Comment est fabriqué un arbre de turbocompresseur et une roue de turbine?
Comment un arbre et une roue sont-ils fabriqués?
Des techniques de soudage plus traditionnelles s'étaient révélées moins satisfaisantes, mais le développement intensif du soudage par friction a conduit à un processus cohérent et fiable.
Pendant le processus, le frottement entre un composant rotatif et un composant stationnaire fait chauffer les deux métaux au rouge, stade auquel une pression est appliquée pour forger les pièces ensemble.
En général, la longueur de l'arbre est réduite de 3 mm pendant le processus.
La qualité est contrôlée par une surveillance attentive des paramètres du processus, notamment la vitesse et la pression. Pour assurer un contrôle efficace du processus, des échantillons aléatoires du composant de turbine / arbre sont régulièrement testés en traction jusqu'à la destruction.
Étonnamment, un joint soudé par friction typique d'une surface de seulement 2 cm2 prendra une charge de traction de plus de 10 tonnes avant la rupture.
De plus, le joint est généralement plus résistant que le métal-mère.
Le soudage est suivi de la rotation des diamètres d'arbre dans un tour avant le meulage de précision aux tolérances finies.
Avant le meulage, le diamètre du roulement de l'arbre est trempé par induction pour fournir la correspondance de surface durable requise pour les paliers lisses.
Le durcissement par induction produit une surface dure sur l'arbre jusqu'à 2 mm de profondeur, tout en conservant un noyau interne plus souple dans l'arbre pour maintenir la résistance contre une éventuelle fracture due aux chocs.
La rectification finale des diamètres d'arbre est effectuée sur des rectifieuses CNC (commande numérique par ordinateur) capables de travailler avec les tolérances de taille, de rectitude et de rondeur requises sur tous les diamètres d'arbre.
La qualité est assurée par l'utilisation de jauges électroniques multifonctions capables de mesurer simultanément toutes les dimensions vitales.
Le contrôle statistique du processus et le calcul de la capacité continue du processus sont fournis en même temps.
Une fois que les diamètres d'arbre ont été rectifiés, le profil de la roue de turbine doit être usiné; une autre opération d'usinage spécialisée Inconel.
La dureté du matériau signifie que le profil doit être rectifié.
Les tolérances sur la taille et la concentricité doivent être maintenues pendant le processus pour assurer une correspondance précise entre la roue de turbine et son carter, garantissant ainsi un rendement de turbine constamment élevé.
Les rainures de bague d'étanchéité dans le moyeu de l'arbre peuvent être tournées ou rectifiées.
Une fois de plus, des tolérances serrées sont essentielles sur les dimensions et la qualité de surface car elles influencent le contrôle des fuites d'huile dans le turbocompresseur fini.
Les filets sont ensuite enroulés sur l'extrémité de la roue de l'arbre. Un filetage concentrique solide est nécessaire pour retenir la roue, en particulier face à la demande des clients pour une performance accrue du turbocompresseur nécessitant des roues plus grandes avec de petits jeux de compresseur.
L'opération de fabrication finale consiste à équilibrer la roue de turbine de sorte que l'ensemble arbre et roue soit capable de fonctionner à des vitesses de fonctionnement sans vibration ni mouvement d'arbre excessif dans le système de roulement.
L'arbre est équilibré dynamiquement dans deux plans; à l'avant et à l'arrière de la roue de turbine.
Ceci est effectué sur des machines semi ou entièrement automatiques qui mesurent l'équilibre de la roue de turbine, en calculant simultanément la quantité précise de matériau devant être broyée de chaque plan de la roue de turbine pour la mettre en équilibre.
Presque toutes les dimensions de l'arbre et de la roue sont essentielles aux performances et à la durabilité du turbocompresseur.
Les tolérances de fabrication atteintes aujourd'hui sont proches des meilleures possibles dans tout processus de fabrication en volume.