喷气发动机“冷杉”线材电火花加工

几何和冷杉树形象有着惊人的相似之处,似乎包含了一系列的分支,两边窄,给它evergreen-hence的锥形特征看,常见的名字在涡轮盘槽的形状,形状匹配的涡轮叶片的根源。根部和槽之间的配合提供了热膨胀的空间，同时仍然保持叶片对抗离心力，当圆盘高速旋转(10,000 rpm是典型的)。

对于喷气发动机制造商来说，要在发动机盘和叶根上剪下冷杉树的图案一直是一个挑战。一个现代喷气发动机可能有多达40个或更多的涡轮盘，每个盘可以容纳20多个或多达200个叶片。在圆盘上切割无数杉树图案的槽会带来一些困难。杉树的几何形状是复杂的;尺寸公差可以与一根头发的直径相比较;工件材料很硬，但对损坏很敏感;表面光洁度必须符合严格的规格。由于每个圆盘有这么多槽要生产，所以制造方法必须是有效和高效的。这一操作的生产率是喷气发动机生产总成本的一个重要因素。

几十年来，喷气发动机制造商一直在密切研究这一操作，一直在寻找一种切割工艺，既能提高质量，又能降低成本和时间，生产这些杉树图案的槽。目前，最有前途的方法之一是电火花线切割，以替代拉削，通常采用的传统工艺。电火花线切割具有诱人的优点。它灵活、高精度、经济，而且易于自动化。最重要的是，电火花线切割技术的进步使其产生的表面条件不再具有航空航天应用的任何特性。

然而，涡轮盘比通常在电火花线切割设备上生产的工件更大更重。他们生产的其他方面需要的能力，通常不会遇到在大多数电火花线切割应用。例如，电源(或火花发生器)必须提供参数设置，使敏感的航空航天工件材料的表面不受热影响。此外，必须满足对所有航空航天零件的零件跟踪和制造追溯要求。

GF机械加工解决方案(林肯郡，伊利诺斯州)开发了一种专门设计的线切割电火花系统，用于切割发动机盘中的冷杉树模式。它是基于AgieCharmilles Cut 200电火花线切割机，该电火花线切割机经过重新设计，以适应不寻常的倾斜转盘，并提供自动化。其他功能包括过程中探测，定制的发电机设置和过程监控/跟踪软件。因为该系统是“专用的”航空航天光盘生产，这个版本被指定为Cut 200专用线材EDM。

在加拿大的喷气发动机制造商的设施中安装了由其中几种电线EDM组成的盘生产单元，预计将于今年第三季度上网。其他喷气发动机制造商正在密切关注此安装并表达了对类似系统的兴趣。虽然在加拿大在加拿大的这一先锋系统上生产的光盘可能不包括在当前喷射发动机设计中，直到进一步评估完成，初步测试完全是积极的。

GF加工解决方案说，虽然这款专用系统瞄准航空航天，但绝不是喷气发动机椎间盘生产的手段。设计理念的新功能可以适应能源和发电行业的其他应用。甚至更广泛地，该电线EDM系统的能力代表电线EDM的电位，因为当遇到坚固的机器，紧密宽容，复杂的工件时不被忽略的问题解决过程。

比拉削?

随着航空工业继续采用更坚硬的材料，先进的定制电火花线切割系统为制造商提供了传统加工工艺(如拉削)的替代方案，以生成杉木几何形状。事实上，初步分析表明，电火花线切割工艺的成本大约比拉削低40%，而它能够保持类似的生产率水平。

拉削剪切材料，在加工过程中，可以加工硬化零件表面，特别是在当今先进的航空航天材料上。当拉削刀具通过工件时，其齿强化了连续齿遇到的加工硬化条件。这种影响可能导致拉刀磨损迅速。因此，与其用一个针绣出大约100个可接受的树形图案，它可能只能绣出20个。更换拉削工具是昂贵的。另一方面，电火花加工具有成本效益，可以在这些具有挑战性的材料中切割复杂形状。

