Новые технологии изготовления паровых турбин. Производство деталей турбокомпрессора дизельного двигателя локомотива с применением программных продуктов компании Delcam

Подобные документы

История сварки и характеристика сварочного производства, рабочее место сварщика. Назначение конструкции и описание сварочных швов. Расчет расхода, виды материалов и заготовительные операции. Техника безопасности при сварочных работах и охрана труда.

дипломная работа, добавлен 13.09.2009


Характеристика сварной конструкции и материалов для ее изготовления. Последовательность сборочных и сварочных работ, обоснование способа сварки, выбор и расчет режимов. Характеристика используемого сварочного оборудования. Методы контроля. Охрана труда.

курсовая работа, добавлен 08.02.2013


Разработка принципиальной схемы закрепления деталей при сборке и сварке конструкции корпуса ацетиленового баллона. Определение типа производства. Выбор способа сборки и сварки, рода тока, разделки кромок. Назначение размеров сварного соединения.

контрольная работа, добавлен 19.06.2013


Краткое описание конструкции двигателя. Нормирование уровня надежности лопатки турбины. Определение среднего времени безотказной работы. Расчет надежности турбины при повторно-статических нагружениях и надежности деталей с учетом длительной прочности.

курсовая работа, добавлен 18.03.2012


Описание конструкции секции палубы. Определение типа сварочного производства изделия. Оценка свариваемости материала. Свойства и химический состав стали. Общие требования к производству сварочных работ. Технология автоматической сварки под слоем флюса.

контрольная работа, добавлен 21.01.2015


Технологический процесс изготовления корпуса, его чертеж, анализ технологичности конструкции, маршрут технологии изготовления, припуски, технологические размеры и режимы резания. Методика расчета основного времени каждого из этапов изготовления корпуса.

курсовая работа, добавлен 12.04.2010


Описание конструкции и работы сборочной единицы. Служебное назначение детали. Проектирование отливки и разработка технологического процесса изготовления корпуса, произведение расчета режимов резания и нормирования операций механической обработки детали.

дипломная работа, добавлен 10.04.2017


Характеристика материала, применяемого для изготовления колеса. Анализ технологичности конструкции. Нормирование сварочных работ. Расчет расхода вспомогательных материалов. Организация технического контроля. Определение себестоимости единицы изделия.

дипломная работа, добавлен 09.07.2014


Выбор спектра используемых в конструкции изделия материалов (для деталей из природного камня, для декоративных деталей из металла). Состав сборочных единиц. Проектирование технологических операций и переходов. Расчет штучного времени изготовления детали.

курсовая работа, добавлен 27.11.2014


Проведение заготовительных, сборочных, сварочных (определение силы тока, длины и напряжения дуги, необходимого количества электродов) работ и расчет нормы времени на технологический процесс с целью изготовления контейнера для деталей по эскизу.

Издательство: Машиностроение, Москва Ленинград, 418 стр.
Год: 1966
Книга предназначена для работников конструкторских бюро, лабораторий, монтажного персонала и технологов турбостроительных заводов. Может быть полезна работникам турбинных цехов заводов и электростанций, а также студентам ВУЗов, специализирующихся по турбинам.
В книге изложены основные вопросы технологии производства стационарных паровых и в меньшей степени газовых турбин, преимущественно из опыта ЛМЗ.
Раздел
1. Общие вопросы технологии турбостроения. Механическая обработка основных деталей турбин
Основные определения. ? Производственный и технологический процессы. Характеристика паро- и газотурбинного производства.
Технологическая подготовка производства.? Роль технологов в создании новой турбины. Порядок разработки технологической документации. Организационные формы технологической подготовки производства. Типизация технологических процессов.
Технологичность конструкции. Базы. ? Точность размеров и чистота обработки поверхности. Размерные цены. Технологичность конструкции.
Распределение трудовых затрат по отдельным цехам, видам работ и группам оборудования. Совершенствование технологии производства турбин.
Рабочие лопатки – Назначение, сложность их выполнения. Конструкции лопаток и их элементов. Условия работы лопаток. Требования, предъявляемые к изготовлению рабочих лопаток и наборке их на колесо.
Требования, предъявляемые к материалам для рабочих лопаток. Стоимость заготовок. Механическая обработка рабочих лопаток. Характеристика организации и перспективы развития производства турбинных лопаток.
Диски паровых и газовых турбин и их механическая обработка. ? Назначение и конструкция. Условия работы облопаченных дисков. Контроль и приемка поковок дисков. Технологический процесс механической обработки дисков. Автофритирование турбинных дисков.
Цельнокованые и сварные роторы. Валы. ? Назначение и конструкция. Механическая обработка муфт. Основные требования к механической обработке деталей соединительных муфт.
Сварные диафрагмы? Назначение и конструкция. Материалы для сварных диафрагм и виды заготовок. Производство сварных диафрагм.
Чугунные диафрагмы. Сегменты сопел.
Цилиндры турбин? Назначение. Условия работы. Конструкция. Материалы. Основные технические требования. Предварительная и окончательная обработка стальных литых корпусов турбин. Изготовление сварно-листовых конструкций выхлопных частей цилиндра низкого давления. Гидравлическое испытание.
Опорные и упорные подшипники? Назначение. Условия работы. Конструкция. Подшипниковые сплавы. Технологический процесс заливки опорных вкладышей баббитом. Механическая обработка опорных вкладышей после заливки. Конструкция упорных подшипников. Технология изготовления колодок упорных подшипников.
Изготовление буксы и золотника регулирующего устройства турбин? Назначение регулирующего устройства и предъявляемые к нему требования. Изготовление буксы и золотника.
Изготовление поверхностных конденсаторов.
Раздел
2. Сборка турбин.
Узловая сборка? Облопачивание рабочих колес и роторов. Статическая балансировка рабочих колес. Производственные вибрационные испытания облопаченных дисков.
Сборка роторов? Наборка деталей на ротор. Механическая обработка собранного ротора. Динамическая балансировка роторов.
Узловая сборка сложного корпуса цилиндра паровой турбины.
Общая сборка турбин на стенде? Стенды для общей сборки турбин. Основное требование по сборке турбины. Установка фундаментных рам. Установка ЦНД на стенд. Установка корпуса среднего подшипника. Установка корпуса переднего подшипника. Установка ЦВД по уровню с проверкой по реакциям опор. Центровка ЦВД и ЦСД относительно ЦНД. Пригонка и центровка вкладышей подшипников по проверочному валу. Центровка роторов турбин по полумуфтам. Центровка обойм диафрагм и самих диафрагм в цилиндрах. Предварительный замер осевых и радиальных зазоров. Цистка цилиндров, окончательная установка всех деталей в цилиндры, укладка роторов и окончательные замеры зазоров в проточной части. Закрытие цилиндров турбин. Затяжка крепежа горизонтального разъема турбины.
Испытание турбины на заводском стенде? Цель испытания. Подготовка к испытании. Пуск турбины и испытание. Остановка турбины. Консервация и упаковка узлов турбины.
Раздел
3. Монтаж и пусковые испытания паровых турбин.
Монтаж паровых турбин? Подготовительные работы. Проверка и приемка фундамента под турбоагрегат. Сборка конденсаторов на месте монтажа. Монтаж конденсатора. Монтаж турбины. Сборка ЦНД и его монтаж. Установка корпусов подшипников, ЦВД и ЦСД по струне и по уровню с проверкой по реакциям опор. Центровка роторов низкого, среднего и высокого давлений по расточкам под уплотнения и по полумуфтам. Подливка фундаментных рам турбины. Проверка центровки диафрагм и обойм концевых уплотнений. Закрытие цилиндров. Горячая затяжка крепежа горизонтального разъема цилиндров. Соединение полумуфт роторов и закрытие подшипников. Некоторые особенности монтажа других элементов турбоустановки.
Пуск и наладочные испытания турбогенератора после монтажа? Подготовительные работы. Пуск турбины. Работа турбины на холостом ходу. Нагружение турбины. Некоторые замечания по обслуживанию турбоагрегата.
Некоторые вопросы надежности и долговечности турбин? Понятие о надежности и долговечности, их значение в народном хозяйстве страны. Некоторые мероприятия по повышению надежности и долговечности турбинного оборудования.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Аннотация

Введение

Краткое описание ТНА РД-180.

Глава 1. Технологическая часть

1.1 Условия работы лопатки турбиныТНА

1.2.3 Механические свойства материала (при Т = 20 °С)

1.2.4 Термическая обработка

1.4.1 Коэффициент использования материала

1.6.1 Виды изготовления алмазных роликов

1.6.2 Допуски

1.6.3 Конструкция

1.6.4 Зернистость

1.6.5 Сорт алмаза -- D 711 А

1.6.7 Первичное изготовление и расчет нового алмазного ролика для правки

1.6.8 Эксплуатация

1.6.9 Расположение осей

1.6.10 Режимы обработки

1.7 Выбор баз и обоснование последовательности обработки детали

1.8 Расчет припуска на механическую обработку в операции №12.

