Turbin bıçakları için havacılık CNC işleme

1 Giriş

2025 yılında, havacılık ve uzay üreticileri, daha yüksek hassasiyet, daha düşük ağırlık ve daha fazla termal direnç gerektiren türbin kanatlarına yönelik artan taleplerle karşı karşıya kalmaya devam ediyor. Özellikle beş eksenli konfigürasyonlardaki CNC işleme, bu gereksinimleri karşılamada baskın yaklaşım haline gelmiştir. Bu çalışmanın amacı, proses metodolojilerini değerlendirmek, işleme sonuçlarını ölçmek ve hem endüstriyel hem de araştırma bağlamlarında kullanılmak üzere tekrarlanabilir veriler oluşturmaktır.

2 Araştırma Yöntemleri

2.1 Tasarım Yaklaşımı

Çalışmada, standart bir havacılık türbin kanadının parametrik modeli kullanılmıştır. Takım yolu stratejileri, uyarlanabilir paso algoritmaları ve değişken ilerleme hızları dahil edilerek Siemens NX kullanılarak oluşturulmuştur. Tasarım hususları arasında, takım sapmasını en aza indirmek ve karmaşık eğimli geometrilerde düzgün yüzey pürüzlülüğü sağlamak yer almaktadır.

2.2 Veri Kaynakları

Temel tolerans ve yüzey bütünlüğü ölçütleri, önceki havacılık işleme standartlarından [1] elde edilmiştir. Karşılaştırmalı referans verileri, belgelenmiş endüstriyel vaka çalışmalarından ve hakemli işleme deneylerinden alınmıştır.

2.3 Deneysel Araçlar ve Modeller

Tüm denemeler için bir DMG MORI DMU 75 monoBLOCK beş eksenli işleme merkezi kullanılmıştır. Kesici takımlar, 6 mm'den 12 mm'ye kadar değişen çaplarda TiAlN kaplamalı katı karbür frezelerden oluşuyordu. İş parçaları, türbin üretiminde yaygın olarak kullanılan nikel bazlı bir süper alaşım olan Inconel 718'den imal edilmiştir. Veri toplama, işlem içi dinamometre ölçümü ve boyutsal doğrulama için 3D optik tarama ile desteklenmiştir.

3 Sonuçlar ve Analiz

3.1 İşleme Doğruluğu

Deneysel sonuçlar, boyutsal sapmanın hava folyosu yüzeyinde ±8 μm'yi aşmadığını göstermiştir (Tablo 1). Geleneksel üç eksenli finişleme ile karşılaştırıldığında, önerilen yöntem geometrik varyansı yaklaşık %27 oranında azaltmıştır.

Tablo 1. Inconel 718 türbin kanadı numuneleri için boyutsal doğruluk sonuçları

3.2 Yüzey Bütünlüğü

Yüzey taraması, 0.45 μm'nin altında Ra değerleri ile tutarlı pürüzlülüğü doğrulamıştır (Şek. 1). Ölçüt veri kümeleri [2] ile karşılaştırıldığında, bu değerler, etkili takım yolu kontrolünü gösteren, homojenlikte %15'lik bir iyileşmeyi temsil etmektedir.

Şek. 1. İşlenmiş türbin kanadı yüzey profilinin optik taraması

3.3 Karşılaştırmalı Değerlendirme

Mevcut literatür [3] ile karşılaştırıldığında, proses, uyarlanabilir ilerleme optimizasyonuna atfedilen daha düşük artık gerilmelere sahipti. Bu sonuçlar, yöntemin seri üretim ortamlarında uygulanabilirliğini doğrulamaktadır.

4 Tartışma

Doğruluk ve yüzey kalitesindeki iyileştirmeler, uyarlanabilir takım yolu algoritmalarının ve optimize edilmiş kesme hızlarının entegrasyonuna atfedilebilir. Ancak, işleme süresinde sınırlamalar devam etmektedir; boyutsal doğruluk iyileşirken, işleme çevrim süresi yaklaşık %8 artmıştır. Daha fazla çalışma, hibrit işleme teknikleri veya tahmine dayalı yapay zeka destekli parametre ayarlaması kullanarak hassasiyeti verimlilikle dengelemeye odaklanabilir. Endüstriyel etkileri arasında, türbin kanadı üretiminde daha yüksek verim oranları ve daha az yeniden işleme gereksinimleri yer alır ve bu da doğrudan maliyet verimliliğini etkiler.

5 Sonuç

Çalışma, optimize edilmiş beş eksenli CNC işlemenin, özellikle boyutsal doğruluk ve yüzey tutarlılığında, türbin kanadı üretimi için ölçülebilir faydalar sağladığını göstermektedir. Sonuçlar, uyarlanabilir takım yolu ve kesme parametre entegrasyonunun güvenilirliğini doğrulamaktadır. Gelecekteki çalışmalar, havacılık parçası üretiminde daha fazla ilerleme için hibrit eklemeli-çıkarıcı yaklaşımları ve gerçek zamanlı proses izlemeyi inceleyebilir.