Челябинские ученые создали точную модель обработки деталей для авиадвигателей
Ученые Южно-Уральского государственного университета совместили несколько методов моделирования, чтобы при обработке деталей на станках с ЧПУ одновременно учитывать износ режущего инструмента и деформацию заготовки. Методику проверили на примере чистовой обработки лопатки компрессора авиадвигателя CFM56-5A, где отклонения от чертежа могут достигать двух миллиметров.
Ученые из Челябинска предложили новый подход к компьютерному моделированию механической обработки, позволяющий одновременно учитывать износ инструмента и деформацию заготовки. Методика, созданная в Южно-Уральском государственном университете, ориентирована на повышение точности изготовления деталей сложной формы на станках с ЧПУ.
Расхождение между виртуальной моделью и реальным изделием остается одной из ключевых проблем в машиностроении. Наиболее остро она проявляется при работе с тонкостенными элементами из композитов, к которым относятся, в частности, лопатки авиационных двигателей. Отклонения от чертежа, вызванные нагрузками и износом режущего инструмента, способны достигать двух миллиметров. Устранение подобных дефектов сопряжено с дополнительными расходами.
Доцент кафедры технологий машиностроения ЮУрГУ Екатерина Щурова отметила, что распространенные системы проектирования чаще всего оперируют идеализированными поверхностями и далеко не всегда принимают во внимание реальные условия резания.
Челябинские исследователи совместили несколько методов моделирования. Деталь и инструмент описываются как совокупность множества мелких объемных элементов — вокселей. Далее программа вычисляет изменение режущей кромки, возникающие силы резания и деформации.
Методику протестировали на примере чистовой обработки лопатки компрессора авиадвигателя CFM56-5A. Расчеты проводились для трехосевого станка с ЧПУ и фрезы диаметром 10 миллиметров. Модель содержала до 80 тысяч частиц и 25 тысяч конечных элементов, а вычисления в программе LS-DYNA заняли 40 часов на двухъядерном процессоре.
Ограничение у разработки тоже есть. Как пояснила Екатерина Щурова, расчеты требуют значительных вычислительных мощностей, поэтому на данном этапе моделирование выполняется лишь в ключевых точках траектории движения инструмента.
Исследование поддержано Российским научным фондом. В дальнейшем планируется адаптировать методику для различных композитов и станков, а также снизить требования к производительности компьютеров.