EDM und Tiefbohren für Kühlfunktionen von Turbinenschaufeln

Bei einer Anfrage (RFQ) für Kühlfunktionen von Turbinenschaufeln sollten Käufer das gegossene Schaufelprofil, die interne oder externe Kühlgeometrie und die endgültigen Prüfnachweise trennen, bevor sie Lieferanten vergleichen. EDM, Tiefbohren und CNC-Bearbeitung erledigen unterschiedliche Aufgaben an Nickel- und Kobaltbasis-Superlegierungen. Ein kleines Filmkühlloch, ein geformter Austrittsschlitz, eine Drosselbohrung, ein Austrittselement an der Hinterkante und ein langer interner Kanal können nicht mit derselben Bearbeitungsvorschrift angeboten werden. Der Lieferant muss wissen, welche Merkmale bereits durch Gießen und Keramikkern geformt sind, welche Merkmale nach dem Gießen gebohrt oder EDM-bearbeitet werden müssen und welche Oberflächen nach der Lieferung im Verantwortungsbereich des Käufers bleiben.

NewayAeroTech kann Projekte für Turbinenschaufeln, Turbinenläufer, Leitschaufeln, Deckbänder und Heißgaskomponenten prüfen, bei denen EDM-Bearbeitung von Superlegierungen mit Tiefbohren von Superlegierungen, CNC-Bearbeitung von Superlegierungen, Gießverfahrensauswahl, Wärmebehandlung und Maßprüfung zusammenwirken muss. Die Prüfung basiert auf Kundenzeichnungen, Modellen, Mustern, Materialangaben und Abnahmestandards. Es ist keine Behauptung, dass jedes Kühldesign ohne technische Prüfung herstellbar ist; Schaufelwandstärke, Zugangswinkel, Legierungszustand und Prüfmethode bestimmen alle den machbaren Weg.

Grenze der Kühlfunktionen vor der Bearbeitung

Die erste RFQ-Entscheidung ist nicht der Maschinentyp; es ist die Grenze des Kühlsystems in der gelieferten Geometrie. Eine gegossene Schaufel kann bereits interne Kanäle enthalten, die durch Keramikkerne geformt wurden. Der Nachgussvorgang muss möglicherweise nur Drosselbohrungen öffnen, einen Austrittsschlitz beschneiden, ein zugangsseitiges Merkmal an der Wurzel bearbeiten oder ein geformtes Filmkühlmuster fertigstellen. Ein anderes Projekt kann von einem massiven oder halbmassiven Rohling ausgehen, bei dem lange Kanäle gebohrt werden müssen, bevor kleinere EDM-Merkmale hinzugefügt werden. Diese beiden Arbeiten haben unterschiedliche Anforderungen an Vorrichtungen, Bezugspunkte und Prüfungen.

Käufer sollten jedes Kühlmerkmal nach Funktion markieren, nicht nur nach Durchmesser. Ein Speisekanal, Prallloch, Entlastungsloch, Hinterkantenschlitz, Plattformkühlmerkmal und wurzelseitiger Zugangskanal steuern jeweils ein anderes Fertigungsrisiko. Bei einer einkristallinen oder gerichtet erstarrten Schaufel muss der Bearbeitungsweg auch die Schaufelprofilwandzugabe, die Erwartungen an die Kristallorientierung, die Angaben zur thermischen Vorgeschichte und alle Oberflächen berücksichtigen, die später für eine Beschichtungsvorbereitung vorgesehen sind. Wenn die Zeichnung einen allgemeinen Hinweis wie „Kühllöcher gemäß Modell“ verwendet, benötigt der Lieferant dennoch eine Merkmalsliste, die zeigt, welche Löcher offen, welche blind sind, welche einen internen Kanal kreuzen und welche eine Durchfluss- oder Sichtprüfung erfordern.

Auswahl von EDM, Tiefbohren oder CNC

EDM wird normalerweise in Betracht gezogen, wenn das Merkmal mechanisch schwer zu bearbeiten ist, wenn die Legierung nach der Wärmebehandlung hart ist, wenn die Geometrie eng oder geformt ist, oder wenn der Käufer das Risiko von Schnittkräften an einem dünnen Superlegierungsabschnitt reduzieren möchte. Tiefbohren wird in Betracht gezogen, wenn das Merkmal im Verhältnis zum Durchmesser lang ist und einen kontrollierten Weg durch eine Schaufelwurzel, einen Schaft oder einen dickeren Heißgasabschnitt benötigt. Die CNC-Bearbeitung bleibt Teil des Weges, da Bezugspunkte, Auflageflächen, Wurzelmerkmale, Plattformflächen und Prüfbezüge oft festgelegt werden müssen, bevor die Lochbearbeitung vertrauenswürdig ist.