1.9 Режимы резания

1.10 Нормирование

Глава 2. Конструкторская часть

2.1 Описание приспособления

2.2 Расчет приспособления на силу зажима

Глава3. Исследовательская часть

3.1 Основы процесса гидродробеструйного упрочнения

3.2 Технология процесса гидродробеструйного упрочнения

3.2.1 Устройство и работа установки для гидродробеструйного упрочнения

3.2.2 Технологические требования к процессу

3.2.3 Порядок обработки

3.2.4 Контроль упрочнения

3.3 Определение остаточных напряжений

3.4 Усталостные испытания лопаток

3.4.1 Цель испытаний

3.4.2 Объект испытаний - лопатки турбиныТНА

3.4.3 Исследование собственных частот.

3.4.4 Оборудование для усталостных испытаний лопаток

3.4.5 Исследование распределения относительных напряжений

3.4.6 Метод испытаний на усталость

3.4.7 Метод обработки результатов испытаний

3.5 Результаты испытаний.

Глава 4. Часть по автоматизации

4.1 Описание программного пакета CATIA

4.1.1 Применение и возможности CATIA

4.1.2. Описание модулей пакета программ CATIA

4.2 Основные функции построение модели и чертежа деталей в САПР CATIA.

4.2.1 Интерфейс пользователя

4.2.2 Создание двухмерной геометрии, образмеривание и нанесение надписей

4.2.3. Создание трехмерной модели детали и построение на ее основе двухмерной геометрии

4.3 Построение модели лопатки турбины ТНА.

Глава 5. Промышленная экология и безопасность производства.

5.1 Анализ технологического процесса изготовления лопатки газовой турбины. Определение основных воздействий на окружающую среду и здоровье человека. Разработка мер защиты.

5.1.1 Анализ технологического процесса изготовления лопатки газовой турбины.

5.1.2 Анализ вредных воздействий на окружающую среду и разработка мер защиты при выполнении операции глубинного шлифования.

5.1.3 Анализ вредных воздействий на здоровье человека и разработка мер защиты при выполнении операции глубинного шлифования.

5.2 Анализ и расчет освещённости рабочего места.

5.2.1 Анализ освещённости рабочего места

5.2.2.Расчет на освещенность рабочего места

5.3 Вентиляция производственного помещения.

5.4 Меры противопожарной защиты.

5.5 Выводы по результатам анализа вредных и опасных факторов

Глава 6. Расчет экономической эффективности внедрения нового технологического процесса

6.1 Расчет затрат на проектирование технологического процесса изготовления лопатки турбины ТНА

6.1.1 Расчет затрат на проектирование технологического процесса изготовления лопатки турбины ТНА в проектируемом варианте

6.1.2 Расчет затрат на проектирование технологического процесса изготовления лопатки турбины ТНА в базовом варианте

6.2 Расчет годового экономического эффекта от внедрения нового технологического процесса

6.2.1 Расчет затрат на материал

6.2.2 Расходы на зарплату

6.2.3 Затраты на производственную площадь

6.2.4 Расчет затрат на эксплуатацию оборудования

6.2.5 Расчет энергетических затрат

6.2.6 Расчет себестоимости техпроцессов и экономического эффекта от внедрения

6.3 Расчет времени окупаемости внедрения нового технологического процесса

6.3.1 Расчет капиталовложений в оборудование

6.3.2 Расчет затрат на освоение новой технологии

6.3.3 Расчет времени окупаемости внедрения нового ТП.

Глава 7.Выводы по работе

Глава 8. Литература и другие источники

Аннотация

В данном дипломном проекте в технологической части (первый раздел) рассмотрен техпроцесс производства рабочей неохлаждаемой лопатки газовой турбины. Также в первом разделе описаны условия работы детали в узле, способ получения заготовки, приведены характеристики материала лопатки ЦНК-7П, проведен анализ технологичности, описан выбор баз для механической обработки, рассчитан припуск на обработку промежуточной технологической базы, проведено нормирование операций глубинного шлифования. В технологической части подробно описан способ механической обработки - глубинное шлифование и правящий алмазный инструмент. В конструкторской части рассмотрено приспособление для крепления детали при обработке хвостовика лопатки, и проведен расчет силы винтового зажима для данного приспособления. В исследовательской части рассмотрен процесс гидродробеструйного упрочнения замка лопатки: описаны сущность процесса, устройство гидродробеструйной установки, методика определения остаточных напряжений в поверхностном слое и усталостные испытания детали. В части по автоматизации рассмотрен программный пакет CATIA, его применение с промышленности, программные продукты данного пакета. Также рассмотрен процесс построения двухмерной и трехмерной геометрии, процесс создания модели лопатки в системе автоматизации проектирования CATIA. . В части по охране труда разработаны меры для повышения безопасности производства и охраны окружающей среды. В экономической части рассчитана эффективность внедрения данного техпроцесса производства лопатки по отношению к предыдущему.

Введение

Одной из самых сложных машиностроительных конструкций является газовая турбина.

Развитие газовых турбин определяется, в первую очередь, развитием авиационных газотурбинных двигателей для военных целей. При этом главным является повышение удельной тяги и снижение удельного веса. Проблемы экономики и ресурса для таких двигателей являются вторичными.

Одной из самых нагруженных деталью, ограничивающей межремонтный ресурс, являются неохлаждаемые лопатки турбины, изготавливаемые из деформируемого никелевого сплава ЭИ893. Лопатки из этого сплава из-за ограничений по длительной прочности имеют ресурс 48000 часов. В настоящее время при производстве лопаток турбин существует достаточно высокая конкуренция, поэтому вопросы снижения стоимости и повышения ресурса лопаток являются очень актуальными.

В данном дипломном проекте рассмотрена сравнительно новая для отечественной промышленности технология производства неохлаждаемых лопаток турбин большой длины (более 200 мм). В качестве заготовки лопатки применяется отливка из материала ЦНК-7П без припуска на механическую обработку пера, подвергнутая горячему изостатическому прессованию. Для снижения трудоемкости изготовления лопаток используется глубинное шлифование замка, а для повышения сопротивления усталости замок лопатки после шлифования подвергается гидродробеструйному упрочнению.

В данном дипломном проекте рассмотрена технология производства рабочей лопатки турбины. Поскольку данный техпроцесс универсален для лопаток самых разных размеров, он может применятся как для изготовления лопаток турбинынизкого давления ГТД (либо ГТУ), так и турбины ТНА ЖРД. В этой работе рассмотрена лопатка для ТНА ЖРД РД-180. Однако в силу универсальности материала лопаток и техпроцесса мы уделяем повышенное внимание также и ресурсу изделия. Подробно рассмотрен процесс глубинного шлифования для деталей из жаропрочных сплавов, какой является турбинная лопатка, и описаны технология производства и свойства используемых в глубинном шлифовании алмазных роликов для правки шлифовальных кругов. В проекте рассчитано на точность и силу зажима приспособление “щучья пасть”, широко применяемое при операциях глубинного шлифования в процессе производства лопатки. В исследовательской части рассмотрен процесс повышения усталостной прочности путем обдувки дробью в жидкой среде замка лопатки (гидродробеструйное упрочнение), описаны методики определения остаточных напряжений и проведения усталостных испытаний лопатки. Также в работе описана система автоматизации проектирования CATIA и создание в данной системе модели детали и конструкторской документации. В части по охране труда разработаны меры для повышения безопасности производства и охраны окружающей среды. Рассчитана также эффективность внедрения данного техпроцесса производства лопатки по отношению к предыдущему.

Краткое описание ТНА РД-180.

*Описание дано без газогенератора.

Турбонасосный агрегат выполнен по одновальной схеме и состоит из осевой одноступенчатой реактивной турбины, одноступенчатого шнекоцентробежного насоса окислителя и двухступенчатого шнекоцентробежного насоса горючего (вторая ступень используется для подачи части горючего в газогенераторы).

На основном валу с турбиной находится насос окислителя, соосно с которым на другом валу расположены две ступени насоса горючего. Валы насосов окислителя и горючего соединены зубчатой рессорой для разгрузки вала от температурных деформаций, возникающих вследствии большой разницы температур рабрчих тел насосов, а также для предотвращения замерзания горючго.

Для защиты радиально-упорных подшипников валов от чрезмерных нагрузок применены эффективные авторазгрузочные устройства.

Турбина - осевая одноступенчатая реактивная. Для предотвращения возгорания из-за поломок элементов конструкции или трения вращающихся деталей о неподвижные (вследствие выборки зазоров от деформаций или наклепа на сопрягаемых поверхностях от вибрации) зазор между лопатками соплового аппарата и ротора сделан относительно большим, а кромок лопаток - относительно толстыми.