此外，EDM提供了多功能性，以便快速改变以削减新形状，而拉削要求在大多数情况下，在大多数情况下，在9个月到一年之间开发一个全新的工具。从本质上讲，重新编程CNC文件中的线路的路径使得能够切割FIR树模式的新配置。虽然每个枞树的钢丝切割的循环时间可能具有比拉削操作的相当长的循环时间（其通常在拉削工具的一个行程中完成），但是具有与拉削机器相同容量的多单元线EDM系统是可比的成本。此外，多单元EDM系统具有生产可靠性的优点。依靠一个拉削机器需要生产，如果此机器已关闭以进行维护或维修，则生产完全停止。使用多个EDM单元，一台机器的停止不会关闭整个线路。

电线EDM在拉削方面具有额外的优势，开发人员对抗。对于一个，拉削倾向于产生毛刺，突出的不需要的材料脊，其延伸在成品槽的边缘上。该毛刺必须在随后的操作中机械地移除。电线EDM不会留下毛刺。对于另一个，通过拉削行程的速度的变化，牙齿间距以及牙齿几何形状的均匀性的变化可能会受到不利影响的。虽然电线EDM面向自己的一组过程变量，但其整体一致性已被证明与本申请中的拉伸相比保持更严格的尺寸公差。这种精度提高了插入涡轮机叶片的定位和取向，这有助于提高喷射发动机性能的效率。

拉削和电线EDM在成品槽的表面上留下不同的纹理。拉削在一个方向上产生微观凹槽;电线EDM产生显微峰和谷。既不纹理都没有创造出明显的优势。但是，如下所述，重要的是，这些不同表面条件的表面完整性是相同的。

正确的餐桌礼仪

AgieCharmilles专用线切割线的主要设计变化和特点包括一个新的B/C倾斜转台，过程探测和公司的e-Tracking软件，以及其他软件功能。新的工作台系统不仅提高了电火花加工大型、重型航空航天零件的过程，而且还使机器实现了自动化。

影响新机器设计的主要因素是这些航空航天工件的重量。它导致了一个非传统的非耳轴风格表的开发：具有B轴旋转的C轴旋转台。该装置乘坐水平定向的新月形轴线，可向右和向左提供摇曳的动作。该表使专用于处理载荷的剪切200作为551.16磅（250千克），而不会弯曲风险，这可能发生在传统的旋转/倾斜表中。根据其开发人员，有什么区分新设计并给予它的力量是表格直接建在机器的基础上。

在过去，设计通常将A/B转盘放置在机器现有的标准工作台的顶部。不幸的是，工件会坐得很高，需要异常高的z轴移动。而且，由于工件的位置很高，机器的较低的冲洗喷嘴远离工作区域，造成较差的冲洗条件，降低了切割速度和精度。

为了新的设计，工程师们去掉了标准AgieCharmilles Cut 200线电火花加工的桌子，在机器的铸件下面钻孔，安装了新的桌子。这种安排据说可以消除零件重量及其对工作台的影响问题。此外，该设计将倾斜运动装置直接安装在工作台夹紧面的下方，以增强负载的支撑，促进工作台运动的精确。

工件也坐在机器中，因此机器的下线引导头接近工作区，从而改善了冲洗条件。此外，在保持导线垂直的同时倾斜工件意味着可以保持上线和下线引导头的对准，这也改善了冲洗的布置。这些改进的冲洗条件的净效应增加了切割速度和精度。

准备好自动化

用标准的A/B表在电火花线切割机上自动化生产大型喷气发动机零件一直是很困难的。标准的旋转式工作台占据了机器的大部分工作范围，限制了机器人装卸零件的能力。AgieCharmilles Cut 200 Dedicated的表设计旨在促进自动化。出于同样的原因，设计师将所有的电源线重新安置到工作包的后面，以清理工作空间并消除干扰。同样，上下导向头能够移开，使机器人能够无障碍地进入进行装卸零件，然后在电火花加工操作时移回原位。

