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  • 更轻、更强、更快!锻造CNC涡轮叶片大剖析(2)


    2020-07-16


    以精密航太技术
    打造高性能涡轮
    关于涡轮製造加工,比起其他航太航太零件製造,对于台湾帝马乐来说相对是较为简单的工作,根据杨总经理表示,一具完整的涡轮简单来说是由进气侧铝壳、排气侧铁壳、中座、轴心、进气侧铝叶片、排气侧铁叶片等零件所组成,基本上外壳与中座等零件,除了像IHI、Garrett、Mitsubishi这种大型製造商拥有自己的铸造厂外,其他中小型涡轮製造商几乎都是委託其他铸造厂开模製作,台湾帝马乐也不例外。

    更轻、更强、更快!锻造CNC涡轮叶片大剖析(2)台湾帝马乐也曾尝试试作一些其他的汽车零件,像这具本田B引擎的汽门摇臂盖就是其中之一,只要有设计图面,要用CNC製造出汽缸头或是引擎本体都不是问题。
    杨总经理认为,其实并非自己的工厂没有能力去製造这些零件,只是需要投资成立铸造厂的成本过高,除非一次要生产几万颗涡轮,否则委外製作还是比较合理的方式,只要铸造厂模具及使用铝、铁合金材料正确,接下来的重点就是在后续加工与组装部分,而加工首重的就是「精度」,要达到最理想的精準度就有赖于加工机具与品管,这也就是台湾帝马乐斥资近亿元成本购置各式先进的CNC与测试机具的原因。

    更轻、更强、更快!锻造CNC涡轮叶片大剖析(2)其实台湾帝马乐有很强的研发能力,但归咎于成本问题,许多零件其实都是採用「逆向工程」来沿用其他产品的设计再进行修改。
    影响涡轮性能表现最主要的就是叶片部分,前面提到一般涡轮进、排气叶片都是採用铸造的方式製造,而这种方式其实也没有太大的问题,但是在材料强度方面却远比不上锻造材质来得好,然而叶片形状太过于複杂,锻造技术是无法製作出来,因此只能採用锻造的铝材或合金材料,再使用五轴以上的CNC去车削製作,如此製作出来的叶片不仅强度比起一般铸造品高出许多,且叶片的厚度较薄,且因为可以将靠近中心轴的「肉」留的更少,因此叶片长度也较大,在叶片形状上亦可做出各种不同的变化,所以採用锻造材料CNC切削出来的叶片,整体效率也比起普通铸造涡轮叶片要来的优异许多。

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    除了零件加工的精度与叶片的效率外,关係耐用度与效率的最重要关键则是运转时的平衡性,杨总经理表示,使用再好的材料都有其强度极限,而涡轮在複杂的作动过程当中到达某一转速时会出现叶片「喘振」及中心轴「挠动」等物理变化,且转速愈高就愈严重,这是不可避免的现象,但如果将平衡的工作做好则可以将这些问题减至最轻,因此台湾帝马乐厂内除了一般的高速平衡机外,还特别斥资购入更高级的涡轮测试仪器,可以採用高达16万转速对涡轮去进行各项测试,以确保每具涡轮都拥有最佳的平衡性。

    更轻、更强、更快!锻造CNC涡轮叶片大剖析(2)对于台湾帝马乐而言,製造涡轮最重要的就是在于平衡性与精準度的问题,因此厂内基本的平衡仪器绝对不会缺少。
    杨总经理认为一具涡轮好不好最重要的并不是有很大的输出,他举美国某品牌标榜零四专用涡轮为例,这类涡轮往往在低转速时无法有效发挥增压效率,转速到达一定程度后就会忽然有极大的输出涌现,在他看来好的涡轮应该在低转速时就该有良好的效率发挥,且必须依照转速比例循序放大,而一些标榜可达到3bar增压值的涡轮在他看来也不合理,因为所有机械都有其耐用度,金属长期处于高温高压的状态下会减短寿命,所以他觉得能在较低转速、较小增压值时就能达到目标输出值的涡轮才是好的涡轮,而这才是採用造锻造CNC叶片来製作涡轮的最主要目的。对于Sumalaya台湾帝马乐而言,製造涡轮并非这间公司主要的营收来源,但有鉴于台湾本土自製涡轮的普及化,加上许多品质良莠不齐的低价大陆製品充斥,其实许多国外知名的改装涡轮品牌都是出自台湾帝马乐之手,杨总经理甚至还拿出今年的国外厂商订单与下订的e-mail让笔者看,但碍于保密协定这里也不便公开到底是那些大厂,而这也让笔者大为改观,原来很多国外的好东西都是出自台湾厂商之手,花了十几万买的高档涡轮搞不好就是MIT的产品。

    更轻、更强、更快!锻造CNC涡轮叶片大剖析(2) 
    更轻、更强、更快!锻造CNC涡轮叶片大剖析(2)叶片进行平衡校正是需要经验的,否则一个叶片校正好几次也都没办法抓出最佳的平衡状态。
    更轻、更强、更快!锻造CNC涡轮叶片大剖析(2)其实叶片平衡性好不好相当重要,光是将没平衡过的叶片拿在手上用风枪去吹动,就能感受出震动,而平衡过后那种震动感就会变得轻微许多。
    更轻、更强、更快!锻造CNC涡轮叶片大剖析(2)而这具涡轮测试机具可进行高达16000rpm的转速,用以模拟测试轴心与叶片在实际工作时的平衡性,而此机具具称全台湾只有这一台!
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