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

Automatisch ausmessen, einrichten und kugelstrahlen

Für das Shot Peenen von Blisk-Assemblies für Flugzeug-Triebwerke hat Rolls-Royce Deutschland  einen patentierten Prozess entwickelt. Rolls-Royce Deutschland und Rösler konzipierten dafür eine Kugelstrahlanlage, bei der auch das millimetergenaue Ausmessen und Einrichten der Strahldüsen automatisch erfolgt. Eine spezielle Mess-Software gewährleistet dabei maximale Prozesssicherheit.

Im Gegensatz zu herkömmlichen Verdichterelementen für Triebwerke, bei denen Schaufeln und Scheiben separat hergestellt und montiert werden, bestehen Schaufeln und Scheibe bei Blisks (Blade Integrated Disks) aus einem Stück 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 dafür einen patentierten Shot Peening-Prozess, in dem die Saug- und Druckseite jeder einzelnen Schaufel mit speziell geformten Düsen simultan bearbeitet wird. Der Abstand der Düse zur Schaufel beträgt dabei im Extremfall nur einige wenige mm. Dies sowie die hohe Anzahl an Schaufeln erfordert extrem genaue Bewegungen der Düsen 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 Düsen weitgehend automatisch durchführt. Dafür wurde gemeinsam mit einem Automatisierungsunternehmen eine entsprechende Mess-Software entwickelt und die Steuersoftware der Roboter für 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 Werkstückaufnahme 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 Strahldüsen auch sich selbst aus. Dafür 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 gemäß dem individuell programmierten Bewegungsablauf. Der Strahldruck ist bei diesem speziellen Prozess abhängig von der Schaufelkontur  und wird individuell angepasst. Neben einer Online-Messung der Strahlmittelgeschwindigkeit gewährleistet die kontinuierliche Überwachung der prozessrelevanten Strahlparameter dass die vorgegebene Toleranz des Almenwerts nicht überschritten wird. Für jedes Bauteil wird außerdem automatisch ein Bearbeitungsprotokoll erstellt, in dem die Bearbeitungsparameter dokumentiert werden. Das oftmals zusätzlich erforderliche Kugelstrahlen des Blisk-Körpers erfolgt bei kontinuierlich drehendem Werkstück.Die Strahlmittelaufbereitung ist entsprechend Luftfahrtvorschrift ausgelegt und verfügt über ein Sieb mit Spiralsortierer. Die kontinuierliche Strahlmittelzufuhr wird durch ein Doppeldruckkesselsystem gewährleistet.

Offline-Programmierung neuer Strahlprogramme
Derzeit sind in der Anlagensteuerung zwei Strahlprogramme hinterlegt. Bearbeitungsabläufe und -parameter für 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 über ein intuitiv zu bedienendes Touch-Panel auswählen.

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