Der Lieferant kann den Weg nicht allein aus dem Lochdurchmesser ableiten. Ein 1-mm-Loch durch eine kurze Wand ist eine andere Aufgabe als ein 1-mm-Winkelmerkmal, das in einen gegossenen Innenhohlraum eintreten muss, ohne die gegenüberliegende Wand zu beschädigen. Ein größerer gebohrter Kanal mag in einer Tabelle einfacher erscheinen, wird aber schwierig, wenn er einen dünnen Schaufelprofilabschnitt kreuzt oder einen vorhandenen kerngeformten Kanal treffen muss. EDM und Bohren interagieren auch mit Wärmebehandlungs- und Beschichtungsplänen. Wenn ein Loch vor der Beschichtung bearbeitet wird, sollte der Käufer angeben, ob eine spätere Oberflächenvorbereitung die Öffnung verändern kann. Wenn das Merkmal nach der Beschichtung oder nach der endgültigen Oberflächenveredelung bearbeitet wird, wird das Prozessfenster enger und erfordert möglicherweise eine andere Prüfung.

Wandabschnitt, Legierung und Wegrisiko

Kühlfunktionen werden schwierig, wenn die Zeichnung den verbleibenden Wandabschnitt um das Loch herum nicht zeigt. Turbinenschaufeln und -läufer können je nach Anwendung Inconel 738LC, Rene-Legierungen, CMSX-Serien-Einkristalllegierungen, MAR-M247, GTD111DS oder andere Hochtemperaturlegierungen verwenden. Der Legierungsname sagt dem Lieferanten etwas über die Bearbeitbarkeit und die Nachprozessempfindlichkeit, aber die lokale Geometrie entscheidet über das praktische Risiko. Ein Loch in der Nähe einer konkaven Schaufelprofilwand, eines Hinterkantenschlitzes oder eines Plattformübergangs kann empfindlicher sein als ein Merkmal in einem schweren Wurzelabschnitt, selbst wenn das Material dasselbe ist.

Bei gegossenen Schaufeln sollte das Team auch identifizieren, welche Kühlgeometrie durch das Wachsmodell und den Keramikkern gesteuert wird, welche Geometrie nach dem Gießen erzeugt wird und welche lokalen Oberflächen eine Zugabe für die Reinigung benötigen. Wenn der Schaufelweg Einkristallguss ist, sollte der Käufer vermeiden, EDM oder Bohren als isolierten Betriebsvorgang zu behandeln. Vorrichtungskraft, lokale Erwärmung, Spannungsabbauewartungen und Prüfpunkte müssen möglicherweise alle überprüft werden. Wenn das Merkmal zu einem Reparatur- oder MRO-Projekt auf Musterbasis gehört, sollte ein gebrauchtes Schaufelmuster nicht als endgültige Konstruktionsgeometrie behandelt werden, wenn Verschleiß, Oxidation, Beschichtungsrückstände und Verformung die Lochposition oder lokale Dicke verschieben können.

Die Prüfung von NewayAeroTech beginnt normalerweise mit der Frage, ob der Käufer ein natives 3D-Modell, eine 2D-Zeichnung mit Schnittansichten oder nur ein Musterteil hat. Ein Modell ermöglicht es dem Lieferanten, Lochachsen, Wandstärke und Schnittrisiko zu überprüfen. Eine Zeichnung kann Bezugspunkte und Abnahmeregeln definieren. Ein Muster kann helfen, die Komponente zu verstehen, kann aber die technische Freigabe für Endmaße nicht ersetzen, insbesondere wenn Kühllöcher im Betrieb vergrößert, blockiert oder verformt wurden.

Prüfnachweise für Kühllöcher

Die Prüfung von Kühlfunktionen sollte basierend auf der Fehlerart ausgewählt werden, die der Käufer kontrollieren möchte. Ein CMM-Bericht kann Eintrittspositionen, Bezugspunktbeziehungen, Wurzel- oder Plattformreferenzen und einige zugängliche Geometrien bestätigen. Sichtprüfung, Boreskop-Prüfung, Schnittprüfung oder CT-Prüfung können erforderlich sein, wenn die Sorge die interne Verbindung oder die Durchbruchsqualität betrifft. FPI kann die Oberflächenrissprüfung an bearbeiteten Kanten unterstützen. Röntgen oder CT können helfen, wenn gegossene Kanäle, Wandstärke oder blockierte Kanäle Teil der Abnahmediskussion sind. Durchflusstests können angefordert werden, wenn die Zeichnung oder der Kundenvalidierungsplan einen Nachweis erfordert, dass ein Kühlpfad offen ist, aber die genaue Methode muss durch die Norm des Käufers oder die Projektanforderung definiert werden.

