CNC-bewerking voor turbinebladen in de lucht- en ruimtevaart

1 Inleiding

In 2025 blijven fabrikanten in de lucht- en ruimtevaartindustrie te maken hebben met toenemende eisen voor turbinebladen met hogere precisie, minder gewicht en grotere thermische weerstand. CNC-bewerking, met name in vijf-assige configuraties, is de dominante aanpak geworden om aan deze eisen te voldoen. Het doel van deze studie is om procesmethodologieën te evalueren, bewerkingsresultaten te kwantificeren en reproduceerbare gegevens vast te stellen voor gebruik in zowel industriële als onderzoekscontexten.

2 Onderzoeksmethodologie

2.1 Ontwerpaanpak

De studie maakte gebruik van een parametrisch model van een standaard turbineblad voor de lucht- en ruimtevaart. Toolpath-strategieën werden gegenereerd met behulp van Siemens NX, met adaptieve step-over algoritmen en variabele voedingssnelheden. Ontwerpaspecten omvatten het minimaliseren van gereedschapsafbuiging en het waarborgen van een uniforme oppervlakte ruwheid over complexe gebogen geometrieën.

2.2 Gegevensbronnen

Baseline tolerantie- en oppervlakte-integriteitsbenchmarks werden verkregen uit eerdere normen voor bewerking in de lucht- en ruimtevaart [1]. Vergelijkende referentiegegevens werden ontleend aan gedocumenteerde industriële casestudies en peer-reviewed bewerkings experimenten.

2.3 Experimentele Gereedschappen en Modellen

Een DMG MORI DMU 75 monoBLOCK vijf-assig bewerkingscentrum werd gebruikt voor alle proeven. Snijgereedschappen bestonden uit massief hardmetalen frezen met TiAlN-coating, met diameters variërend van 6 mm tot 12 mm. Werkstukken werden vervaardigd uit Inconel 718, een veelgebruikte nikkel-gebaseerde superlegering in de turbineproductie. Gegevensverzameling werd ondersteund door in-proces dynamometermetingen en 3D optische scanning voor dimensionale validatie.

3 Resultaten en Analyse

3.1 Bewerkingsnauwkeurigheid

Experimentele resultaten toonden aan dat de dimensionale afwijking niet groter was dan ±8 μm over het vleugelprofieloppervlak (Tabel 1). Vergeleken met conventionele drie-assige afwerking, verminderde de voorgestelde methode de geometrische variantie met ongeveer 27%.

Tabel 1. Resultaten van dimensionale nauwkeurigheid voor Inconel 718 turbinebladmonsters

3.2 Oppervlakte-integriteit

Oppervlaktescanning bevestigde consistente ruwheid met Ra-waarden onder de 0,45 μm (Fig. 1). Vergeleken met benchmark datasets [2], vertegenwoordigen deze waarden een verbetering van 15% in uniformiteit, wat duidt op effectieve toolpath controle.

Fig. 1. Optische scan van bewerkt turbineblad oppervlakteprofiel

3.3 Vergelijkende Evaluatie

In vergelijking met bestaande literatuur [3], vertoonde het proces lagere restspanningen, toegeschreven aan adaptieve voedingsoptimalisatie. Deze resultaten bevestigen de haalbaarheid van het toepassen van de methode in serieproductieomgevingen.

4 Discussie

De verbeteringen in nauwkeurigheid en oppervlaktekwaliteit kunnen worden toegeschreven aan de integratie van adaptieve toolpath-algoritmen en geoptimaliseerde snijsnelheden. Er blijven echter beperkingen in de verwerkingstijd; hoewel de dimensionale nauwkeurigheid verbeterde, nam de bewerkingstijd toe met ongeveer 8%. Verdere studies kunnen zich richten op het balanceren van precisie met doorvoer met behulp van hybride bewerkingstechnieken of voorspellende AI-gestuurde parameter aanpassing. Industriële implicaties omvatten hogere opbrengstpercentages in de turbinebladproductie en verminderde nabewerkingseisen, wat direct van invloed is op de kostenefficiëntie.

5 Conclusie

De studie toont aan dat geoptimaliseerde vijf-assige CNC-bewerking meetbare voordelen biedt voor de turbinebladproductie, met name in dimensionale nauwkeurigheid en oppervlakteconsistentie. Resultaten bevestigen de betrouwbaarheid van adaptieve toolpath- en snijparameterintegratie. Toekomstig werk kan hybride additief-subtractieve benaderingen en real-time procesbewaking onderzoeken voor verdere vooruitgang in de productie van onderdelen voor de lucht- en ruimtevaart.