Turbomotoarele sunt maşini de înaltă tehnicitate şi produse de o mare complexitate tehnică, reprezentând, pentru acele state care reuşesc să le conceapă şi realizeze, atingerea unei culmi în ştiinţă şi tehnică. Conceperea şi realizarea lor, testarea şi certificarea, întreţinerea şi reparaţia, sunt etape care fac parte din viaţa unui asemenea echipament.
Având impuse condiţii extrem de ridicate de siguranţă în funcţionare, turbomotoarele necesită o atenţie deosebită la parcurgerea tuturor etapelor amintite mai sus. Un ajutor substanţial este oferit, în ultimii 20 de ani, de procesul de modelare 3D, ca bază generală de creştere a eficienţei în concepţie şi de scurtare a timpului de punere la dispoziţie a unui produs nou, îmbunătăţit, unui potenţial client.
Acest proces de modelare 3D presupune utilizarea unui ansamblu de softuri de înaltă valoare, cu ajutorul cărora se realizează atât partea de componentă geometrică a subansamblurilor, cât şi verificarea dimensională şi din punct de vedere al rezistenţei acestora. Etapa de modelare este una deosebit de dificilă deoarece presupune executarea mai multor iteraţii în vederea dimensionării corespunzătoare a unui număr mare de componente, unele dintre ele critice pentru buna funcţionare a turbomotorului.
Realizarea acestui ansamblu de activităţi nu înseamnă decât un prim pas care este continuat de realizarea efectivă a componentelor şi de măsurarea acestora. Un sprijin de seamă în derularea acestui proces este dat de utilizarea centrelor de prelucrare ce utilizează comanda numerică, sau mai nou a imprimantelor 3D de realizare rapidă a prototipurilor. Toate aceste echipamente moderne utilizează ca fundament produsul realizat prin modelare 3D, asupra căruia sunt aplicate tot felul de proceduri cu ajutorul unor alte programe performante.
Reperele paletate – o realitate de zi cu zi la INCD Turbomotoare COMOTI
Dintre reperele componente ale unui turbomotor, proiectarea şi realizarea reperelor paletate constituie o adevărată provocare tehnologică. Acest gen de repere se regăsesc atât în zona de compresor, cât şi în partea de turbină. Paleta de compresor sau de turbină este o piesă supusă permanent forţelor şi momentelor produse de masele de aer (gaz) pe care le vehiculează şi de eforturile datorate vitezelor ridicate de rotaţie imprimate.
Forma geometrică şi soluţia constructivă a acesteia răspunde simultan asigurării unei conversii energetice optime şi condiţiilor structurale de rezistenţă mecanică. În acest context, paletele se realizează din materiale cu o rezistenţă ridicată la solicitările mecanice şi de temperatură din timpul exploatării. În această categorie, se regăsesc aliajele de titan (utilizate cu precădere în cazul părţii de compresor) sau din materiale refractare (zona de turbină).
De calitatea materialului şi de precizia de execuţie a reperelor depinde siguranţa în exploatare şi durata de viaţă a turbomotorului. Datorită acestui lucru, încă din faza de concepție, solicitările sunt criteriile de utilizare ale unor materiale foarte performante, iar condițiile de calitate sunt extrem de restrictive.
Modelarea 3D – baza concepţiei produselor paletate
În vederea parcurgerii cu succes a etapei de concepţie, se utilizează programe complexe de calcul și de modelare cum ar fi: Catia, Unigraphics, Nastran, Patran, Ansys 13, Numeca, etc. Simpla enumerare a acestor programe arată complexitatea activității desfăşurate. Este evident că de corecta parcurgere a acestei etape depinde durata activităţilor ulterioare: cele de fabricaţie şi de control. Rezultatul acestei etape este obţinerea unui model 3D, care constituie elementul central utilizat în cadrul activităţilor ulterioare.
Activitatea CAM – o sculptură în metal folosind utilaje CNC şi softuri performante
Acest gen de repere presupune o atenție deosebită în execuție datorită complexităţii suprafeţelor ce trebuie realizate, generate cu programe performante de modelare. Materialele utilizate sunt materiale extrem de valoroase, având caracteristici mecanice deosebite, ceea ce le face extrem de greu de prelucrat.
Durităţile mari ale acestor materiale, compoziţia chimică ce conţine constituenţi extrem de abrazivi, determină necesitatea utilizării unor scule scumpe cu performanțe de așchiere deosebite. Cu toate acestea, timpii de utilizare a acestora până la reascuţire sunt extrem de reduşi, ceea ce determină costuri ridicate şi procese tehnologice îndelungate.
Prelucrarea reperelor paletate se realizează în cel mai bun mod posibil pe maşini cu comandă numerică, cele mai utilizate fiind cele cu interpolare simultană pe 5 axe. Trebuie remarcat faptul că performanţele acestor maşini sunt extrem de bune atât în ceea ce priveşte precizia de prelucrare, cât şi al performanțelor dinamice, ceea ce permite utilizarea conceptului de prelucrare cu viteză mare(HCS-High Cutting Speed).
Activitatea CAM începe cu aplicarea pe modelul conceput a unor categorii de programe specializate pentru generarea traseului sculei, absolut necesare pentru utilizarea maşinilor cu comandă numerică. Acest lucru se realizează folosind, în cadrul COMOTI, a programului Unigraphics NX8. Programul astfel generat este postprocesat, aceasta fiind o acţiune de adaptare a acestuia la caracteristicile particulare ale maşinii utilizate pentru prelucrare.
Este interesant de amintit că traseul prin care acest program ajunge la utilaj folosește interfaţa reţelei de calculatoare datorită faptului că aceste comenzi numerice moderne utilizate pot fi legate la reţeaua de calculatoare a Institutului. Şi acest lucru ce poate părea minor ajută la o economie importantă de timp. Ultima activitate, poate cea mai importantă, este cea de utilizare a acestui program generat pentru realizarea profilului dorit.
Controlul în 3D – acceptul final al dimensiunilor realizate
O ultimă etapă parcursă de un reper înaintea utilizării într-un echipament de asemenea importanţă şi complexitate este cea de certificare a conformităţii în raport cu modelul de la care s-a pornit. Acest lucru se face cel mai ușor cu ajutorul unor mașini de măsurat în coordonate (3D), care utilizează aceleași modele după care au fost realizate reperele.
Este de remarcat legătura ce există între aceste trei activităţi total diferite, conceptie-uzinare-control, aceasta fiind „modelul 3D”. Şi în acest caz, se folosesc softuri specializate extrem de complexe, cu ajutorul cărora se realizează programe specifice de control pentru fiecare reper în parte.
Fluxul tehnologic integrat – cheia succesului
Strategia COMOTI în vederea realizării eficiente a turbomotoarelor este de integrare a tuturor activităţilor ce converg, plecând de la faza de concepţie şi ajungând până la cea de experimentare. O secvenţă importantă realizată este cea a fluxului tehnologic integrat de proiectare-fabricaţie, bazat pe utilizarea modelului 3D, a calculatoarelor electronice şi a maşinilor cu comandă numerică.
Acest lucru permite INCD Turbomotoare COMOTI să facă faţă provocărilor determinate de participarea la programe internaţionale de aviaţie ce au drept scop îmbunătăţirea performenţelor unor echipamente fără de care viaţa modernă nu ar fi posibilă – turbomotoarele.
