Izdelava turbinskega diska z žično elektroerozijo (WEDM)

Biti vodilno podjetje na področju elektroerozijske obdelave (EDM) je možno le z nenehnim razvojem novih tehnologij in aplikacij, ki zagotavljajo napredne rešitve glede na potrebe uporabnikov. ONA je lep primer inovativno usmerjenega podjetja, kar potrjuje 65-letna zgodovina zagotavljanja tehnološkega napredka na področju obdelave EDM. V skladu s takšnim pristopom je baskovsko podjetje izvedlo raziskavo na področju procesa žične elektroerozije (WEDM), kot alternative za konvencionalni postopek posnemanja pri izdelavi utorov smrekastega profila za vpetje lopatic na turbinskem disku v letalski industriji. Izkazalo se je, da izdelava utorov po obodu turbinskega diska s postopkom WEDM lahko postane izvedljiva industrijska možnost, ki bo v prihodnosti nadomestila postopek posnemanja.

Podjetje ONA je v svoji raziskavi primerjala postopek EDM z bolj konvencionalnimi postopki obdelave, kot sta posnemanje in frezanje, pri čemer je bila namenjena posebna pozornost karakteristikam, kot so integriteta obdelane površine ter natančnost in čas obdelave. V okviru raziskave je bil izdelan turbinski disk zunanjega premera 350 mm in debeline 82 mm iz materiala Inconel 718. Disk je imel po obodu 28 utorov s smrekastim profilom pod kotom 30 stopinj, pri čemer je bila toleranca profila 0,01 mm, medtem ko je bila radialna in kotna toleranca položaja utorov 0,08 mm.

Cilj raziskave je bila izdelava utorov turbinskega diska z uporabo postopka žične elektroerozije (WEDM) ob doseganju tolerančnih zahtev. Pri raziskavi se je analiziral čas grobe obdelave in čas fine obdelave profila ter skupni čas erodiranja profila in skupni čas obdelave celotnega turbinskega diska, vključno s časom priprave. Podobno se je analiziral tudi skupni čas fine obdelave, vključno s časom priprave. Spremljala se je tudi stopnja odnašanja materiala ter merila debelina toplotno prizadetega področja (HAZ) oziroma bele plasti.

» Izdelava utorov smrekastega profila za vpetje lopatic po obodu turbinskega diska s postopkom žične elektroerozije (WEDM). Vir: ONA

Konfiguracija postopka WEDM in pogoji obdelave

Za izvedbo raziskave je bila uporabljena standardna tehnologija podjetja ONA za obdelavo nikljevih zlitin, ki zajema dvoosno vrtljivo mizo in dva različna načina spiranja z dielektrikom ter oplaščena žica premera 0,25 mm za grobo rezanje z WEDM. Različna načina spiranja z dielektrikom sta omogočala preverjanje vpliva na čas elektroerozije, kar je zelo odvisno od pogojev spiranja, pri čemer geometrija utorov na turbinskem disku predstavlja velik izziv glede načina spiranja z dielektrikom.

Rezultati raziskave

Po opravljenih preizkusih obdelave so rezultati pokazali, da se lahko doseže debelino toplotno prizadetega področja znotraj zahtevanega mikrometrskega območja 5 µm ter z dovolj veliko natančnostjo smrekastih profilov znotraj tolerance 0,01 mm z uporabo tehnologije WEDM. Ti rezultati so bili pridobljeni pri enem prehodu grobe obdelave in dvema prehodoma fine obdelave.

Pri slabših pogojih spiranja z dielektrikom je bila pri grobi obdelavi stopnja odnašanja materiala 100 mm2/min, medtem ko je bila za celotno obdelavo (en grob prehod in dva fina prehoda) stopnja odnašanja materiala 60 mm2/min. Po drugi strani pa je bil pri boljših pogojih spiranja z dielektrikom dosežena boljša stopnja odnašanja materiala, ki je pri grobi obdelavi dosegala več kot 400 mm2/min.

Analiza rezultatov

Večina turbinskih diskov ima utore smrekaste oblike pod kotom 5 do 30 stopinj. Funkcija poševnega rezanja na strojih za obdelavo z WEDM proizvajalca ONA zagotavlja dobre rezultate glede geometrijske natančnosti za profile, ki so nagnjeni manj kot 10 stopinj, medtem ko je za večje naklone priporočljiva uporaba dvoosne vrtljive mize.

Za zahtevano stopnjo odnašanja materiala in izboljšanje časov obdelave mora biti dielektrik dobro filtriran, pri čemer je ključnega pomena, da so šobe nameščene blizu profila. Pri turbinskih diskih manjšega premera, ko so lahko šobe za spiranje v napoto vpenjalni pripravi, je priporočljiva uporaba posebnih šob. Prav tako je priporočljiva uporaba oplaščenih žic, kar skrajša čas obdelave, še posebej pri grobem rezanju z WEDM.

» Vir: ONA

Zaključki

Rezultati raziskave so pokazali, da je uporaba postopka WEDM za obdelavo smrekastih profilov utorov na obodu turbinskega diska zelo ustrezna alternativa postopku posnemanja kot industrijska rešitev na področju letalske industrije. Napredni in vse bolj zmogljivi generatorji električnih impulzov in najbolj napredni krmilniki omogočajo optimizacijo časa obdelave z WEDM ter zmanjšanje debelike toplotno prizadetega področja. Poleg tega pa postopek obdelave z WEDM omogoča doseganje tudi zelo dobre geometrijske natančnosti.

V tej raziskavi, ki je bila opravljena v podjetju ONA in je temeljila na strategiji obdelave s tremi prehodi, so bile dosežene vse geometrijske tolerance smrekastih profilov utorov po obodu turbinskega diska, pri čemer je bila debelina bele plasti manj kot 5 μm. Poleg tega je raziskava dala zelo dragocene informacije o stopnji odnašanja materiala in času obdelave.

Ker je certifikacija celotnega procesa obdelave z uporabo postopka EDM glede na standarde letalske industrije lahko zelo dolg in drag proces, so v podjetju ONA prišli do zaključka, da bi bila boljša rešitev kombinacija žične elektroerozije (WEDM) za grobo obdelavo, saj je hitrejša in cenejša in posnemanja za končno obdelavo. V takšnem primeru procesa ne bi bilo treba znova certificirati.