Способ сверления по меньшей мере одного отверстия в заготовке, режущая установка для осуществления способа и носитель данных - RU2670507C2
Код документа: RU2670507C2
Чертежи
Описание
Настоящее изобретение относится к способу сверления по меньшей мере одного отверстия в заготовке.
Сверление в заготовке сопряжено со сложностями, в частности, когда заготовка имеет одну или несколько полостей или, в общем случае, стеновых секций, которые расположены со смещением одна за другой. Задняя стеновая секция, в направлении сверления, например, затрудняет сверление в передней стеновой секции. Кроме того, необходимо принимать меры, которые предотвращают повреждение этой стеновой секции при проникновении в переднюю стеновую секцию. Заготовки, которые трудно сверлить, существуют, например, в виде лопатки турбины, в которой должно быть проделано множество отверстий для охлаждения.
Известно сверление отверстий в таких заготовках с помощью лазерной или электроискровой резки (см., например, патент США 7041933 B1). Эти способы имеют тот недостаток, что абляция материала имеет место посредством выделения тепла, что может привести к нежелательному повреждению чувствительных слоев. Электроискровая резка имеет тот дополнительный недостаток, что она может быть использована только для токопроводящих деталей.
Известная альтернатива заключается в использовании жидкой режущей струи для сверления. Этот тип резания имеет то преимущество, что во время сверления не выделяется тепла, а также можно сверлить не проводящие ток заготовки. Из ЕР 1 408 30 196 A2 известно введение режущей головки, из которой во время сверления выходит режущая струя в полость заготовки, и просверливание отверстия изнутри. Этот способ имеет тот недостаток, что он может быть использован только для специальных геометрий заготовок и отверстий. Сверление в частности, невозможно, когда полость недоступна для режущей головки и/или направление сверления, например, ориентировано перпендикулярно поверхности заготовки.
Из патента США 4955164 известен способ сверления отверстия с помощью абразивной струи, непрерывно воздействующей на заготовку. Соответственно, трудно остановить воздействие струи точно при ее проникновении в заготовку.
В WO 92/13679 A1 описан способ, в котором используется ультразвуковой генератор для производства кавитационных пузырьков в режущей струе, образованной из чистой воды. Раскрытый способ не подходит для сверления отверстий в заготовке, поскольку не предотвращает нежелательных повреждений.
Задачей настоящего изобретения является создание способа для сверления, по меньшей мере, одного отверстия в заготовке, имеющей стеновые секции, расположенные одна за другой, с помощью жидкой режущей струи, причем способ может быть использован для различных геометрий заготовки, и, по существу, предотвращает нежелательное повреждение стенок.
Способ, который решает эту задачу, изложен в п.1. Остальные пункты содержат предпочтительные варианты осуществления способа, режущую установку, с помощью которой этот способ может быть осуществлен, компьютерную программу и носитель данных.
Согласно способу по п.1, отверстие сверлят, по меньшей мере, частично, режущей струей, соударяющейся с передней стеновой секцией 30 в импульсном режиме.
Это обеспечивает экономичное сверление отверстия. Если проникновение производится с помощью импульсной режущей струи, сверление может быть своевременно прекращено, и повреждения стеновой секции, расположенной за просверленной стеновой секцией, если смотреть в направлении сверления, могут быть, по существу, предотвращены. Кроме того, возможно направление сверления, пролегающее с внешней стороны заготовки к внутренней, так что способ может быть использован для различных геометрий заготовок и направлений сверления.
Предпочтительно, чтобы отверстие было проделано с помощью, по меньшей мере, частичного сверления с использованием жидкого и абразивного материала.
Таким образом, чтобы еще более снизить риск повреждения стенок, сыпучее защитное вещество предпочтительно используют для заполнения заготовки и/или используют датчиковые устройства для определения момента времени, когда режущая струя проникает в переднюю стеновую секцию.
Изобретение будет описано ниже на основе вариантов осуществления со ссылками на фигуры чертежей на которых:
Фиг. 1 представляет собой вид в изометрии установки для сверления отверстий;
Фиг. 2 представляет собой подробный вид в частичном разрезе с фиг. 1;
Фиг. 3 представляет собой подробный вид с фиг. 2;
на фиг. 4 показан подробный вид спереди в частичном разрезе одного варианта подводящего устройства для установки с фиг. 1;
на фиг. 5 показан вид сбоку разветвленной части, которая может быть использована в установке согласно фиг. 1;
на фиг. 6 показан вид в поперечном разрезе одного примера лопатки турбины в качестве заготовки;
на фиг. 7 показана хронологическая последовательность различных параметров процесса и различные измерительные сигналы датчиков, которые используют в установке в соответствии с фиг. 1, и
на фиг. 8 показан один пример блок-схемы способа сверления отверстий.
