渦輪機葉片製程3D掃描與檢測

美國鋁業豪美特3D掃描檢測解決方案

英國埃克塞特美鋁豪梅特(美國鋁業)是電力和推進器的一個發展部門,專門生產複雜的鑄造渦輪葉片和噴嘴輪葉為航太工業用燃氣渦輪機。建於1970年,該廠線已經穩步擴張,目前兩家工廠,附合了23760平方米製程區域。該工廠涵蓋完整的從蠟模製作到熔模精密鑄造供應鏈,包括其自家的陶瓷砂心製造和鑄造處理許多成品鑄件。它的工作主要是歐洲目前的客戶,其中包括如勞斯萊斯,阿爾斯通,西門子公司和GE(圖1)。


圖1。自1970年豪梅特鑄件一直與美國鋁業公司存有生意關係。

精密鑄造

美國鋁業看到精密鑄造過程,作為比其他製程更具有明顯優勢的製造方法。設計更靈活性,鑄件可製造具有複雜的特徵外型,如3D輪廓,薄壁和底切面。原型打樣及大量生產運行中能經濟地生產和通過整合眾多功能特性成單一鑄件,盈虧平衡成本能有效顯著降低。一個複雜的鑄件具有許多功能特性減少了組件的數量和整體製造成本。即選擇最精心有效率的設計和功能尺寸和公差技術,最大限度地減少需要後續的加工操作。控制過程誤變化量產生更緊密的公差和優秀的產品一致性部件取得平滑表面的品質,不再仰靠昂貴的二次後加工。

其控制鑄件凝固技術,產量因素與改進機械性能。組件可以與鋁,鈦,或製造高溫合金最適合的應用。美鋁豪梅特鑄造合金主要是鎳和鈷基,包括IN713,IN738,IN792,IN939,IN6203,三月-M002(裂紋敏感鎳超合金),三月-M247,PD21,U500,X40,X45,CMSX-4(超高強度,單晶合金)。除了其埃克塞特工廠,公司擁有在美國,三個在法國,加拿大、匈牙利、日本和墨西哥各一處。在過去的10年中,美鋁豪梅特全球已經逐漸融入了ATOS工業等級3D掃描儀引入其渦輪機相關的應用。

議題理念

最近,鑄造專刊Timeswas在獨家訪問中一客戶會議,美鋁豪梅特及GOM代表性探討,關於在GOM ATOS 3D掃描儀的優點。豪梅特購入首台GOM ATOS 3D掃描系統於2001年。用於測量在500mm體積大小工件,單筆資料僅在幾秒鐘內掃描完成,它可以測量中等tolarge -大小的物體,從葉片到客車。豪梅特投資專注於先進的技術和高精度的系統大約在四年前(圖2)。它配備有較小的100毫米和300毫米測量體積,其提供用於測量更詳細的微細外形,例如陶瓷刀片核心或內部冷卻結構與紊流。發展部門豪梅特埃克塞特由五個人來操作接觸式三次元測量系統,部分處理範圍由40mm至1m的大小,用於各種細節和精確度要求。

ATOS在Howmet的應用項目,採數百萬量測點群在幾秒鐘之內完成掃描。過程安全系統的自我監督和自動檢查有效校準其每次掃描後的。隨著超過20年間的開發經驗,GOM的最新發展包括使用藍光LED的ATOS 3D掃描,這是完全符合系統獨立光源,提高掃描資料光澤表面,豪梅特發現,ATOS 3D掃描儀適合許多航太客戶。雖然豪梅特有大量的這樣的訂單工作2012-2013年,對於豪梅特,利潤僅在成品與現有產品,因此該公司正在集中被定向於最佳實踐者,單晶和等軸的方法。該公司是一個鑄造開發有自身模具廠,核心設計,鑄造設備和合金化的能力。利用新技術工作,保持高質量,維持良好穩定營運。


圖2。客戶會議(從左到右)斯蒂芬妮阿道夫,GOMmbH公司,馬特Willacy和史蒂芬·愛德華茲,美鋁豪梅特;凱文·霍利,GOM英國有限公司

Howmet 3D掃描與檢測應用內容

每一個新客戶的開發案都開始於一個3D CAD圖紙或模型。外部模具製造商和其他供應商會參與密切審查階段,供應商協助招標。實際上每一次完整的重新設計過程中,採用優質成本專案,有許多最新穎的方法和材料進行評估和註冊成立。一般裝配圖都是製作了包含在鑄造零件部分。接下來是專案項目計劃,其中最有效需被反映出來的目標,必然是驗證一個或兩個渦輪機,雖然美國鋁業公司具擁有專門技術,公司可以保持或刪除一個產品轉移。

