Wirnik aluminiowy 7075-T6 obrabiany CNC do zastosowań w turbinach wysokoobrotowych

Przegląd produktu

Nazwa produktu

Wirnik turbiny generatora szybkoobrotowego

Aplikacja

Stosowany w dostosowanych przez klienta systemach turbiny generatorowej do zastosowań w przemyśle naftowym i gazowym.

Tworzywo

Stop aluminium lotniczego 7075-T6

Materiał 7075-T6 wybrano ze względu na doskonały stosunek wytrzymałości do masy, wysoką odporność na zmęczenie oraz przydatność do stosowania w szybko obracających się elementach, w których redukcja masy ma kluczowe znaczenie.

Kluczowe specyfikacje

• Średnica zewnętrzna końcowa (OD): 90,00 mm ±0,01 mm
• Długość całkowita: 150,00 mm ±0,02 mm
• Średnica otworu centralnego: 72,00 mm ±0,01 mm
• Grubość ścianki: grubość promieniowa 9 mm
• Wykończenie powierzchni OD: polerowanie lustrzane, Ra ≤0,2 μm
• Wymagania dotyczące równowagi dynamicznej: G2.5 lub wyższy100,000 RPM
• Obróbka krawędzi: fazowanie 0,1–0,2 mm na wszystkich krawędziach

Cechy wątku

Wirnik posiada precyzyjne gwinty wewnętrzne na otworze centralnym:

• Rodzaj gwintu: specyfikacja gwintu drobnozwojowego UNJF/MJ
• Skok: 1,5 mm
• Głębokość gwintu: 1,5 mm na stronę
• Długość gwintu: minimum 35 mm
• Jedna strona: gwint lewoskrętny
• Jedna strona: gwint prawoskrętny

Przeciwne kierunki gwintu mają zapewnić efekt samozaciskania podczas obrotów z dużą prędkością.

Wyzwania produkcyjne

1. Niezwykle wąskie tolerancje wymiarowe dla obrotów o dużej prędkości

Największym wyzwaniem było zachowanie stabilności wymiarowej podczas obróbki.

Dla wirnika pracującego przy100,000 RPM Nawet niewielkie bicie lub niewyważenie może powodować problemy z wibracjami.

Wymagania obejmowały:

• Średnica zewnętrzna, otwór, gwint i cechy ostrza muszą zachować koncentryczność TIR wynoszącą 0,01 mm
• Otwór i średnica zewnętrzna muszą pozostać idealnie wyrównane
• Obróbka gwintów musi zapewniać precyzyjne pozycjonowanie bez zadziorów

Tradycyjne metody obróbki mogą łatwo prowadzić do odkształceń lub braku współosiowości, zwłaszcza w przypadku usuwania dużych ilości materiału z aluminium 7075-T6.

2. Złożona struktura wirnika i trudne formowanie łopatek

Konstrukcja wirnika obejmowała cienkie elementy przypominające łopatki, które należało zintegrować z korpusem głównym.

Wyzwaniem było to, że te ostrza były:

• Cienki i łatwy do odkształcenia
• Trudne do obróbki mechanicznej jako konstrukcja jednoczęściowa
• Wrażliwy na siłę cięcia i wibracje

Próba obróbki CNC jednego elementu wiązałaby się z następującym ryzykiem:

• Nadmierne wibracje narzędzia
• Deformacja ostrza
• Niska wydajność obróbki
• Trudności z kontrolowaniem ostatecznej geometrii

Konieczne było zastosowanie innego podejścia produkcyjnego.

3. Wymagania dotyczące wykończenia powierzchni lustrzanej

Powierzchnia zewnętrzna wymaga wykończenia na połysk lustrzany o Ra 0,2 μm lub lepszym .

W przypadku części obracających się z dużą prędkością jakość powierzchni ma bezpośredni wpływ na:

• Opór powietrza
• Sprawność obrotowa
• Generowanie ciepła
• Długoterminowa stabilność

Jednak aluminium 7075-T6 jest stosunkowo miękkie w porównaniu ze stalą, co oznacza, że ​​polerowanie może łatwo spowodować:

• Nierówne odbicia
• Zaokrąglone krawędzie
• Zarysowania powierzchni
• Lokalna deformacja

Aby zachować precyzję geometrii i wysoką jakość polerowanej powierzchni, konieczne było dokładne kontrolowanie procesu.

Nasze rozwiązanie w zakresie obróbki CNC

1. Zoptymalizowany proces produkcyjny krok po kroku

Zamiast wymuszać wykonanie całego wirnika z jednego kawałka, nasz zespół inżynierów opracował bardziej praktyczny proces:

Krok 1: Obróbka CNC korpusu wirnika głównego

Główna konstrukcja wirnika została najpierw wykonana metodą obróbki skrawaniem z prętów aluminiowych 7075-T6 .

