Innovative Bearbeitung fĂŒr patentierten Shot Peening-Prozess von Blisk-Assemblies

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Automatisch ausmessen, einrichten und kugelstrahlen

FĂŒr das Shot Peenen von Blisk-Assemblies fĂŒr Flugzeug-Triebwerke hat Rolls-Royce Deutschland  einen patentierten Prozess entwickelt. Rolls-Royce Deutschland und Rösler konzipierten dafĂŒr eine Kugelstrahlanlage, bei der auch das millimetergenaue Ausmessen und Einrichten der StrahldĂŒsen automatisch erfolgt. Eine spezielle Mess-Software gewĂ€hrleistet dabei maximale Prozesssicherheit.

Im Gegensatz zu herkömmlichen Verdichterelementen fĂŒr Triebwerke, bei denen Schaufeln und Scheiben separat hergestellt und montiert werden, bestehen Schaufeln und Scheibe bei Blisks (Blade Integrated Disks) aus einem StĂŒck aus Titan- oder Nickelbasislegierungen. Neben der Kostenersparnis durch den Wegfall der Montage ermöglichen Blisks eine erhebliche Gewichtseinsparung. Das Kugelstrahlen dieser Bauteile stellt jedoch neue Anforderungen an die Technik. Rolls-Royce Deutschland entwickelte dafĂŒr einen patentierten Shot Peening-Prozess, in dem die Saug- und Druckseite jeder einzelnen Schaufel mit speziell geformten DĂŒsen simultan bearbeitet wird. Der Abstand der DĂŒse zur Schaufel betrĂ€gt dabei im Extremfall nur einige wenige mm. Dies sowie die hohe Anzahl an Schaufeln erfordert extrem genaue Bewegungen der DĂŒsen mit maximalen Abweichungen von einigen 1/10 mm. Entsprechend hoch war der manuelle Mess- und Einstellaufwand, insbesondere wenn Blisk-Assemblies, ein aus mehreren Blisks bestehendes Bauteil, zu bearbeiten sind.

 

Absolute Genauigkeit durch abgestimmte Mess-Software
Bei der Auswahl einer vollautomatischen Kugelstrahlanlage setzte sich das Konzept KU 40 von Rösler durch. Entscheidend dabei war, dass der Strahlspezialist eine Lösung bieten konnte, die auch das Messen und Einstellen der DĂŒsen weitgehend automatisch durchfĂŒhrt. DafĂŒr wurde gemeinsam mit einem Automatisierungsunternehmen eine entsprechende Mess-Software entwickelt und die Steuersoftware der Roboter fĂŒr diese Anwendung optimiert.Die Bauteile weisen eine unterschiedliche Anzahl von Blisks mit verschiedener Schaufelanzahl und -positionierung auf. Das Blisk-Assembly wird vom Werker auf einer WerkstĂŒckaufnahme platziert, ausgerichtet und fixiert. Nachdem der Mitarbeiter die Messwerkzeuge an den beiden Robotern angebracht hat, startet er den Prozess. Um absolute Genauigkeit zu erzielen und Kollisionen zu vermeiden, messen die Roboter neben der Werkzeughalterung, dem Bauteil und den StrahldĂŒsen auch sich selbst aus. DafĂŒr sind unter dem Drehtisch spezielle Taster fest integriert. Ist die Position des Bauteils und der Schaufeln im Raum genau bestimmt, nimmt der Werker die Messwerkzeuge wieder ab.Gestrahlt werden die einzelnen Schaufeln gemĂ€ĂŸ dem individuell programmierten Bewegungsablauf. Der Strahldruck ist bei diesem speziellen Prozess abhĂ€ngig von der Schaufelkontur  und wird individuell angepasst. Neben einer Online-Messung der Strahlmittelgeschwindigkeit gewĂ€hrleistet die kontinuierliche Überwachung der prozessrelevanten Strahlparameter dass die vorgegebene Toleranz des Almenwerts nicht ĂŒberschritten wird. FĂŒr jedes Bauteil wird außerdem automatisch ein Bearbeitungsprotokoll erstellt, in dem die Bearbeitungsparameter dokumentiert werden. Das oftmals zusĂ€tzlich erforderliche Kugelstrahlen des Blisk-Körpers erfolgt bei kontinuierlich drehendem WerkstĂŒck.Die Strahlmittelaufbereitung ist entsprechend Luftfahrtvorschrift ausgelegt und verfĂŒgt ĂŒber ein Sieb mit Spiralsortierer. Die kontinuierliche Strahlmittelzufuhr wird durch ein Doppeldruckkesselsystem gewĂ€hrleistet.

Offline-Programmierung neuer Strahlprogramme
Derzeit sind in der Anlagensteuerung zwei Strahlprogramme hinterlegt. BearbeitungsablĂ€ufe und -parameter fĂŒr weitere Blisk-Bauteile lassen sich komfortabel und zeitsparend in einer Offline-Programmierumgebung mit einem 3D-Modell der Anlage erstellen. Das erstellte Programm kann anschließend einfach in die Anlagensteuerung eingespielt werden. Die Programmauswahl und Messoperationen lassen sich einfach ĂŒber ein intuitiv zu bedienendes Touch-Panel auswĂ€hlen.

Höhere Wirtschaftlichkeit und mehr Durchsatz
Durch das automatische Ausmessen und Einstellen werden bei dieser Art von Bauteilen signifikant RĂŒstzeiten eingespart. Gleichzeitig fĂŒhrt dies zu einem deutlich höheren Durchsatz. Ein weiterer Vorteil des automatischen Kugelstrahlsystems ist, dass es auch fĂŒr  Bauteile aus dem Repair & Overhaul Bereich eingesetzt werden kann.