Чтобы исключить возгорание и разрушение деталей газового тракта турбины, в конструкции применены никелевые сплавы, включая жаропрочные для горячих газовых магистралей. Статор и выхлопной тракт турбиныпринудительно охлаждаются холодным кислородом. В местах малых радиальных или торцевых зазоров используются разного рода теплозащитные покрытия (никелевые для лопаток ротора и статора, металлокерамического для ротора), а также серебряные или бронзовые элементы, исключающие возгорание даже при возможном касании вращающихся и неподвижных деталей турбонасосного агрегата.

Для уменьшения размеров и массы посторонних частиц, могущих привести к возгоранию в газовом тракте турбины, на входе в двигатель установлен фильтр с ячейкой 0.16*0.16 мм.

Насос окислителя. Высокое давление жидкого кислорода и, как следствие, повышенная опасность возгорания обусловили конструктивные особенности насоса окислителя.

Так, вместо плавающих уплотнительных колец на буртах крыльчатки (обычно используемых на менее мощных ТНА) применены неподвижные щелевые уплотнения с серебряной накладкой, поскольку процесс "всплывания" колец сопровождается трением в местах контакта крыльчатки с корпусом и может привести к возгоранию насоса.

Шнек, крыльчатка и торовый отвод нуждаются в особенно тщательном профилировании, а ротор в целом - в особых мерах по обеспечению динамической сбалансированности в процессе работы. В противном случае вследствие больших пульсаций и вибраций происходят разрушения трубопроводов, возгорания в стыках вследствие взаимного перемещения деталей, трения и наклепа.

Для предотвращения возгорания из-за поломок элементов конструкции (шнека, крыльчатки и лопаток направляющего аппарата) в условиях динамического нагружения с последующим возгоранием из-за затирания обломков использованы такие средства, как повышение конструктивного совершенства и прочности за счет геометрии, материалов и чистоты отработки, а также введение новых технологий: изостатическое прессирования литых заготовок, применение гранульной технологии и другие виды.

Бустерный насос окислителя состоит из высоконапорного шнека и двухступенчатой газовой турбины, привод которой осуществляется окислительным газом, отбираемом после основной турбиныс последующим перепуском его на вход в основной насос.

Бустерный насос горючего состоит из высоконапорного шнека и одноступенчатой гидравлической турбины, работающей на керосине, отбираемом после основного насоса. Конструктивно бустерный насос горючего аналогичен бустерному насосу окислителя со следующими отличиями:

· одноступенчатая гидротурбина работает на горючем, отбираемым с выхода насоса горючего основного ТНА;

· отвод горючего высокого давления для разгрузки шнека от действий осевых производится из входного коллектора гидротурбины БНАГ.

Таблица 1: ТТХ ТНА

Глава 1. Технологическая часть

1.1 Условия работы лопатки турбины ТНА

Лопатка турбины ТНА (лист № 1) является одной из самых нагруженных деталей турбонасосного агрегата ЖРД. В процессе работы на лопатку действуют:

Большие центробежные силы от вращения (порядка 14000 об/мин).

Горячий окислительный газ, нагретый в камере сгорания до высокой температуры порядка 600°С и содержащий избыток окислительных элементов и примеси, приводящие к окислению и газовой коррозии поверхности.

Высокие изгибающие моменты от газовых сил.

1.2 Выбор материала и заготовки

В качестве материала лопатки выбран литейный никелевый сплав ЦНК-7П, имеющий более высокий (примерно в 1.3 раза) предел длительной прочности, позволяющий повысить ресурс лопаток до 100000 часов и отлить перо лопатки без припуска на механическую обработку.

Недостатком литейного сплава является более низкий предел выносливости, вследствие более высокой пористости по сравнению с деформируемыми сплавами, что всегда ограничивало применение литейных сплавов для неохлаждаемых лопаток турбиныбольшой длины.

Применение горячего изостатического прессования (ГИП) отливок позволило существенно снизить разницу в пористости и пределах выносливости для пера. В то же время для замка, вследствие большего объема металла отливки, эта разница остается w заметной.

В качестве способа литья используется литье по выплавляемым моделям.

1.2.1 Химический состав материала

С=0.07 %, Si=0.3 %, Мn = 0.3 %, Р =0.01 %, S= 0.001%, Cu = 15.5 %, Со = 9.5 %,

Ti = 4.4 %, А1 = 4.3 %, W= 6.2 %, В= 0.2 %, Fe = 1 %, Са = 0.01 %, Mg =0.01 %, 02 =0.002 %,

Pb = 0.001 %, Ni - всё остальное

1.2.2 Физические свойства материала (при Т = 20 °С)

-модуль упругости, Е = 210 ГПа -модуль сдвига, G = 81 ГПа -теплопроводность, у = 8 Вт/ м * К -теплоёмкость, Ср = 440 Дж/К* кг

1.2.3 Механические свойства материала (при Т = 20 °С)

-предел прочности = 850 МПа -предел текучести = 750 МПА -относительное удлинение -относительное сужение

Ударная вязкость

1.2.4 Термическая обработка

Используется гомогенизация. Нагрев до Т = 1190 0 С. Скорость нагрева регламентируется отсутствием деформации изделия. Выдержка - 4 часа. Охлаждение со скоростью 30-45 градусов/мин до Т =1050 0 С. Выдержка - 2 часа. Охлаждение до Т = 850°С со скоростью 10 - 40 градусов/мин. Далее скорость не регламентируется. Атмосфера: вакуум, не менее 10-3 бар.

1.3 Технологический процесс изготовления лопатки

Данный технологический процесс изготовления рабочей лопатки турбины ТНА отличается от ранее применяемого техпроцесса: во-первых, применением в качестве заготовки отливки, подвергнутой горячему изостатическом прессованию, вместо штамповки; во-вторых, включением в техпроцесс операции глубинного шлифования, которая заменила собой операции фрезерования и шлифования; в-третьих, включением в техпроцесс операции гидродробеструйного упрочнения замка лопатки. Использование отливки и ГИП позволило исключить механическую обработку пера лопатки, применение глубинного шлифования - снизить трудоемкость механической обработки хвостовика лопатки, а гидродробеструйное упрочнение замка лопатки - повысить их предел выносливости. Ниже приведен технологический процесс изготовления лопатки (табл.2)

Таблица 2. Технологический процесс изготовления лопатки турбиныТНА

1.4 Анализ технологичности изделия

Под технологичностью конструкции детали понимается совокупность свойств, проявляемых в возможности оптимальных затрат труда, средств, материалов и времени при технической подготовке производства, изготовление, эксплуатации и ремонта и обеспечении технологичности сборочной единицы, в состав которой входит данная деталь.

Расчёт показателей технологичности:

1.4.1 Коэффициент использования материала

где Мдет - масса готовой детали, Мзагот - масса заготовки.

1.4.2 Коэффициент точности обработки

Средний квалитет обработки,

А - квалитет обработки;

Количество поверхностей, обработанных по этому квалитету.

1.4.3 Коэффициент применения типовых технологических процессов

Число типовых технологических операций;

Число всех технологических операций;

В технологическом процессе производства рабочей лопатки используются две типовые технологические операции - глубинное шлифование и полирование.

Как видно из показателей технологичности, лопатка турбины является высоко технологичной деталью благодаря применению бесприпускного литья, и, следовательно, исключению из технологического процесса механической обработки пера и повышению коэффициента использования материала. Также технологичность повышается за счет применения процесса глубинного шлифования, которое заменило операции фрезерования и шлифования хвостовика лопатки.

1.5 Глубинное шлифование деталей из жаропрочных сплавов

В данном разделе широко рассмотрен процесс глубинного шлифования для обработки деталей из жаропрочных сплавов, какой и является турбинная лопатка. Внедрение данного типа обработки позволило повысить производительность техпроцесса производства лопатки. Глубинное шлифование является основной операцией в данном ТП. В разделе рассмотрены история внедрения глубинного шлифования, теория процесса, различные способы обработки, виды оборудования для глубинного шлифования, шлифовальная головка

История развития процесса внедрения глубинного шлифования начался в начале 70-х годов, когда бурное наращивание объемов выпуска высокоресурсных авиационных двигателей заставило мировых производителей в отрасли авиадвигателестроения искать пути решения проблемы повышения производительности и качества обработки особо ответственных высоконагруженных деталей турбины, где вопросы обрабатываемости обеспечения ресурса стояли особенно остро.

Эффективное решение, этих задач не обеспечивалось использованием традиционных методов механической обработки, поскольку форсирование режимов обработки при изготовлении деталей из жаропрочных сплавов ограничивается низкой стойкостью режущего инструмента и ухудшением качества поверхностного слоя деталей.