Na tym etapie skupiliśmy się na:

• Dokładność średnicy zewnętrznej
• Obróbka otworu centralnego
• Pozycjonowanie gwintu
• Kontrola ogólnej koncentryczności

Aby zapobiec kumulacji błędów, podczas obróbki dodano wiele punktów kontrolnych.

Krok 2: Niezależna produkcja ostrzy

Ze względu na złożoność i cienką strukturę ostrzy, ich sekcje wytwarzano oddzielnie.

Dzięki temu podejściu udało nam się osiągnąć:

• Lepsza kontrola wymiarowa
• Zmniejszone naprężenia podczas obróbki
• Poprawiona jakość powierzchni
• Bardziej stabilna spójność produkcji

Po obróbce mechanicznej elementy łopatki zostały starannie ustawione i zmontowane z korpusem wirnika.

Krok 3: Precyzyjny montaż i wykończenie

Po procesie integracji łopatek cały wirnik przeszedł dodatkowe procedury wykończeniowe:

• Kontrola ustawienia
• Uszlachetnianie powierzchni
• Precyzyjne polerowanie
• Ostateczna weryfikacja wymiarowa

Szczególną uwagę poświęcono utrzymaniu:

• Dokładność położenia ostrza
• Symetria wirnika
• Gładkość powierzchni

2. Precyzyjna obróbka gwintów

Szczególnej uwagi wymagają wewnętrzne gwinty drobnozwojowe, ponieważ mają one bezpośredni wpływ na niezawodność montażu przy dużych obciążeniach obrotowych.

Nasz proces obejmował:

• Dedykowane narzędzia do obróbki gwintów
• Kontrolowane parametry cięcia
• Wielokrotne kontrole po obróbce

Ostateczne wątki zostały zweryfikowane pod kątem:

• Czysty profil gwintu
• Bez zadziorów
• Prawidłowy ton
• Prawidłowa koncentryczność względem osi wirnika

3. Wyważanie dynamiczne i kontrola jakości

Przed dostawą gotowy wirnik przeszedł procedury końcowej kontroli:

• Kontrola wymiarowa cech krytycznych
• Weryfikacja koncentryczności
• Kontrola gwintów
• Kontrola jakości powierzchni
• Test dynamicznego równoważenia

Wirnik został wyważony tak, aby spełniał wymagany standard G2.5 lub lepszy przy 100 000 obr./min .

Wyniki projektu

Dzięki optymalizacji procesu i ścisłej współpracy inżynieryjnej udało nam się dostarczyć wirnik spełniający wysokie wymagania klienta w zakresie wydajności.

Najważniejsze osiągnięcia:

✅ Obróbka o wysokiej precyzji
Wymiary krytyczne kontrolowano z dokładnością ±0,01 mm.

✅ Stabilna praca przy dużych prędkościach obrotowych
Wirnik spełnił wymagania dotyczące wyważenia dynamicznego dla pracy z prędkością 100 000 obr./min.

✅ Złożona konstrukcja została pomyślnie wyprodukowana
Oddzielna metoda produkcji łopatek pozwoliła rozwiązać największy problem związany z obróbką i zapewniła dokładność konstrukcyjną.

✅ Uzyskano najwyższą jakość powierzchni
Wypolerowana na wysoki połysk powierzchnia aluminiowa spełniła wymagania klienta dotyczące aerodynamiki.

Dlaczego klient wybrał nasze możliwości obróbki CNC

Ten projekt nie polegał jedynie na wyprodukowaniu elementu aluminiowego. Wymagał połączenia:

• Doświadczenie w precyzyjnej obróbce 7075-T6
• Możliwość wytwarzania złożonych konstrukcji
• Wiedza na temat szybko obracających się komponentów
• Zaawansowana technologia wykańczania powierzchni
• Elastyczne rozwiązywanie problemów inżynieryjnych

Dzięki przeprojektowaniu procesu produkcyjnego w oparciu o rzeczywiste wyzwania związane z obróbką, pomogliśmy klientowi przekształcić trudną konstrukcję wirnika w niezawodny komponent gotowy do produkcji.

W przypadku projektów obejmujących wytrzymałe części aluminiowe, komponenty turbin, precyzyjne wirniki lub inne zespoły obrotowe o dużej prędkości , nasz zespół inżynierów jest w stanie dostarczyć dostosowane rozwiązania produkcji CNC, od opracowania prototypu po produkcję.