此外，进程内探针系统自动在新机器上设置部件。该系统检查零件在X、Y轴上的平整度，零件在Z轴上的高度，B轴的角度，以及零件是否位于C轴的中心。根据开发人员的说法，收集这些探测数据为整个流程提供了验证。这些信息会在电子追踪系统中记录。

产生成功

也许这种杉木应用最重要的方面是，它证实了在喷气发动机制造中电火花线切割工件的可接受性。Agie-Charmilles Cut 200 Dedicated的发电机功能不会产生可检测的“白色层”，建造者报告说，这是由喷气发动机制造商进行的研究证实的。这种所谓的白色层由工件材料的微观薄亚层组成，可能是由于电火花加工过程的高度局部性但强烈的热而发生的冶金性变化。人们担心的是，这种白色层可能会脱落，导致微裂纹，最终导致部件失效。

总的来说，数字发电机的发展使电火花线切割(wire EDM)能够缓解白色层的形成。数字技术提供了精确和一致的控制火花形成过程。GF机加工解决方案公司表示，该公司已将这种能力提高到最佳水平的航空合金，如钛和因科乃尔。从本质上讲，这种能力通过操纵产生每个火花的电火花放电的参数来管理电火花加工过程中涉及的热量。简而言之，其目的是产生一种电能脉冲，这种脉冲能非常迅速地达到理想温度，持续的时间足够长，足以使材料发生去除，然后在材料从工件上熔化之前“关闭”，使材料有时间在其表面重新凝固。相反，材料在介质流体中淬火，并作为硬质颗粒被冲走，只有极小的机会在工件表面熔合。

应用于枞树图案的切割策略涉及初始粗加工通过，从盘中的固体块，然后是三个脱脂切口。在每个脱脂切口中，通电线沿但不与工件的新暴露表面接触。对于每次连续脱脂切割，必须设置火花参数，因此电气放电选择性地删除先前通过留下的不需要的峰值。

电火花线材的特性也必须精确地匹配这一应用程序。在这种情况下，指定的线是双镀锌层黄铜线，仅用于专用系统。铜芯的强度足以承受足以熔化航空航天合金的能量传递，而锌涂层则被牺牲掉以保护导线和工件。在撇屑切割中，镀层将可能留在电火花加工工件表面的金属丝核心的黄铜痕迹降到最低。这些痕迹被发现是如此的轻微，通常在电火花加工后应用温和的酸清洗过程就足以完全去除它们。

最后，必须提到必须监测和密切地监测介质供水的电导率和温度以实现预期的最佳结果。

可追踪的和可跟踪的

发电机的参数和控制它们的方法是开发者的专利。另外，在发电机的处理器软件的能力，以记录所有的过程参数，并将它们连接到每个操作。这是专用光碟系统的电子追踪功能。这个软件功能，一个板载数据采集能力，是公司加工解决方案的一个选择。它详细监控每个过程并确保可追溯性，这在航空航天工作中是必不可少的。电子跟踪系统还提供了一个实时仪表盘，以监控整个车间，以及机器和消耗品的状态，以进行预防性维护。该系统的最新版本与MTConnect互操作标准兼容。

以Cut 200专用线材电火花加工为代表的设计概念和技术发展并不限制其应用于喷气发动机涡轮盘。GF机械加工公司认为，这些发展将扩大线切割电火花加工的使用范围，无论在坚硬的工件材料中遇到类似尺寸、重量和复杂性的工件。这包括用于能源和发电的钛和高镍合金的许多部件。为了进一步扩大应用范围，该公司在更大型号的线材EDM中引入了相同的概念，AgieCharmilles Cut 300 Dedicated。该模型适用于直径为3.6英尺(1.1米)和重达1322磅(600公斤)的零件。

为了支持这些特殊应用的专用线材机，公司提供夹具开发服务、自动化集成和项目工程。