開發部技術經理史蒂芬愛德華茲解釋說,開發部在驗證和檢查。初始蠟模是由三次元量測儀量測,當投入ATOS應用後,其改革了最初檢驗製程。眾所周知,傳統的三坐標測量機點測量可能不準確,例如一個較大的表面局部殘留的蠟模,ATOS 3D掃描測量完整的表面不留下盲點。輸出是一個彩色圖,顯示出與CAD模型相對比較,而不是僅僅單一檢測點(圖3)。

其觀察到一個彩圖趨勢可簡化檢查工作並得取完整資料,因過去由於只有少數重要功能尺寸應用,例如通過形狀和位置公差(幾何尺寸標註和公差,GD&T)等功能檢測,其具更多元檢測功能使用,另一方面,也可預先在繪圖軟上建立檢測元素內容,例如CATIA ,這些檢查特徵也可以直接導入GOM 電腦輔助檢測軟件,預先將檢驗規劃連接在CAD設計上,相信未來可更確實應用於各部門上,特別在設計部門上也從掃描中獲利數據。設計師在有限元素分析模擬和計算流體動力學(CFD )得取數據分析,完成一個循環多工的部門。

光學測量(ATOS)與三次元(CMM)比較

• 無治具固定裝置需要。
• 不需標準量測室工作。
• 測量時間快。
• 三次元441個測量點的檢查(如金屬板,汽車側面板)將花費大約480分鐘, 相對於441個測量點花費約20分鐘的ATOS,明顯節 省許多時間。

• 易於理解的誤差彩色分析結果。
• 減少檢驗結果討論時間。
• 不單是2D數據檢驗表,而是100頁的2D報告濃縮於一張報告。


圖3。GOM檢查軟體可實現點群和任何3D數據網格處理。由Gom Inspect Professional所得取數據,其減少了檢驗製程上工作量(圖片由GOM的)。

ATOS 3D掃描儀優點

豪梅特說,這是前所未有的工作效益。

•有針對性的故障排除。
•降低品質不良率。
•靈活的量測分析。
•加快產品上市時間。
•減少廢品和返工。

ATOS究竟在鑄造上經營上改善了何處?對於Howmet來說,實際好處是減少交貨時間,出貨上的檢查,最主要是客戶的熱烈品質回饋響應,有幾個具體的例子,當時,其具靈活性的GOM ATOS:

存在能夠充分得取組件及生產精確的CAD模型,其為一開發基礎。也有針對刀具補償和磨損分析,ATOS 3D掃描儀系統也可以有效反映模具組配件上彼此誤差,例如,一個砂心似乎移動量過大,與蠟的壁距離大約在2mm ,即是藉著ATOS來找尋並解決其問題,此系統明顯可在陶芯和外殼之間厚度與組配尺寸分析。在葉片部分,其問題是產生了與葉根誤差變異情況。藉著ATOS 3D掃描儀檢查過程後,這個問題被快速找出是蠟模的問題所在。也能夠檢查模具與鑄品的準精性及收縮率。

3D技術軟體進化

所有的測量技術,包括硬件和軟件都統一在GOM應用發展,除了處理測量數據外,該檢測軟件也都具備了網格處理,由於許多公司所開發的測量硬體系統,可能會搭配其他家的檢測軟件來搭配,較無法具備一致性操作。談到軟件,深入了解GOM軟件功能,不單是確實達到問題解決。其使檢查工作更快,更容易,就是藉著多元工具功能採用和自動更新報告的核心功能。

3D掃描、光學量測應用的領導者GOM,自2010年10月,該網站免費下載GOM Inspect檢測軟體,目前處理全球數千處工業公司的產品檢驗問題。該免費軟件利用來與同事與客戶建立細節性溝通,從而節省時間上討論。範演一望,光學量測系統在這四年內發展已經出現了快速性的變化。相對比較接觸式三次元卻無任何設計上的精進,最終結果,ATOS 3D掃描儀透視了整體製程上一切問題。“凱文霍利,銷售GOM (英國)有限公司的經理表示,多達八百萬點現在可以在短短幾秒得取。隨著它的發展承諾和顧客為關注焦點,GOM已躍居了市場梯形圖上轉成一個穩固的位置。


圖4。開發工程師馬特Willacy利用ATOS 3D掃描儀掃描資料。


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