Идея производительного съема материала абразивными кругами всегда привлекала внимание специалистов, так как известно, что абразивные материалы превосходят по твердости все известные стали и сплавы. Имелись и отдельные примеры решения этой задачи. Такими примерами может служить вулканитовая резка, производительные схемы шлифования плоских поверхностей с большой глубиной резания (до 5 мм и более) боковой поверхностью круга с поперечной циклической подачей до нескольких миллиметров на ход.

Однако всегда считалось, что высокопроизводительные процессы абразивной обработки несовместимы с обеспечением высокой точности и качества поверхностного слоя ответственных деталей, так как велика вероятность потери размерной стойкости и появления прижогов. Одним из путей повышения эффективности механической обработки и явилось внедрение в производство глубинного шлифования. Оно потребовало решения комплекса вопросов с целью повышения технологической надежности процесса, включающих разработку и выбор технологических схем обработки; оборудования; режущего и правящего инструмента; рецептуры, способов подачи и очистки СОЖ, режимов правки и шлифования; теоретического и экспериментального подтверждения гарантии достижения требуемой точности и качества шлифуемой поверхности.

Особенность внедрения глубинного шлифования заключалась в том, что оно начала практически было использовано в производстве и показало отличные результаты. Так, при изготовлении турбинных лопаток производительность увеличилась в 4 раза, точность -- в 2 раза, шероховатость поверхности снизилась в 2 раза, значительно повысилась работоспособность замкового соединения. При опытной обработке условий и режимов шлифования были тщательно исследованы все контролируемые показатели качества обработанной поверхности: шероховатость, глубина и степень наклепа, остаточные напряжения, микроструктура, возможность появления шлифовочных трещин. Все показатели при шлифовании были лучше или аналогичны ранее используемому фрезерованию. Ничем не отличался и уровень возникновения дефекта по возможному появлению несплошности поверхностного слоя, выявляемый по свечению люминофора и связанный с выходом на поверхность пор и расслоений материала по границам зерен, образующихся при литье. Однако через некоторое время этот дефект стал классифицироваться как шлифовочные трещины.

Чтобы определить границы надежного использования процесса необходимо было исследовать его теоретически. В нашей стране этим занялись специалисты ОАО «Рыбинские ученые Рыбинской государственной авиационной технологической академии (РГАТА) и отраслевого научно-исследовательского института технологии авиадвигателестроения (НИИД).

Исследованиями этой группы изучены многие аспекты процесса: теплофизические явления в зоне контакта, микрорезание и затупление зерен, износ кругов и правка, условия существования оптимальных режимов шлифования, охлаждение и механизм образования остаточных напряжений, условия и причины появления неустойчивости процесса,-- что позволило хорошо понять процесс и осознанно применять его на практике.

Особым случаем применения глубинного шлифования является глубинное шлифование деталей из жаропрочных сплавов на никелевой основе, какой является лопатка турбины. Из производственной и исследовательской практики известно, что шлифование жаропрочных сплавов отличается от шлифования конструкционных сталей. Наличие в жаропрочных сплавах упрочняющей интерметаллидной "-фазы и карбидов, имеющих высокую микротвердость (HV 2030-2060), приводит к интенсивному изнашиванию круга и увеличению мощности шлифования. Это подтверждается данными по относительной мощности и удельной производительности шлифования различных материалов с широким изменением прочностных и теплофизических свойств.

Если оценивать относительную мощность шлифования энергетическим

безразмерным критерием (где Pz -- тангенциальная составляющая силы резания, Н; Vk -- скорость вращения абразивного круга, м/с; V3 -- продольная подача заготовки, м/с; - коэффициент теплопроводности обрабатываемого материала, Вт/м*К; максимальная контактная температура шлифования), а удельную производительность q -- отношением съема металла к износу круга в единицу времени, то эти показатели будут сильно отличаться для различных материалов, как это видно из таблицы 2

Таблица 3

Изнашивание инструмента является следствием истирания и выкрашивания частиц зерен под действием механических и температурных факторов. Ухудшение условий обработки вызывает рост контактной температуры шлифования и повьппает вероятность появления поверхностных дефектов на детали. Возникновение поверхностных дефектов в большей мере наблюдается при шлифовании материалов, обладающих малой теплопроводностью и аккумулирующих теплоту в тонком поверхностном слое.

При многопроходном циклическом нагреве во время обычного маятникового шлифования происходят необратимые формообразования зерен структуры обрабатываемого материала, приводящие к перераспределению микронапряжений, которые по величине могут превысить критические, характерные для малоцикловой усталости. В результате возникают поверхностные дефекты в виде шлифовочных трещин. Отсутствие многократного цикла нагрева и охлаждения является одним из преимуществ глубинного шлифования.

Таким образом, при глубинном шлифовании за счет изменения кинетики термического цикла могут быть созданы условия, исключающие возникновение термопластических деформаций поверхностного слоя и ослабляющие интенсивность протекания фазовых, микроструктурных и диффузионных процессов. Это достигается подбором состава

и способов подачи СОЖ, назначением оптимальных характеристик и циклов правки круга и режимов резания.

Проведенные исследования температурного поля заготовки при глубинном шлифовании позволили установить, что при реально создаваемой интенсивности охлаждения количество теплоты, уходящее в обрабатываемую поверхность, в зависимости от условий обработки составляет 32...83 % от всего выделившегося тепла Причем, чем больше угол наклона (чем больше глубина шлифования) и меньше скорость заготовки, тем большее количество теплоты уходит в снимаемые с заготовки слои металла и тем ближе смещаются максимальные значения температуры на ее поверхности к точке А (рис. 1.1). (Qm -- отношение температуры в произвольной точке дуги контакта М к температуре в точке А).

Рис 1.1 Схема шлифования (а) и зависимость относительной температуры по длине контакта круга с заготовкой (б) при глубинном шлифовании: 1) Ре=1; 2)Ре=0.6; 3)Ре=0.4; 4) Ре=0.1; 5) Ре=0.02

Для обеспечения отвода как можно большего количества теплоты в снимаемые слои металла кинематические параметры процесса должны удовлетворять следующему условию:

Ре -- критерий Пекле, характеризующий скорость съема металла по отношению к скорости распространения температуры в обрабатываемую заготовку;

Vз -- продольная скорость перемещения заготовки, м/с;

D -- диаметр круга, м;

t -- глубина шлифования, м;

а -- коэффициент температуропроводности обрабатываемого материала, м2 /с.

Интенсивный теплообмен в зоне шлифования обеспечивается обильной подачей СОЖ под давлением. Минимальное значение коэффициента теплообмена а0=(3,5...5)*103 Вт/(м С) служит мерой эффективности охлаждения и снижения температуры на участке контакта круга с заготовкой. Расчеты показали, что при обеспечении такой интенсивности теплообмена температура в точке А при кинематическом ограничении (1) составит 300...500 С0, что является гарантией отсутствия дефектов на обработанной поверхности в виде прижогов и трещин.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Большое внимание на температуру шлифуемой поверхности оказывает скорость заготовки. При традиционных видах шлифования при t <0,1 мм и скорости детали Vз>10 м/мин, увеличение Vz приводит к некоторому уменьшению температуры шлифования. Это объясняется уменьшением времени контакта с обрабатываемой поверхностью. Интенсивность накопления теплоты в поверхностном слое снижается, и температура уменьшается. Этому способствует еще и тот факт, что при малых глубинах (до 0,04 мм) увеличение Vз не приводит к увеличению толщины срезаемого слоя, которая становится равной глубине резания, что также сказывается на интенсивности тепловыделения. При больших глубинах эта особенность уже не наблюдается, и температура возрастает постоянно, так как непрерывно увеличивается толщина срезаемого одним зерном слоя. Эти режимы являются наиболее опасными с точки зрения прижогообразования (рис. 1.2).

Для ограничения температуры шлифования нужно резко снижать скорости Vз, что является предпосылкой перехода к глубинному шлифованию.

При глубинном шлифовании с ростом Уз температура также возрастает. Однако при увеличении глубины шлифования с одновременным уменьшением Уз температура шлифования снижается, причем прирост глубины превышает темп снижения скорости заготовки за счет возрастания количества теплоты, уходящей в стружку, что увеличивает производительность процесса. Кроме того, уменьшается толщина срезаемого абразивным зерном слоя, возрастает количество режущих зерен по длине контакта круга с обрабатываемой поверхностью, и, как следствие этого, уменьшается уровень термодинамических нагрузок, воспринимаемых системой зерно-связка, участвующих в резании. Как следует из проведенных исследований, эти эффекты наблюдаются при соотношении скорости круга и заготовки.