На фиг. 1 показана установка для резания заготовки, содержащая режущее устройство 1, рабочее устройство 2, шкаф 3 управления и насосное устройство 4.
Режущее устройство 1 содержит режущую головку 10, из которой во время работы выходит режущая струя, а также удерживающее устройство 11 для удержания заготовки 12. В настоящем примерном варианте осуществления режущее устройство 1 выполнено с возможностью генерирования режущей струи, образованной жидкостью, содержащей или не содержащей абразивный материал. Например, в качестве жидкости подходит вода, а абразивным материалом, например, является песок. В качестве жидкости могут быть использованы другие рабочие среды, например масла. Кроме того, можно рассмотреть добавление одной или нескольких примесей к жидкости, например, полимеров, для повышения эффективности режущей струи.
Режущее устройство 1 дополнительно содержит резервуар 1b, ограниченный стенками 1а, в котором расположено удерживающее устройство 11 вместе с заготовкой 12, и в который выступает режущая головка 10.
Рабочее устройство 2 содержит блоки для вывода и/или ввода информации, например, клавиатуру, монитор и/или позиционирующее устройство. Шкаф 3 управления содержит контроллер, который включает в себя средство для обработки данных, а также для генерирования управляющих сигналов с целью управления режущим устройством 1. Контроллер оснащен программой, при выполнении которой может быть осуществлен нижеописанный способ сверления отверстий в заготовке 12. Контроллер выполнен, к примеру, в виде контроллера ЧПУ.
Насосное устройство 4 выполнено с возможностью перекачки жидкости, например, воды или другой рабочей среды, под высоким давлением на режущую головку 10.
Режущая головка 10 может перемещаться по нескольким осям; в настоящем примерном варианте осуществления - по 5 осям. Для этой цели режущая головка 10 содержит мостик 13, который может перемещаться по оси Y, и на котором расположена каретка 15. Направляющие 14, которые расположены на стенках 1а, используют, к примеру, для перемещения мостика 13. Каретка 15 несет режущую головку 10 и может перемещаться по оси X, и, соответственно, в поперечном направлении относительно оси Y вдоль мостика 13.
Как подробно показано на фиг. 2, режущая головка 10 удерживается на каретке таким образом, что ее можно перемещать по оси Z, и, соответственно, в поперечном направлении относительно оси Х. Кроме того, режущая головка 10 установлена с возможностью вращения вокруг двух осей В и C вращения. Ось C вращения здесь пролегает в направлении оси Z. Две оси В и С расположены под углом по отношению друг к другу. Угол приспособлен для целей применения установки и может находиться в диапазоне 45-90 градусов. На каретке 15 расположен привод 17, используемый для перемещения режущей головки 10 по осям Z , В и С. Привод 17 содержит вращающуюся головку 17a, которая может поворачиваться вокруг оси С и имеет наклонный конец. Этот конец содержит вращающуюся часть 17b, которая может поворачиваться вокруг оси В и на которой закреплена режущая головка 10.
Кроме того, на каретке 15 расположено подводящее устройство 40 для добавления абразивного материала, а также измерительное устройство 19.
Измерительное устройство 19 используют для измерения заготовки 12, и оно включает в себя, к примеру, измерительный лазер. Измерительное устройство 19 включает в себя измерительную головку 19А, которая здесь расположена на каретке 15 таким образом, что ее можно перемещать вдоль оси Z1, которая параллельна оси Z, и поворачивать вокруг оси А вращения, поперечно расположенной относительно нее.
Перед обработкой точное положение поверхности заготовки может быть еще неопределенным, например, из-за производственного типа заготовки 12, к примеру, если она изготовлена в виде отливки, и/или в результате патронной обработки. При использовании измерительного устройства 19 контуры заготовки 12 могут быть определены так, чтобы режущая головка 10 могла быть точно расположена относительно поверхности заготовки и отверстия могли быть просверлены в нужных местах заготовки 12.
Удерживающее устройство 11 здесь включает в себя зажим 21, в котором зажимают переходную часть 22 для удержания заготовки 12. Удерживающее устройство 11 имеет ось D вращения, относительно которой может вращаться заготовка 12.
Установка здесь специально предназначена для сверления отверстий в заготовке 12, содержащей одну или несколько полостей, или, вообще говоря, стеновых секций, которые расположены со смещением одна за другой. Удерживающее устройство 11 включает в себя проход 26 для введения жидкости в качестве защитного вещества, которым должна быть заполнена заготовка 12 в процессе резания. Предпочтительно такую же жидкость, что и вода 5, используют для режущей струи и для защитного вещества. В целях герметизации свободный конец заготовки 12 снабжен фланцем 27, который содержит соответствующие уплотнения. Предусмотрено клапанное средство 28, например, на фланце 27, что обеспечивает вентилирование заготовки 12 при ее заполнении защитным веществом. Кроме того, клапанное средство 28 может быть выполнено таким образом, что защитное вещество может выходить из заготовки 12 при превышении давлением р защитного вещества определенного порога. Для этой цели клапанное средство 28 включает в себя клапан регулирования давления.
