосмической промышленности имеет длину 1200 мм и ширину 500 мм. Для обработки таких лопаток используется лотковая виброгалтовка. Более мелкие и вращающиеся аэрокосмические компоненты, такие как лопатки турбин, лопатки и диски компрессоров, обрабатываются в круговой виброгалтовке. Во время процесса обработки для установки этих компонентов используются приспособления, предотвращающие повреждения от зазубрин или других повреждений на тонких кромках. Конструктивные элементы фюзеляжа и лонжероны крыла самолета подвергаются зачистке и радиусной обработке в больших лотковых галтовках. Детали с заусенцами и гладкими радиусами, в отличие от острых кромок, имеют более высокую устойчивость к зарождению и распространению усталостных трещин. Кроме того, улучшается адгезия краски к кромкам деталей, что полезно для последующих производственных процессов.