Таким образом, бездефектное глубинное шлифование обеспечивается при режимах шлифования и технике подачи СОЖ, удовлетворяющих следующим условиям:

На основании проведенных исследований сделан вывод, что, поскольку при глубинном шлифовании абсолютная температура обработанной поверхности невелика и она более равномерно прогрета до этих умеренных температур, то в поверхностных слоях не создается условий для возникновения термопластических деформаций, а следовательно, и условий для наведения остаточных напряжений растяжения. Таким образом, остаточные напряжения, главным образом, формируются под действием сил резания абразивных зерен и являются сжимающими. Это убедительно объяснило многочисленные экспериментально полученные в период освоения кривые распределения остаточных напряжений, часть из которых приведена на рис. 1.3.

Рис 1.3 Распределение остаточных напряжений в поверхностном слое после различных методов обработки: а) маятниковое шлифование (круг 25А40ПСМ27К5, сплав ХН62 МВКЮ-ВД, Vk=35 м/с, Vз=0.4 м/с, t =0.05 мм); б) фрезерование (1)ЖС6К, 2)ХН77ТЮР); в) глубинное шлифование (1)ЖС6К, 2 - ХН77ТЮР, круг 24ПВМ212К5П40-20, Vk=30 м/с, V3=0.001 м/с, t=1.5 мм)

Характерной чертой формирования остаточных напряжений при глубинном шлифовании является идентичность их распределения независимо от некоторых колебаний условий шлифования и марок обрабатываемых материалов. Распределение сжимающих напряжений происходит в более тонком слое у поверхности детали, чем при фрезеровании, что свидетельствует о меньшей глубине проникновения пластических деформаций.

Это подтверждается результатами измерений микротвердости, приведенными в таблице 4

Таблица 4

Из таблицы следует, что глубина и степень наклепа при шлифовании значительно меньше, чем при фрезеровании, что положительно сказывается на эксплуатационных характеристиках деталей, работающих в условиях высоких температур.

Отмеченные преимущества глубинного шлифования могут быть надежно реализованы при создании определенных технологических условий эффективной обработки. Технологические требования к процессу определяются эксплуатационными характеристиками детали и себестоимостью ее изготовления. Эти факторы определяют режимы шлифования, характеристики режущего и правящего инструментов, способ подачи и вид СОЖ, а также другие технологические параметры.

С этой целью для глубинного шлифования заготовок деталей ГТД высокой точности из труднообрабатываемых материалов разработаны технологические рекомендации. Они включают, кроме общих принципов назначения режимов шлифования, указанных выше, правила выбора характеристик абразивных кругов и условий их эксплуатации; правку и выбор правящего инструмента; способ подачи и состав СОЖ; требования к станкам с учетом специфики глубинного шлифования.

Характеристика режущего инструмента (вид абразивного материала, зернистость, твердость, структура, связка) определяется условиями работы абразивных зерен и требованиями к производительности обработки и качеству шлифованной поверхности.

Важнейшим показателем условий работы зерна является максимальная глубина его врезания в обрабатываемый материал, которая определяется глубиной врезания абразивного круга Наибольшая глубина врезания а, определяется выражении:

с -- коэффициент;

Vз и Vk -- скорости перемещения заготовки и вращения круга, м/с;

t -- глубина шлифования, м;

D -- диаметр круга, м.

Анализ формулы показывает, что при прочих равных условиях переход на режим глубинного шлифования с сохранением производительности снижает толщину срезаемого слоя одним зерном в 10...12 раз, поэтому нагрузка на зерно при микрорезании существенно снижается, а объем срезаемой стружки увеличивается. Это дает возможность применять абразивные круги самой низкой твердости ВМ1, ВМ2 и делает необходимым увеличение их пористости.

Обобщение результатов исследований прочности системы зерно -- связка в условиях динамического и теплового ударов, характеризующих работу зерна при каждом цикле резания в условиях глубинного шлифования, позволило сделать следующие выводы:

для кругов твердостью ВМ1, ВМ2, Ml прочность системы зерно -- связка при динамическом ударе определяется прочностью связки;

вероятность разрушения системы зерно -- связка при тепловом ударе определяется вероятностью разрушения зерна, которая, в свою очередь, меньше вероятности разрушения зерна при динамическом ударе;

стойкость системы зерно -- связка определяется ее долговечностью в условиях динамической нагрузки, причем наиболее слабым звеном системы является связка.

Определение стойкости системы зерно -- связка и изучение состояния режущей поверхности круга позволили получить расчетные формулы и методику инженерного вычисления размерной стойкости и износа круга. Не вдаваясь в подробности их определения, можно отметить, что стойкость и износ круга зависят от прочности обрабатываемого материала, размера шлифовального круга, соотношения скоростей заготовки и круга, отношения глубины шлифования к радиусу круга, зернистости и коэффициента температуропроводности круга, плотности зерен в рабочем слое круга, а также показателей однородности абразивного материала круга и интенсивности накопления им усталостных повреждений.

При глубинном шлифовании сталей и жаропрочных сплавов на основе никеля необходимо использовать электрокорунд белый 24А, 25А. Применение монокорунда 44А не дает ожидаемого эффекта, поскольку при увеличении стоимости абразивного инструмента его режущие свойства полностью не используются, так как для обеспечения режима самозатачивания круга разрушение связки происходит быстрее, чем затупление зерен.

Зернистость круга определяется требованиями к точности обработки и условиям бездефектного шлифования. С уменьшением зернистости улучшаются условия микрорезания, уменьшаются силы резания единичным зерном, увеличивается стойкость системы зерно -- связка. С другой стороны, увеличивается число одновременно работающих зерен, благодаря чему растет средняя температура резания, и возрастает вероятность появления прижога, то есть уменьшается стойкость круга.

Аналогичная картина наблюдается с увеличением твердости круга. С одной стороны, увеличение твердости вызывает увеличение прочности системы зерно -- связка, уменьшение размерного износа круга. Одновременно это способствует меньшей самозатачиваемости круга, то есть уменьшению его стойкости вследствие появления дефекта на обрабатываемой поверхности детали.

Таким образом, при назначении зернистости и твердости инструмента исходят из его размерной и бездефектной стойкости. При этом период стойкости круга, ограниченный моментом появления прижога, должен быть не менее периода его размерной стойкости. Этим условиям при глубинном шлифовании заготовок из жаропрочных сплавов с малыми допусками лучше всего отвечают круги зернистостью 8...12 и твердостью ВМ1, ВМ2, Ml.

Структура круга определяется содержанием зерна, связки и пор. Она должна быть такой, чтобы достигалось размещение в порах круга стружки, снимаемой за один цикл резания, без его засаливания. Кроме этого, должно обеспечиваться хорошее вымывание стружки из пор и перенос порами части жидкости в зону контакта круга с заготовкой. Этими свойствами обладают только круги открытой структуры, поэтому круг для глубинного шлифования должен иметь 9... 12 структуру.

Высокая пористость кругов в достигается путем применения различных порообразующих веществ, выгораемых или выплавляемых в процессе изготовления кругов. В соответствии с технологией, разработанной ВНИИМАШ в качестве порообразующих наполнителей применяют перлит (П), полистирол синтетический (ПСС), нефтяной кокс (НК) и др. Круги твердостью ВМ1, ВМ2, Ml обеспечивают 45...50% содержание пор по объему круга, что способствует хорошему переносу жидкости, размещению и вымыванию стружки.

Условия глубинного шлифования требуют от круга высокой теплостойкости, жесткости, химической стойкости и водостойкости. Все эти свойства придают кругу только керамические связки. Чаще всего применяют связки КЗ и К5, но наряду с ними можно применять боросодержащие, огнеупорные, химические и водостойкие связки, легированные оксидами лития, бария, меди и др. Например, связка К11 характеризуется более прочной связью с зерном, чем связки КЗ и К5. В этом случае повышается стойкость системы зерно -- связка, что уменьшает износ круга.

Основным разработчиком и поставщиком высокопористых абразивных кругов является ВНИИМАШ и АО «Абразивный завод Ильич» (г. Санкт-Петербург). Научно-производственная фирма «Экси» (г. Курган) также разработала и освоила по экологически чистой технологии высокопористые круги с использованием модифицированной керамической связки К13 и специальных наполнителей. Испытания кругов 24А12НВМ112К13 и 24А12НВМ212К13 этой фирмы показали что они по всем параметрам не уступают серийным, а по некоторым параметрам превосходят их. Эти круги можно применять для всех видов глубинного шлифования.

Глубинное шлифование в современном понимании стало возможным благодаря разработке специальной техники правки абразивных кругов и созданию алмазного правящего инструмента Широкое применение нашли алмазные правящие ролики. Из основных схем правки методом радиального и тангенциального врезания наиболее распространена правка радиальным врезанием при параллельных осях ролика и круга. Профиль алмазных роликов в этом случае такой же, как у детали.