Для наблюдения за процессом предусмотрены датчиковые устройства 7, 8, 9. Они сконструированы таким образом, что, в частности, может быть определен момент времени, когда режущая струя проникает в стенку заготовки 12.
Используемые здесь датчиковые устройства включают в себя датчик 7 давления для измерения давления р защитного вещества в заготовке 12 и акустический передатчик 9, с помощью которого можно улавливать звук, распространяющийся в жидком защитном веществе. Если используемым защитным средством является вода, акустический передатчик 9 выполнен, к примеру, в виде подводного микрофона. В соответствии с фиг. 2, датчики 7 и 9 расположены на переходной части 22. Однако они также могут быть расположены в других местах для измерения давления и звука. Во время работы акустический передатчик 9 может быть защищен от чрезмерной индуцированной давлением нагрузки с помощью соответствующей конструкции клапанного средства 28.
Датчиковое устройство дополнительно включает в себя датчик 8, который расположен за пределами заготовки 12, например, на удерживающем устройстве 11, как показано на фиг. 2. Тем не менее, он также может быть расположен в другом месте режущего устройства 1.
При резке в механических элементах создается корпусной шум, что приводит к колебаниям. Таким образом, в качестве датчика 8 подходит, к примеру, датчик акустического излучения. Поскольку режущая струя выходит из режущей головки 10 на высокой скорости, также генерируется измеряемый звук, который распространяется в воздухе. Таким образом, также возможно использование микрофона в качестве датчика 8, или дополнительно или альтернативно.
Когда в процессе сверления режущая струя проникает в стенку заготовки 12, измерительные сигналы, поступающие от датчиковых устройств 7, 8, 9, заметно изменяются (см. пояснение ниже со ссылкой на фиг. 7).
Как также показано на фиг. 3, на впускной стороне конца режущей головки 10 расположен клапан 31 высокого давления для включения и выключения режущей струи. Этот клапан имеет впуск 32, в который насосное устройство 4 подает жидкость под высоким давлением через магистраль высокого давления (не показана). Размещенное на нем приводное устройство 33 используют для переключения клапана 31 высокого давления.
В данном примере режущая головка 10 установлена с возможностью вращения. Магистраль высокого давления соединена с впуском 32 с помощью обычных компонентов, например, винтовых магистралей высокого давления и вращательных соединений, что позволяет режущей головке 10 поворачиваться относительно стационарного насосного устройства 4.
Таким образом, чтобы образовывать режущую струю, режущая головка 10 дополнительно содержит коллиматорную трубку 35, которую используют для направления введенной жидкости и стабилизации ее потока, и которая соединена с фокусирующей трубкой 37 с помощью промежуточной части 36. В промежуточной части 36 находится сопло для преобразования энергии давления в кинетическую энергию и смесительная камера, в которой впускной соединитель 38 служит для подачи абразивного материала. Фокусирующую трубку 37 используют для ускорения абразивного материала, а также для выравнивания и концентрирования жидкости или жидкой/абразивной смеси.
На фиг. 3 также показано подводящее устройство 40. Оно содержит контейнер 41 для хранения абразивного материала и дозирующее устройство 42, имеющее подводящий выпуск 42а, который соединен с входным разъемом 38 на промежуточной части 36 через магистраль 43.
Дозирующее устройство 42 приспособлено для обеспечения выпуска количества QA абразивного материала (например, в граммах в минуту в качестве единиц измерения) из подводящего выпуска 42а в управляемом режиме. В этом примере дозирующее устройство 42 сконструировано таким образом, чтобы между двумя состояниями в течение короткого времени tu могло быть сделано переключение, QA равно нулю и QA больше нуля. Дозирующее устройство 42, в частности, выполнено так, чтобы абразивный материал выходил из подводящего выпуска 42а с постоянным QAв состоянии QA>0. Время tu переключения обычно находится в диапазоне от 10 до 200 миллисекунд, и предпочтительно в диапазоне от 20 до 100 миллисекунд.
