3 minute read
Turbineschijven ontbramen en afronden met Stream Finishing
De Stream Finishing machine van OTEC kan worden gebruikt om turbineschijven en -bladen nauwkeurig te finishen. (foto’s: OTEC)
Turbine- en compressorschijven hebben zogenaamde fir-tree montagesleuven waarin de turbinebladen worden gestoken. De vaste productiemethoden voor deze montagesleuven zijn broaching, draadvonken of frezen. Deze technieken leiden vaak tot bramen en scherpe randen. Voor een vlekkeloze montage en om verwondingen te voorkomen, moeten de randen van de montagesleuf en het uiteinde van het turbineblad braamvrij en voorzien zien van een gedefinieerde radius. Uit onderzoek van OTEC Präzisionsfinish in samenwerking met een motorfabrikant, blijkt dat Stream Finishing de beste oplossing is.
Het ontbramen en aanbrengen van een gedefinieerde radius is essentieel om turbinebladen perfect te positioneren in de turbine- of compressorschijf. Met name de contactoppervlakken waarmee de bladen en schijven tijdens het gebruik in contact komen, zijn onderhevig aan zeer nauwe toleranties van 10 tot 20 micrometer. Het is dus belangrijk om vormvariatie in deze contactoppervlakken tijdens het ontbramen en afronden te voorkomen. Volgens OTEC uit het Duitse Straubenhardt, worden deze onderdelen over het algemeen nabewerkt met mechanisch, semi-robotisch ontbramen en afronden met slijpschijven of borstels. Het nadeel van deze methode is dat de desbetreffende gereedschappen in de loop van de tijd slijten, wat inconsistente bewerkingsresultaten oplevert. Aangezien bramen en scherpe randen nooit identiek zijn, is het moeilijk om de mate van slijtage te voorspellen. Een bijkomend nadeel is dat slijpschijven of borstels niet exact kunnen worden afgestemd op de complexe werkstukgeometrieën van de turbineschijven en -bladen, of ze kunnen helemaal niet op de moeilijk bereikbare plaatsen komen. Uiteindelijk leidt dit alles tot asymmetrische en inconsistente afrondingsresultaten die vaak niet voldoen aan de toleranties.
Alternatieve processen
In de zoektocht naar een alternatief proces, werkte een motorfabrikant samen met OTEC om twee verschillende massanabewerkingstechnologieën te evalueren. De eerste technologie die werd getest was een trogvibreermachine. Al snel bleek dat dit een te tijdrovend proces zou zijn: zelfs na enkele uren was het niet in staat om alle randen binnen het tolerantiebereik te brengen. De afronding die in de tests werd geproduceerd, was noch symmetrisch noch herhaalbaar. Bovendien waren het verhoogde geluidsniveau en de bijbehorende trillingen een probleem, aangezien er meetapparatuur in de buurt wordt gebruikt.
De tweede technologie die OTEC heeft ingezet om de turbineschijven en -bladen te finishen was met behulp van een Stream Finishing machine. Deze behaalde al snel veelbelovende resultaten. Door het component nauwkeurig te positioneren, waren alle randen binnen tolerantie in slechts 15 minuten, met een zeer symmetrische afronding langs de hele rand. Meerdere tests bevestigden dat het proces herhaalbaar en stabiel was. De vormvariatie was minder dan 1 micrometer. Ten slotte was het geluids- en trillingsarme proces geschikt voor gebruik in de buurt van gevoelige meetapparatuur. Inmiddels maken al verschillende motorfabrikanten gebruik van de Stream Finishing machine, mede door vele voordelen zoals symmetrische afronding, betrouwbare procesresultaten, residuvrije braamverwijdering, minimale vormvariatie en nauwe toleranties van minder dan 1 micrometer.
Stream Finishing
Bij de Stream Finishing machine worden componenten zoals turbineschijven en turbinebladen in een houder geklemd en ondergedompeld in een roterende container gevuld met een schuur- of polijstmedium. De werkstukken kunnen worden gedraaid of onder specifieke hoeken in de mediastroom worden ingezet. De rotatie van product en container zorgen voor een stroming van media over het oppervlak van het product. Deze wrijving van media op het product realiseert de oppervlaktefinish en zorgt voor een gelijkmatige afwerking. Gezien de zeer hoge krachten die de media op het product uitoefenen (tot 40G) zijn de cyclustijden zeer kort. Afhankelijk van de grootte van het component, de begintoestand en de voorbereiding kunnen ze binnen 15 minuten een straal van maximaal 700 micrometer produceren. En omdat de mediakorrels zo fijn zijn, is het afrondingsproces ook geschikt voor complexe, moeilijk bereikbare geometrieën.
OTEC wordt in Nederland vertegenwoordigd door Summa Surface uit Oisterwijk en levert de Stream Finishing machines ook met geïntegreerde automatisering voor grote en zware componenten. Zo is de nieuw ontwikkelde SF-HP geschikt voor werkstukken met een diameter tot 650 mm en een massa tot 200 kg.
Bij de Stream Finishing machine van OTEC worden componenten in een houder geklemd en ondergedompeld in een roterende container gevuld met een schuur- of polijstmedium.