Правку (рис. 1.4, а) производят путем шлифования круга алмазным роликом при попутном вращении и соотношении скоростей ролика и круга, равным 0,6...0,8. Интенсивность правки tп оценивается в мкм на оборот круга и принимается при черновой правке tп --0,8...1,0 мкм/об, а при чистовой tп =0,3...0,6 мкм/об.

Правка осуществляется до снятия заданного припуска. Величина t зависит от твердости и зернистости круга. Для кругов твердостью ВМ1, ВМ2, Ml 9... 12 структуры и

зернистостью 10, 25,40 оптимальное значение t соответственно составляет 0,05...0,08, 0,08...0,12, 0,25...0,3 мм. Меньшие значения соответствуют более твердым кругам (Ml), а большие -- мягким кругам (ВМ1). При правке второго круга направление вращения ролика реверсируется.

При правке с тангенциальным врезанием ролика (рис. 1.4, б) абразивный круг сразу подается на величину t и проходит под правящим устройством со скоростью Vc. Правящий ролик вращается только в одну сторону, а один из кругов реверсируется для обеспечения попутной правки. Интенсивность правки определяется по формуле:

где все обозначения взяты из рис. 1.4, б и должны иметь одну размерность.

Скорость движения стола Vc, из этой формулы определяют по заданной интенсивности правки.

Тангенциальная правка обеспечивает более плавное врезание алмазного ролика и является предпочтительной при однокруговой обработке.

Ряд поверхностей с точки зрения качества можно обработать только с непрерывной правкой, при которой профилирование круга происходит в течение всего процесса шлифования, то есть круг и ролик во время всего цикла обработки находятся в постоянном контакте (рис. 1.5)

Компенсация износа круга при этом также осуществляется непрерывно, поэтому, если алмазный ролик имеет подачу врезания Sпp, то она компенсируется подачей всей шлифовальной бабки на величину врезания и правки, то есть Sвp+ Sпp.

Благодаря непрерывной правке шлифование осуществляется при неизменном состоянии режущей поверхности круга. Несмотря на то, что расход абразивного круга увеличивается по сравнению с дискретной правкой в 1,5...2 раза, производительность повышается в 5 … 7 раз по сравнению с обычным глубинным шлифованием, снижаются температуры и силы резания.

Для достижения требуемой точности и качества обработки важен как выбор смазочно-охлаждающей жидкости, так и ее эффективное использование. Выбор СОЖ определяет характер температурно-деформационных явлений в зоне обработки, интенсивность протекания адгезионных и диффузионных процессов в зоне контакта круга с заготовкой.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Наибольшее применение при глубинном шлифовании нашел 1,5..2%-ный водный раствор эмульсола Аквол-2. Он содержит противозадирные хлорные и серные присадки, синтетическая смесь которых обеспечивает снижение интенсивности адгезионных и диффузионных явлений, особенно при обработке труднообрабатываемых материалов. Большой процент воды обеспечивает высокую эффективность отвода теплоты.

Перспективной является синтетическая СОЖ, представляющая собой 2...3%-ный раствор концентрата Аквол-10М, который содержит анионоактивные и неионогенные эмульгаторы и жировые присадки. Применение этой СОЖ дает снижение шероховатости на 15...20% и сил резания на 10% по сравнению с СОЖ на основе Аквол-2.

Эффективное использование СОЖ обеспечивается системой ее подачи и очистки. СОЖ подается в зону обработки под давлением 0,5.. 0,6МПа с расходом 80...200 л в минуту на один круг. Положение охлаждающего и дополнительного очистного сопла относительно обрабатываемой заготовки автоматически сохраняется по мере изнашивания круга Бак для СОЖ вмещает не менее 1500...3000л и снабжен холодильным устройством для стабилизации температуры на уровне 20..30"С. Очистное устройство надежно задерживает любые частицы размером более 5.. 15 мкм.

В ряде случаев подача СОЖ интенсифицируется за счет дополнительной подачи ее на торцы круга с наложением ультразвуковых колебаний. При этом она попадает в поры круга и под действием центробежных сил проникает на периферию, очищая режущую поверхность и дополнительно охлаждая зону контакта круга с заготовкой.

Глубинное шлифование имеет такие особенности, обусловленные кинематикой и термодинамикой процесса, которые накладывают специфические требования к конструкции станков для глубинного шлифования. Опыт эксплуатации зарубежных станков, модернизация под условия глубинного шлифования ряда отечественных станков и создание собственного оборудования позволили ОАО «Рыбинские моторы» совместно с НИИД (г. Москва) разработать технические задания на разработку гаммы отечественных станков, обеспечивающих потребности отечественного авиационного двигателестроения.

Первыми были модернизированы плоскошлифовальные станки моделей ЗБ722 и ЗД722 производства Липецкого станкоинструментального завода. На них успешно внедрены в производство операции глубинного шлифования, контактных площадок турбинных лопаток с использованием прогрессивной схемы обработки сдвоенными кругами (рис. 1.6,) со стороны «спинки» и «корыта» одновременно.

Размещено на http://www.allbest.ru/

В условиях ограниченных производственных мощностей на этих станках одно время обрабатывались и елочные замки турбинных лопаток газоперекачивающих агрегатов. Были также модернизированы для глубинного шлифования елочных замков морально устаревшие станки фирмы «Матрикс» (Англия). На них была внедрена непрерывная правка кругов алмазными роликами с автоматической компенсацией размера, увеличена мощность главных приводов, переоборудована система подачи СОЖ.

Опыт модернизации станков дал возможность глубже исследовать ряд технических решений и заложить более обоснованные требования к ним во вновь разрабатываемых станках.

При создании промышленных моделей станков для глубинного шлифования на Липецком станкостроительном заводе большинство требований было выполнено.

Первым был создан одношпиндельный станок модели ЛШ-220 (рис. 1.7), который представляет собой полуавтомат с прямоугольным столом, горизонтальным шпинделем и четырехкоординатным устройством ЧПУ. Компоновка станка в сочетании с конструкцией

шпинделя на подшипниках качения обеспечивает высокую жесткость шлифовальной бабки. Применение в направляющих стола и салазок фторопластовой ленты, а также винтовых пар качения в механизмах вертикального и поперечного движения подач шлифовальной бабки и перемещения стола позволили достичь плавности рабочих перемещений и высокой точности изготовления деталей.Станок нашел широкое применение на заводах отрасли. Данный станок используется в технологическом процессе производства лопатки турбины ТНА.

Недостатком станка явилось не совсем удачное конструктивное решение правящего устройства и организации рабочей зоны, ограничивающей автоматизацию цикла обработки.

Станок ЛШ-233 представляет собой полуавтомат с ЧПУ для двухстороннего глубинного шлифования. Он предназначен для одновременного шлифования симметричных или несимметричных поверхностей заготовок различных деталей. Станок имеет непрерывную правку кругов непосредственно в процессе обработки, которая используется на черновых проходах. Перед чистовым рабочим ходом оба круга

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис 1.7 Станок ЛШ-220:

1 - станина; 2 - стол; 3 - колонна; 4 - шлифовальная головка; 5 - система подачи и очистки СОЖ; 6 - пульт управления калибруются одним роликом, что гарантирует симметричность расположения профилей и высокую точность обработки.

Станок ЛШ-233 отвечает основным требованиям высокопроизводительного глубинного шлифования.

Некоторым конструктивным недостатком этих станков является весовая несбалансированность консольно расположенных электродвигателей привода шлифовальных кругов.

Существенным шагом в дальнейшем усовершенствовании одношпиндельных плоскошлифовальных станков является создание станка модели ЛШ-236.

Станок значительно превосходит своих предшественников по технологическим возможностям. Он обладает повышенной жесткостью, быстроходностью на холостых ходах, имеет большую по высоте зону обработки.

Наличие круглого рабочего тактового стола позволяет производить предустановку деталей во время рабочего цикла, что повышает производительность и дает возможность полностью автоматизировать цикл обработки.

Для расширения области применения методов профильного шлифования с непрерывной правкой кругов при обработке поверхностей сопловых лопаток турбин предназначен карусельно-шлифовальный станок ЛШ-278.

Станок может работать в широком диапазоне режимов, в том числе и в режиме глубинного шлифования, имеет дополнительный высокоскоростной шпиндель для формирования канавок и резцедержатель для их подправки резцом в режиме точения.

1.6 Алмазные ролики для правки

Алмазные ролики являются профильным инструментом для правки шлифовальных кругов. Они применяются во всех операциях глубинного шлифования в техпроцессе производства турбинной лопатки. На листе № 4 графической части приведены чертежи роликов для операций 25 , 50 и 70. Данные ролики изготовлены немецкой фирмой "Wendt". Отличие алмазных роликов этой фирмы от отечественных аналогов в том, что стойкость составляет от 50000 до 180000 условных правок, когда этот показатель для отечественных роликов составляет 10 000-40 000 правок.