В настоящем примерном варианте осуществления дозирующее устройство 42 включает в себя конвейерную ленту 48, показанную пунктиром на фиг. 3, которая вращается и может управляться через привод, впуск 45, который предпочтительно ограничен сужающимися стенками, скользящую часть 46, содержащую два канала 46а и 46b, которые показаны пунктиром на фиг. 3, и дренажный спуск 42b. Дозирующее устройство 42 дополнительно включает в себя измерительное средство 49, которое предназначено для определения количества QA. Измерительное средство 49 служит в качестве шкалы, и для этой цели содержит тензометрический датчик, например. Этот тензометрический датчик проходит наклонно, так что абразивный материал, падающий с конвейера 48, может продолжать падать на скользящую часть 46. Тензометрический датчик деформируется в зависимости от количества падающего на него абразивного материала и выдает соответствующий измерительный сигнал.
Скользящая часть 46 может перемещаться вперед и назад относительно впуска 45 между двумя положениями перемещения, как это показано стрелкой 47. Перемещение скользящей части 46 осуществляется с помощью электрического привода, или, например, сжатого воздуха.
В одном положении перемещения скользящей части 46, канал 46а, ведущий к подводящему выпуску 42a, соединен с впуском 45. Во время работы абразивный материал, транспортируемый конвейерной лентой 48, падает на впуск 45 в результате гравитации, где он достигает режущей головки 10 через магистраль 43 и, наконец, смешивается с жидкостью. В другом положении перемещения скользящей части 46, канал 46b, ведущий к дренажному спуску 42b, соединен с впуском 45, при этом подаваемый абразивный материал выходит наружу через дренажный спуск 42b и падает в резервуар 1b. Таким образом, канал 46b действует как обводной канал. Опционально дренажный спуск 42b может быть соединен с магистралью для переноса абразивного материала в сборный контейнер.
В качестве альтернативы поступательному движению скользящей части 46, можно также сконструировать дозирующее устройство 42 таким образом, чтобы скользящая часть 46 могла вращаться относительно контейнера 41 назад и вперед между двумя положениями.
Использование подвижной скользящей части 46 имеет то преимущество, что можно переключаться вперед и назад между двумя положениями в короткий момент tu времени, конвейерная лента 48 постоянно находится в работе, что помогает избежать колебаний в QA, а смешиваемый с жидкостью абразивный материал подается как можно более равномерно на режущую головку 10 через магистраль 43.
В более простом варианте осуществления можно также обойтись без скользящей части 46 вместе с дренажным спуском 42b, при этом подачу абразивного материала на режущую головку 10 прерывают, например, путем остановки конвейера 48.
Для селективного обеспечения и прерывания подачи абразивного материала также возможны и другие варианты осуществления дозирующего устройства 42.
Например, дозирующее устройство 42 может включать в себя устройство, которое обеспечивает регулируемую подачу объемного абразивного материала. С этой целью предусмотрена приводная вращающаяся часть, например, проводящая абразивный материал через канал во время вращения. Также возможно втягивание и/или перенаправление абразивного материала с помощью отрицательного давления.
На фиг. 4 показан один вариант подводящего устройства 40', в котором вместо скользящей части 46 с фиг. 3 предусмотрена пересекающаяся часть 50, имеющая канал 51, пересекаемый воздуховодом 52. Два конца воздуховода 52 соединены с магистралью 53a, 53b с тем, чтобы при необходимости создавать отрицательное давление в дренажном спуске 42b.
В состоянии примеси абразивный материал проходит к подводящему впуску 42а из впуска 45 через канал 51 и затем на режущую головку 10 через магистраль 43. Если смешивание нужно прервать, в воздуховоде 52 создается отрицательное давление, при этом абразивный материал больше не поступает на подводящий впуск 42a, а проходит через нижний конец воздуховода 52 на дренажный спуск 42b, а затем выводится через магистраль 53b. Таким образом, воздуховод 52 действует как обходной канал 10.
Опционально принимаются меры для предотвращения засорения дозирующего устройства 42, когда жидкость из режущей головки 10 возвращается в магистраль 43 и из-за этого абразивный материал намокает.
На фиг. 5 показана разветвленная часть 60, которую используют для предотвращения такого засорения и которую устанавливают, например, в магистрали 43. Разветвленная часть 60 содержит канал 61, который имеет впуск 61а и ведет в дополнительный канал 62, имеющий впуск 62а и выпуск 62b. Например, впуск 61а соединен с подводящим впуском 42а дозирующего устройства 42. Выпуск 62b соединен с режущей головкой 10. Магистраль для подачи технологического газа, например, воздуха, соединена с впуском 62а. Вспомогательный выход 62c выходит во вспомогательный канал 62. Давление технологического газа устанавливают таким образом, чтобы во время работы через впуск 62а поступало больше технологического газа, чем выходило бы через выпуск 62b. При этом часть технологического газа вытекает из вспомогательного выпуска 62c.