Käufer sollten nicht jede mögliche Prüfung als pauschale Anforderung verlangen. Das macht das Angebot oft langsamer, ohne das Abnahmerisiko zu klären. Eine stärkere RFQ verbindet jede Prüfung mit einem Merkmal: CMM für die Eintrittsposition, CT oder Röntgen für die Bestätigung des internen Pfads, FPI für den Oberflächenzustand der bearbeiteten Kante und Durchflussprüfung für die Kanalkontinuität, falls erforderlich. Materialprüfung und -analyse können auch mit Wärmebehandlungsaufzeichnungen, Metallographie, Härteprüfung oder chemischer Analyse verbunden sein, wenn der Projektumfang die vollständige Fertigungsunterstützung und nicht nur die Merkmalsbearbeitung umfasst.

Bezugspunkte, Vorrichtungen und Ablaufsteuerung

Arbeiten an Kühllöchern scheitern oft kommerziell, wenn Käufer und Lieferant unterschiedliche Bezugspunkte annehmen. Der Gussbezugspunkt, der Wurzelbearbeitungsbezugspunkt, der Schaufelprofilprüfbezugspunkt und der Vorrichtungsbezugspunkt können unterschiedlich sein. Ein Lochmuster, das relativ zu einer lokalen Oberfläche akzeptabel ist, kann relativ zur endgültigen Wurzel- oder Plattformschnittstelle inakzeptabel sein. Für diese RFQ sollten Käufer den steuernden Bezugspunkt für jede Merkmalsgruppe identifizieren und angeben, ob der Lieferant für die Erstellung von Bezugsflächen vor Beginn von EDM oder Bohren verantwortlich ist.

Die Ablaufsteuerung ist genauso wichtig wie der gewählte Prozess. Eine typische Prüfung kann die Grobbearbeitung von Bezugspunkten, bei Bedarf Spannungs- oder Wärmebehandlungsprüfung, Tiefbohren für lange Kanäle, EDM für geformte Kühlmerkmale, Entgraten oder Kantenprüfung, CMM-Prüfung, FPI und Endreinigung umfassen. Die Reihenfolge kann sich ändern, wenn die Schaufel als Gussrohling anstatt als fertige Komponente geliefert wird. Wenn der Käufer erwartet, dass der Lieferant eine fertige Schaufel liefert, sollten Wurzelgeometrie, Plattformflächen, Spitzenmerkmale, Kühllöcher und Prüfaufzeichnungen im gleichen Umfang enthalten sein. Wenn der Käufer nur einen bearbeiteten Rohling für die spätere interne Validierung benötigt, sollte die RFQ keine Fertigteilnachweise verlangen, die der Lieferant nicht kontrollieren soll.

RFQ-Paket für Kühlmerkmalsarbeiten

Eine vollständige RFQ für EDM und Tiefbohren sollte das 3D-Modell, die 2D-Zeichnung, die Legierungsgüte, den Lieferzustand, die Stückzahl, den Schaufel- oder Komponententyp, die Merkmalsliste, das Bezugspunktschema, die Bearbeitungszugabe, den Wärmebehandlungszustand, den Beschichtungsplan und den Prüfstandard enthalten. Käufer sollten auch angeben, ob es sich um eine Neufertigung, eine Prototypenvalidierung, eine Ersatzfertigung oder eine musterbasierten Reverse-Review handelt. Diese Kategorien ändern den Umfang der Konstruktionsverantwortung, die der Lieferant übernehmen kann.

Wenn das Projekt eine Turbinenschaufel oder eine Heißgaspfadkomponente betrifft, kann NewayAeroTech prüfen, ob der Weg Vakuumfeinguss, Einkristall- oder Gerichtetguss, EDM, Tiefbohren, CNC-Bearbeitung, HIP, Wärmebehandlung, Beschichtungsvorbereitung und Prüfung kombinieren sollte. Die nützlichste RFQ fragt nicht einfach nach „EDM-Löchern“. Sie zeigt den Zweck des Merkmals, die Oberfläche, die die Position steuert, die erforderlichen Abnahmenachweise und den erwarteten Lieferzustand. Senden Sie Zeichnungen, Modelle, Materialangaben, Merkmalstabellen und Prüfanforderungen, damit NewayAeroTech einen praktischen Fertigungsweg für geeignete Projekte mit Kühlfunktionen an Turbinenschaufeln aus Superlegierungen prüfen kann.

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