Подобные документы

Технологический процесс изготовления лопатки турбины ТНА. Глубинное шлифование деталей из жаропрочных сплавов. Способы изготовления алмазных роликов для правки. Основы процесса гидродробеструйного упрочнения. Описание модулей пакета программ CATIA.

дипломная работа , добавлен 18.04.2014


Проектирование проточной части авиационного газотурбинного двигателя. Расчёт на прочность рабочей лопатки, диска турбины, узла крепления и камеры сгорания. Технологический процесс изготовления фланца, описание и подсчет режимов обработки для операций.

дипломная работа , добавлен 22.01.2012


Технологический процесс изготовления детали "Корпус". Расчет припусков на механическую обработку. Нормирование технологического процесса. Станочные и контрольные приспособления. Исследование автоколебаний технологической системы на операции шлифования.

дипломная работа , добавлен 17.10.2010


Характеристика материала для изготовления металлической скамейки. Подготовка металла к сборке и сварке. Технологический процесс изготовления. Оборудование сварочного поста ручной дуговой сварки. Расчет штучного времени на изготовление металлоконструкции.

дипломная работа , добавлен 28.01.2015


Чертеж детали для малосерийного производства, технологический процесс её изготовления. Краткое описание используемого метода, грамматики с фазовой структурой. Анализ технологического процесса и его описание с точки зрения метода языков и грамматик.

контрольная работа , добавлен 09.07.2012


Виды мороженого по способам выработки: закаленное, мягкое, домашнее. Приготовление смеси для производства мороженого, ее фильтрование и гомогенизация. Процесс фризерования и закаливания. Выпечка вафельных стаканчиков. Дозирование и расфасовка продукта.

презентация , добавлен 30.03.2017


Метод выполнения заготовок для деталей машин. Технологический процесс обработки детали класса вал. Схема базирования заготовки на токарной операции. Принцип действия двухстороннего фрезерно-центровального полуавтомата. Нормирование процесса изготовления.

курсовая работа , добавлен 03.03.2014


Граничные условия теплообмена на наружной поверхности и в каналах охлаждаемой лопатки авиационного газотурбинного двигателя. Выбор критической точки лопатки и предварительная оценка ресурса. Расчет температур и напряжений в критической точке лопатки.

курсовая работа , добавлен 02.09.2015


Расчёт и профилирование рабочей лопатки ступени компрессора, газовой турбины высокого давления, кольцевой камеры сгорания и выходного устройства. Определение компонентов треугольников скоростей и геометрических параметры решеток профилей на трех радиусах.

курсовая работа , добавлен 17.02.2012


Технологические процессы и оборудование основных производств предприятия, основное и вспомогательное технологическое оборудование. Оборудование и технологии очистки выбросов, переработки и обезвреживания отходов. Управление технологическими процессами.

Производство деталей турбокомпрессора дизельного двигателя локомотива с применением программных продуктов компании Delcam

Предлагаем читателям выдержки из конкурсной работы студентов Пензенского государственного университета Николая Чернышева и Артема Тарабрина, выполненной под руководством профессора А.Н. Машкова и доцента С.А. Нестерова. Данная работа заняла первое место в номинации «Механообработка» на ежегодном конкурсе студенческих работ 2010 года, проводимом компанией Delcam среди российских и украинских университетов. Авторы работы Николай Чернышев и Артем Тарабрин приглашены на шестимесячную стажировку в головном офисе компании Delcam (Бирмингем, Великобритания).

Введение

Предприятия машиностроительной отрасли, как правило, работают во взаимодействии друг с другом, причем иногда даже предприятия-конкуренты — над одинаковыми проектами. Ярким примером такой конкуренции являются пензенские ОАО «Пензадизельмаш» и ОАО «Специальное конструкторское бюро турбонагнетателей». Оба предприятия выпускают турбокомпрессоры к дизельным двигателям.

ОАО «Специальное конструкторское бюро турбонагнетателей» использует при подготовке производства программные продукты компании Delcam с 2005 года. ОАО «Пензадизельмаш» только начинает их осваивать и к настоящему времени прошло опытную эксплуатацию, а в текущем году (2010-м. — Прим. ред. ) планирует произвести платежи за лицензию на промышленное применение. Оба предприятия довольны эффективностью программных продуктов Delcam, о чем уже не раз говорилось в статьях, опубликованных в журнале «САПР и графика»: «САМ-система PowerMILL: изготовление моноколеса турбины за 2 часа» в № 10’2009, «Разработка технологии изготовления заготовки турбинной лопатки для ОАО “Пензадизельмаш”» в № 9’2009, «Разработка в ОАО “СКБТ” технологии изготовления деталей турбокомпрессора с использованием продуктов компании Delcam» в № 4’2008.

На этот раз объектом пристального внимания были выбраны наиболее важные элементы турбокомпрессора — вал ротора в сборе с колесом турбины осевого типа и колесо турбины радиального типа (рис. 1). Особенность рассматриваемого варианта — тяжелые условия эксплуатации турбокомпрессора (степь, пустыни, северный климат). По имеющимся данным, в таких условиях работы срок жизни классических колес из сплавов на основе жаростойких сталей аутенитного класса типа ЭИ 572 или ЭИ 415 значительно снижается. Для повышения ресурса изделия материал колеса был заменен на Inconel 713 LC (Incontel — зарегистрированная торговая марка компании Special Metals Corporation, объединяющая семейство аустенитных никель-хром базированных суперсплавов. — Прим. ред .) — высокоизносостойкий, ударопрочный и к тому же жаропрочный материал. Метод изготовления заготовок для обеих деталей — точное литье по выплавляемым моделям. Большинство операций при механообработке деталей — токарные. Отметим, что сплавы Inconel сложны в механообработке, поэтому у нас появилась отличная возможность показать многогранные возможности программных продуктов Delcam на всех этапах производства изделия: от заготовительного и классической металлообработки вплоть до контроля точности изготовления.

Разработка последовательности проектирования и изготовления рассматриваемых деталей

Анализируя детали (см. рис. 1), их можно конструктивно разделить на три части: вал (рис. 2а ), колесо турбины осевого типа (рис. 2б ) и колесо турбины радиального типа (рис. 2в ). Причем большинство операций по механообработке вала и колеса турбины выполняются уже после их сваривания в один узел.

Рис. 2. Трехмерные модели: а — 3D-модель вала; б — 3D-модель колеса турбины осевого типа; в — 3D -модель колеса турбины радиального типа

Для получения корректной формы и сокращения сроков подготовки производства мы предложили следующую последовательность проектирования обработки основных деталей из сборочного узла:

1. Создание 3D-модели вала-ротора.
2. Проектирование литейной оснастки.
3. САЕ-анализ литейной оснастки.
4. Разработка ЧПУ-программ для обработки элементов литейной оснастки.
5. Контроль размеров элементов литейной оснастки.
6. Создание ЧПУ-программ для механообработки литой заготовки.

Построение 3D-моделей

Для создания 3D-моделей использовалась CAD-система PowerSHAPE (разработка компании Delcam).

Создание 3D-модели колеса турбины осевого типа

Конструктивно колесо можно разделить на две части: лопатки и ступица.

Для построения профиля лопатки необходимо было построить семь сечений, для чего требовалось задать координаты точек профиля, а также координаты окружностей кромки лопаток (рис. 3). После соединения ранее построенных точек сплайном (рис. 4) мы отредактировали их путем сглаживания. Для этого были использованы функции PowerSHAPE График кривизны и Сглаживание кривой .

После того как мы добились необходимой формы линий сечений и построили направляющие (рис. 5), мы получили поверхность пера. Для получения заданной длины пера мы вытянули его при помощи функции удлинения поверхностей, однако анализ кривизны наглядно показал, что в результате вытягивания перо получилось недостаточно гладким (рис. 6).

Рис. 5. Базовые линии, задающие форму пера лопатки

Рис. 6. Анализ кривизны удлиненной поверхности пера лопатки показал наличие неровностей

Корректная форма поверхности пера была достигнута путем редактирования кривых: удалением некорректных точек и сглаживанием. В результате мы добились корректной формы пера — это видно на рис. 7 и 8.

Рис. 7. Анализ кривизны пера лопатки после редактирования

Рис. 8. Функция Smoothness Shading позволяет визуально оценить степень гладкости поверхности

Построение ступицы и соединения «лопатка — вал» выполнялось стандартными операциями и не вызвало у нас затруднений. Готовая 3D-модель колеса турбины показана на рис. 9.

Создание 3D-модели колеса турбины радиального типа

Перо колеса турбины радиального типа, согласно чертежу, задается точками. В каждом сечении строятся четыре точки, которые попарно соединяются лучами (рис. 10).