Подаваемый через впуск 62а технологический газ может быть приспособлен для поддержания операции резки. Например, технологический газ регулируют таким образом, что он будет иметь самый низкий возможный уровень влаги, тем самым предотвращая засорение абразивным материалом.
Датчик 63, с помощью которого может быть обнаружена жидкость, текущая обратно из режущей головки 10, также расположен во вспомогательном канале 62. Датчик 63 выполнен, например, в виде емкостного датчика.
При нормальной работе абразивный материал проходит из подводящего устройства 40 через впуск 61а и каналы 61 и 62 к выпуску 62b, а затем на режущую головку 10. Если теперь возникает обратный поток, тогда жидкость проходит через выпуск 62b во вспомогательный канал 62, где ее обнаруживает датчик 63. В этом случае работа установки прерывается, и пользователь может устранить причину обратного потока.
Далее описан способ сверления отверстий в заготовке.
Просверливаемая заготовка 12 содержит, по меньшей мере, две стеновые секции, которые расположены на расстоянии и, если смотреть в направлении сверления, одна за другой. Когда отверстие просверлено в первой стеновой секции, вторая стеновая секция расположена позади первой стеновой секции, если смотреть в направлении сверления. Когда режущая струя проникает в первую стеновую секцию, обычно следует избегать того, чтобы струя соударялась с второй стеновой секцией, тем самым повреждая ее.
На фиг. 6 показан один пример произведенной заготовки 12, имеющей множество полостей 12а, которые соединены с внешней поверхностью через просверленные отверстия 12b, 12с, 12d. В этом примере заготовка 12 представляет собой лопатку турбины, которая должна применяться при высоких рабочих температурах. При наличии отверстий 12b 12с, 12d, воздух может выдуваться под высоким давлением для охлаждения лопатки турбины. Как можно видеть, отверстия могут находиться очень близко к внутренним стеновым секциям (см. отверстия 12b), так что там риск повреждений особенно высок. Кроме того, отверстия могут иметь форму, которая не является круговой цилиндрической (см., например, отверстия 12с, которые имеют один конец, расширяющийся в направлении наружной поверхности) и/или могут иметь большую длину (см. отверстие 12d).
В описанном далее способе могут быть разработаны такие просверливаемые отверстия, как показаны, например, на фиг. 6.
При сверлении установка работает таким образом, что режущая струя селективно воздействует на заготовку непрерывно (в дальнейшем именуется «непрерывным режимом») или в импульсном режиме (в дальнейшем именуется «импульсным режимом»). В непрерывном режиме режущая струя постоянно воздействует из режущей головки 10 на заготовку 1, при этом в режущую струю непрерывно подмешивают абразивный материал 20. Таким образом, абразивная струя жидкости непрерывно воздействует на заготовку 12. В импульсном режиме либо периодически прерывается подмешивание абразивного материала, так что с заготовкой соударяется только режущая струя, образованная исключительно жидкостью, либо периодически прерывается соударение всей режущей струи с заготовкой.
На фиг. 7 показан один пример хронологической последовательности следующих параметров:
- Т (например, в миллиметрах): глубина все еще просверливаемого отверстия; первоначально, T соответствует общей длине L просверливаемого отверстия, при проникновении Т=0;
- Q (например, в литрах в минуту):
объемный расход жидкости на выходе из режущей головки 10;
- QA (например, в граммах в минуту): количество абразивного материала на выходе из режущей головки 10 в единицу времени;
- U1 (например, в вольтах или амперах): соответствует сигналу датчика для измеряемого корпусного шума, выдаваемому датчиком 8;
- U2 (например, в вольтах или амперах): соответствует сигналу датчика для акустического излучения в жидком защитном веществе, выдаваемому датчиком 7;
- U3 (например, в вольтах или амперах): соответствует сигналу датчика для давления жидкого защитного вещества, выдаваемому датчиком 9.
На соответствующей оси времени t отмечены разные моменты времени t0, t1, t2,…, t24. На фиг. 7 не показана вся последовательность целиком, однако ось времени прервана между t8 и t9. В течение этого временного интервала соответствующая последовательность аналогична, к примеру, временным интервалам до или после.
Процесс сверления начинается в момент t0 времени. Резку в показанном здесь примере сначала проводят в непрерывном режиме до достижения глубиной сверления определенного участка общей длины L просверливаемого отверстия. Резку продолжают в импульсном режиме. В примере на фиг. 7 это происходит начиная с момента t4 времени. В зависимости от размера L, резка также может быть выполнена таким образом, что всю длину L просверливают в импульсном режиме. Как правило, это относится к общей длине L не более 2 мм, и предпочтительно не более 1 мм и/или, по меньшей мере, 8 мм, а предпочтительно, по меньшей мере, 10 мм. В промежуточной области, где L составляет от 1 мм до 10 мм, предпочтительно между 2 мм и 8 мм, резка может быть проведена таким образом, что часть общей длины L сверлят в непрерывном режиме, а часть общей длины L сверлят в импульсном режиме.
Можно также прервать подачу абразивного материала в непрерывном режиме. Например, в зависимости от глубины просверливаемого отверстия, вполне возможно, чтобы абразивный материал накапливался на результирующем сверлящем конце, перемещаемом вперед режущей струей. Это может иметь амортизирующий эффект, при этом режущая струя соударяется с заготовкой с пониженной энергией. Таким образом, чтобы подать этот накопленный абразивный материал из сверлящего конца, можно прервать подачу абразивного материала один или несколько раз в ходе непрерывного режима, при этом просверленное отверстие промывается исключительно с помощью жидкости. На фиг. 7 это прерывание на кривой QA показано в качестве примера в интервале времени t2-t3.
В импульсном режиме периодически выключают всю режущую струю или только подачу абразивного материала. Последнее, как описано выше, может быть необходимым для промывки накопившегося абразивного материала из просверленного отверстия. В примере согласно фиг. 7 могут быть видны прерывания в подаче абразивного материала в течение временного интервала t10-t13.
Импульсный режим при сверлении функционирует таким образом, что длительность импульса (например, интервал t12-t13) меньше, чем интервал времени между импульсами (например, интервал t13-t14). Как правило, длительность импульсов находится в пределах 80-200 миллисекунд, в то время как длительность перерыва между импульсами составляет 50-120 миллисекунд.
Теперь, когда режущая струя проникает в стенку заготовки, поступающие от датчиковых устройств 7, 8, 9, сигналы измерения заметно изменяются. В примере согласно фиг. 7, это происходит вскоре после момента времени t17, когда соответствующий сигнал U1, U2, U3 уменьшается или значительно возрастает. Тогда резку прекращают, и после этого отверстие прорезают только с помощью определенного заданного числа импульсов режущей струи. В примере согласно фиг. 7, это импульсы 3. В зависимости от цели применения, число может быть больше или меньше. Эти последующие импульсы обеспечивают то, что размер выпускного отверстия расширяется до желаемого конечного диаметра. Во время повторного формирования длительность отдельных импульсов предпочтительно выбирают меньшую, чем длительность импульсов до проникновения. На фиг. 7, например, это означает, что временной интервал t13-t14 предпочтительно больше временного интервала t19-t20. Наконец, операция сверления прекращается, что в примере на фиг. 7 соответствует моменту t24 времени.
В примере согласно фиг. 7, параметр Q всегда достигает одного уровня, в то время как QА со временем уменьшается. В зависимости от цели применения, можно установить другие уровни для Q и/или QA в процессе сверления.
Таким образом, чтобы иметь возможность осуществлять управляемое сверление, используют математическую модель, например, ту, которая определяет технологические параметры, к примеру, на основе параметров просверливаемого отверстия, таких как глубина и форма. Такими технологическими параметрами являются, например: размеры материала, такие как толщина и состав, длина L соответствующего просверливаемого отверстия, измеренные значения для координат положения поверхности заготовки, величины Q и QA в зависимости от глубины T сверления, давление жидкости, подаваемой насосным устройством 4, момент времени, когда выполняется переход из непрерывного в импульсный режим (в примере согласно фиг. 7, это момент t4 времени), моменты времени, когда просверленное отверстие промывается только режущей струей (в примере согласно фиг. 7, между t2 и t3, а также между t11 и t12), ширина импульсов и частота импульсов, количество импульсов после проникновения (в примере согласно фиг. 7, три импульса), давление защитного вещества, которым заполняют заготовку. Еще одним технологическим параметром может быть также угол α, под которым режущая струя соударяется с поверхностью заготовки. Кроме того, можно варьировать этот угол α при сверлении того же отверстия. Например, в случае с отверстием 12с на фиг. 7, режущую струю сначала располагают несколько более плоско, а затем круче, с тем, чтобы выполнить расширение вблизи наружной поверхности, прежде чем установить струю под конечным углом таким образом, чтобы просверлить оставшуюся часть отверстия.
Математическая модель может быть создана на основе результатов измерений, например, полученных при испытаниях сверления отверстий в заготовке.
В одном из продолжений способа, полости заготовки заполняют защитным веществом в виде жидкости, например, воды. Теперь, когда режущая струя проникает в стеновую секцию, она смягчается жидким защитным средством так, что она соударяется с уменьшением энергии со стеновой секцией, расположенной позади отверстия, если смотреть в направлении сверления. Таким образом, эта стеновая секция становится защищенной от повреждений.
Внешние отверстия, ведущие в полости, герметично закрывают для заполнения заготовки, так что защитное вещество можно закачивать в полости через, по меньшей мере, одну подводящую магистраль. На фиг. 1, например, фланец 27 используют для обеспечения уплотнительного действия, а канал 26 используют для введения защитного вещества.
После завершения просверливания первого отверстия, из него выходит защитное вещество. В примере согласно фиг. 1, это вещество может быть собрано в резервуаре 1b и прокачено через заготовку в режиме циркуляции.
Если после проникновения придать отверстию иную форму с помощью отдельных импульсов, соответствующий временной интервал между импульсами обычно подбирают так, чтобы он был больше длительности отдельного импульса. (В примере согласно фиг.7, временной интервал прерывания t20-t21 больше длительности импульса tl9-t20). Таким образом, достигается то, что воздействие одного импульса на защитное вещество снижается таким образом, что оно имеет оптимальный амортизирующий эффект опять же для следующего импульса в наибольшей возможной степени. Прерывание предпочтительно также подбирают таким образом, что в случае потенциального открывания клапана регулировки давления клапанного средства 28, этот клапан снова закрывается до того, как будет выработан следующий импульс.
В одном из продолжений способа, мгновенное вытекание защитного вещества из просверленного отверстия может быть использовано для оценки качества просверленного отверстия. Например, при использовании нужного размера просверливаемого отверстия, можно определить расчетный расход Qs защитного вещества через насос (например, в литрах в минуту). Мгновенный расход может быть определен с помощью расходомера. Если этот расход существенно отличается от ожидаемого значения Qs, особенно если он значительно меньше, можно сделать вывод, что отверстие не имеет нужного размера и, таким образом, возможно, его придется переделывать. Можно также оценить форму струи, с которой защитное вещество выходит из отверстия после проникновения, например, оптически с помощью лазера (к примеру, измерительного устройства 19) или камеры. Например, если отверстие слишком маленькое, струя не будет падать так далеко от поверхности заготовки, как ожидалось.
Контроль качества на основе потока защитного вещества особенно полезен при сверлении множества отверстий в заготовке, так как при этом можно обойтись без комплексных измерений всех отверстий после сверления.
На фиг. 8 показан один пример блок-схемы способа, в котором просверливают множество отверстий в лопатке турбины в качестве заготовки, при этом отверстия расположены в несколько рядов. Отдельные этапы способа 100, 101, 102 и так далее будут более подробно описаны ниже. В разветвлениях 111, 123 и 133, Y обозначает "Да" и N обозначает "Нет" в ответ на решение.
100: Подготавливают лопатку турбины, включая герметизацию, с тем, чтобы обеспечить заполнение защитным веществом, и
101: зажимают ее в держателе 11.
102: Лопатку турбины измеряют с помощью измерительного устройства 19. Таким образом, например, определяют мгновенные координаты положения поверхности лопатки относительно начала координат, с тем, чтобы иметь возможность установить режущую головку точно в нужные места для сверления отверстий.
103: Теперь создают и/или адаптируют программу в соответствии с данными, полученными на этапе 102 с тем, чтобы оснастить зажатую теперь лопатку турбины отверстиями в нужных местах.
104: Заполняют лопатку турбины сыпучим защитным веществом. В примере согласно фиг. 2, это делают через проход 26 и через зажимное устройство 21.
105: Проверяют, герметично ли закрыта лопатка турбины, так чтобы не протекало защитное вещество.
106: Защитное вещество находится под давлением посредством давления р. Клапан 28 открыт для выпуска воздуха.
107: Устанавливают средство для мониторинга давления р.
108: Подводящее устройство 40 находится в положении, в котором абразивный материал не может пройти к режущей головке 10. В примере согласно фиг. 3, скользящая часть 46 находится в положении, в котором обводной канал 46b соединен с впуском 45.
109: Включают конвейерную ленту 44.
110: Расход абразивного материала контролируют и
111: проверяют на предмет того, является ли расход приемлемым, то есть постоянным. Если это не так (разветвление с «Нет»), тогда
112: имеется ошибка, которую устраняет пользователь. В противном случае (разветвление с «Да»),
113: процесс очищен от дефектов для продолжения.
114: Режущая головка 20 перемещается в положение сверления и ее ориентируют так, чтобы режущая струя могла соударяться с поверхностью заготовки под нужным углом.
115: Включают датчиковые устройства 7, 8, 9.
116: Включают насосное устройство 4 для создания высокого давления.
117: Устанавливают и контролируют давление жидкости, подаваемой насосным устройством 4.
118: Открывают клапан 31 высокого давления.
119: Запускают операцию сверления в соответствии с технологическими характеристиками.
120: Дозирующее устройство 42 устанавливают так, чтобы абразивный материал проходил на режущую головку 10.
121: Сверление осуществляют в непрерывном режиме, либо
уже выполняется импульсный режим, в зависимости от длины просверливаемого отверстия. В примере согласно фиг.3, импульсный режим осуществляют путем перемещения скользящей части 46 и/или приведения в действие клапана 31 высокого давления.
122: Первую операцию сверления прекращают в расчетное время.
123: Постоянно проверяют, не произошло ли проникновение через стенку.
Если проникновение происходит раньше, чем ожидалось (разветвление 123а),
124: производят быстрое отключение режущей струи. В противном случае (разветвление с «Да»),
125: сверление продолжается в импульсном режиме, пока не будет выявлено проникновение.
126: Просверленному отверстию придают форму с помощью нескольких импульсов.
127: Опционально отверстие рассверливают дополнительно, например, используя дополнительные импульсы, если технологические характеристики требуют этого и/или оценка формы отверстия пока не показывает нужного качества.
128: Переход на следующее место на заготовке производят таким образом, чтобы просверлить следующее отверстие, в результате чего
129: процесс перезапускается с этапа 108.
130: Повторяют этапы 108-129, пока не будут просверлены отверстия в одном ряду.
131: Выставляют давление р защитного вещества, а расход защитного вещества через ряд отверстий измеряют и сравнивают с ожидаемым значением. В качестве альтернативы или в дополнение,
132: измеряют высоту, до которой защитное вещество доходит в виде струи через соответствующее отверстие и сравнивают с ожидаемым значением. Измерение проводят, например, с помощью измерительного прибора 19, который содержит лазер.
133: Проверяют, находится ли сравнение на этапе 131 или 132 в пределах допуска. Если нет (разветвление с «Нет»),
134: рассматриваемое отверстие неисправно и его переделывают с использованием дополнительных импульсов. Опционально подстраивают способ, например, путем адаптации программы на этапе 103. Если результат измерения в пределах допуска (разветвление с «Да»),
135: сверлят следующий ряд.
136: Повторяют процесс сверления, пока все нужные отверстия не будут просверлены.
137: Заготовку 12 очищают, с тем, чтобы удалить, например, абразивный материал.
138: Просверленные отверстия подвергают окончательной проверке, еще раз измеряя расход защитного вещества через отверстия и сравнивая его с ожидаемым значением.
Из вышеприведенного описания специалисту в данной области доступны многочисленные модификации в пределах объема защиты изобретения, определенного формулой изобретения.
В вышеописанном примерном варианте осуществления, например, режущая головка 10 может перемещаться по нескольким осям, а удерживающее устройство 11 может вращаться только по одной оси вращения. В зависимости от цели применения, число осей, вокруг которых могут перемещаться режущая головка и удерживающее устройство, может быть разным, с тем, чтобы обеспечить относительное перемещение между режущей головкой и заготовкой. К примеру, в одном из вариантов режущая головка 10 может быть выполнена стационарной, в то время как удерживающее устройство является подвижным относительно нескольких осей, например, относительно трех поступательных осей и двух осей вращения. Удерживающее устройство может быть выполнено, например, в виде руки робота.
В вышеописанном варианте осуществления изобретения заготовка 12 ориентирована горизонтально. Устройство также может быть сконструировано таким образом, что заготовка 12 удерживается в другом положении, например, также проходящем вертикально.
В примере согласно фиг. 2 показаны три датчика 7, 8, 9 для обнаружения проникновения. Таким образом, достигается резервирование в измерении. Количество датчиков также может быть различным и может насчитывать один, два или более датчиков.
В вышеописанном варианте осуществления изобретения поток защитного вещества через просверленное отверстие используют для оценки качества отверстия. Можно также использовать другую рабочую среду. Например, через соответствующее отверстие можно пропускать воздух, и его поток можно зафиксировать. Если замерены отклонения от теоретической величины, форма отверстия, например, его минимальный диаметр, не соответствует нужным размерам. Отверстие может быть соответствующим образом переделано.
Реферат
Группа изобретений относится к сверлению отверстий с использованием струи жидкости. В способе сверления одного или более отверстий в передней стеновой секции заготовки с помощью режущей струи жидкости при необходимости подмешивают абразивный материал. При этом в направлении сверления передняя стеновая секция расположена впереди задней стеновой секции заготовки, которая расположена с промежуточным пространством на расстоянии от передней стеновой секции, отверстие просверливают по меньшей мере частично режущей струей, соударяющейся с передней стеновой секцией в импульсном режиме. Режущая струя генерируется путем повторяющегося прерывания соударения жидкого и/или абразивного материала с передней стеновой секцией. Приведена конструкция режущей установки для осуществления способа обработки. Обеспечивается экономичное сверление отверстий повышенного качества. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 8 ил.