Чтобы добиться сглаженной поверхности пера, мы построили два поперечных сечения и после их сглаживания получили геометрически правильные сечения (рис. 11). Затем мы разбили полученные кривые на продольные сечения для построения лучей, образующих поверхности пера. Длина всех лучей сделана одинаковой, причем так, чтобы они выходили за пределы контура детали (рис. 12).

Поверхность пера была получена путем объединения лучей командой Поверхность из раздельных кривых (рис. 13). При сглаживании использовалась команда Изменение касательных , с помощью которой редактировались связи кривых и их точек. При освобождении некоторых связей поверхность улучшается и убирается «волнистость». При проектировании колеса это является одним из важных этапов, так как правильная геометрия способствует улучшению эксплуатационных характеристик колеса турбокомпрессора. Для окончательного сформирования поверхности пера мы обрезали ее вспомогательными поверхностями вращения (рис. 14).

Рис. 14. Вспомогательные поверхности для обрезки пера

Согласно чертежу, входная кромка была задана двумя изменяющимися радиусами — минимум на вершине пера и максимум в глубине. Завершающими операциями создания колеса стала обрезка лишних элементов и создание скруглений между телом колеса и пером (рис. 15).

Проектирование 3D-моделей литейной оснастки

Создание 3D-модели пресс-форм для колеса турбины осевого типа

Пресс-форма для литья восковой модели была спроектирована на основе созданных ранее 3D-моделей (с учетом 2-процентной усадки) и сформированного чертежа вытеснителя. Самым сложным элементом пресс-формы является вытеснитель. Его создание начинается с автоматического построения линии разъема лопатки в CAD-системе PowerSHAPE (для этого используется функция помощника Mold Die Wizard). Главная особенность построения вытеснителя заключается в том, что необходимо построить линию разъема на двух соседних перьях.

С одной стороны вытеснитель ограничивается наружной поверхностью вала диаметром 120 мм, а с другой — наружной поверхностью пресс-формы. Для того чтобы исключить непроливы и пористость в верхней части пера, оно было удлинено на 5 мм. Наружная поверхность пресс-формы также имеет цилиндрическую форму. На последнем этапе построения на вставке были добавлены направляющие для извлечения ее из пресс-формы. Угол наклона направляющих к оси выбирался из условия размыкания — в нашем случае он составлял порядка 17°. Возможность размыкания вставок подтверждается путем создания сборки из трех соседних элементов и анализа возможности их перемещения в направлении направляющих (рис. 16). Готовая 3D-модель вытеснителя представлена на рис. 17, а на рис. 18 показана пресс-форма в сборе.

Рис. 18. Фотореалистичная визуализация пресс-формы в сборе

Создание 3D-модели пресс-форм для колеса турбины радиального типа

Проектирование вытеснителя начинается с создания поверхностей разъема. Поверхности разъема были сформированы автоматически с помощью функции Мастер формообразующих.

Для удобства проектирования мы создавали только один вытеснитель, который при необходимости можно скопировать вокруг оси командой Массив . Главным формообразующим элементом вытеснителя является межперьевое пространство (рис. 19).

Следующим этапом было проектирование пазов (нижняя плита) и шпонок (вытеснители), служащих для разборки пресс-формы без повреждения восковой модели. Для этого нами была создана новая система координат, с помощью которой был подобран угол паза для разъема: при помощи функции Проверка поднутрений и поворота системы координат относительно оси вращения колеса мы подобрали нужный угол таким образом, чтобы в межлопаточном пространстве не оставалось поднутрений (рис. 20). Благодаря этому мы убедились, что вытеснитель будет свободно извлекаться, не повреждая восковую модель.

Затем на основе ранее созданной системы координат на вытеснителе была создана шпонка. Завершающей операцией в проектировании вытеснителя стало создание технологических отверстий: двух под резьбу М10 и одного для штифта (рис. 21).

Нижняя плита служит посадочным местом для вытеснителей и центровика. Для проектирования центровика мы использовали верхнюю часть заготовки колеса. Поверхности вращения нижней плиты построены вращением эскиза вокруг оси симметрии детали. Затем на нижней плите на основе ранее созданной системы координат создаются пазы для шпонок (рис. 22). Верхняя плита строится аналогично. Общий вид готовой пресс-формы колеса турбины радиального типа представлен на рис. 23.

САЕ-анализ литейной оснастки

Моделирование процесса литья выполнялось в два этапа. Первый этап — разбиение математической модели куста отливки корпуса в программном продукте HyperMesh на объемные конечные элементы. Второй этап — непосредственно анализ процесса литья в CAE-системе «Полигон» (рис. 24).

В результате проведенного анализа после коррекции исходно разработанной литейной системы мы добились отсутствия при расчетах температурных узлов и пористости в рабочих элементах отливки (рис. 25 и 26).

Рис. 25. Анализ температурных узлов в процессе затвердевания колеса турбокомпрессора в CAE-системе «Полигон»

Рис. 26. Анализ пористости в процессе затвердевания колеса турбины в CAE-системе «Полигон»

Отработка технологии изготовления деталей пресс-форм

Отработка технологии изготовления вытеснителя пресс-формы для литья восковой модели колеса турбины

Обработка вытеснителей для колеса турбины выполнялась на станке Tome Super NTX фирмы Nakamura концевыми и шаровыми фрезами фирмы Seca и SGS. Основная особенность имевшегося в нашем распоряжении станка (рис. 27) заключалась в том, что у него отсутствует стол для установки заготовок. Поэтому нами было разработано приспособление, которое крепится в обычном патроне. Пятиосевая схема станка позволила нам обработать вытеснители за один установ при помощи позиционной (3+2) обработки. Для разработки ЧПУ-программ использовалась CAM-система PowerMILL (рис. 28).

Рис. 27. Токарно-фрезерный обрабатывающий центр Nakamura Tome Super NTX

Отработка технологии изготовления вытеснителя пресс-формы для литья восковой модели колеса турбины радиального типа

Изготовление вытеснителей для колеса выполнялось на пятиосевом обрабатывающем центре Hermle C40U (рис. 29).

Для высокопроизводительной обработки использовался инструмент фирм Sandvik, Haimer, Cerin и Starrag Heckert. При выборе режимов резания и межоперационных припусков мы опирались на рекомендации из каталогов. Для проверки точности инструмента применялась универсальная машина для измерения и наладки инструмента ZOLLER Redomatic.

Заготовка вытеснителя представляет собой куб размером 125x 130x 130 мм. При обработке вытеснителя использовались пятиосевые стратегии — это наиболее эффективный метод обработки подобных деталей. Основные стратегии обработки — боком фрезы, выборка смещением и обработка поверхности. В программе PowerSHAPE также было разработано приспособление для закрепления заготовки на станке. Поверхности, по которым заготовка базируется в приспособлении, заранее обработаны начисто на первом установе (в тисках). На втором установе обрабатывается криволинейный профиль вытеснителя. Угол установки заготовки в приспособлении подбирается исходя из возможностей станка, что проверяется в ходе симуляции обработки в PowerMILL.

На первом установе обрабатывалась база для установки на приспособление. Для черновой траектории использовалась стратегия «выборка смещением». При чистовой обработке применялась стратегия «боком фрезы». После создания траектории она была объединена в одну для дальнейшего удобства. Для проверки на зарезы использовался встроенный в PowerMILL модуль визуализации обработки с включенным режимом остановки при возникновении ошибки: в процессе визуализации CAM-система сама находит ошибки, например врезание на быстром ходу. Для исправления траекторий мы применяли опции редактирования подводов и переходов.

На рис. 30 показана деталь в приспособлении на станке, готовая к обработке на втором установе.

Проектирование приспособлений

Проектирование приспособления для обработки вытеснителя пресс-формы колеса турбины радиального типа

Используемый способ установки детали на станке должен был обеспечивать ее точное положение относительно рабочих органов станка. Для закрепления заготовки вытеснителя на столе станка было спроектировано и при помощи пятиосевой обработки программы PowerMILL изготовлено специальное приспособление (рис. 31). Для того чтобы осуществлять закрепление заготовки к приспособлению винтами, его решено было изготовить составным. Для замены заготовки необходимо лишь снять верхнюю часть приспособления. Благодаря этому отпадает необходимость снятия всего приспособления со станка для замены заготовки, что повышает точность изготовления.

Проектирование приспособления для обработки вытеснителя пресс-формы колеса турбины осевого типа

Для закрепления заготовки вытеснителя в шпинделе станка также было спроектировано и изготовлено при помощи пятиосевой обработки специальное приспособление, состоящее из двух частей: основы и изложницы (рис. 32). Было решено сделать его составным, чтобы прикреплять заготовку к приспособлению винтами. Благодаря этому удалось избежать снятия всего приспособления со станка для замены заготовки, что повышает точность изготовления. Для замены заготовки необходимо снять лишь верхнюю часть приспособления — изложницу. Закрепление заготовки осуществляется двумя винтами.

Разработка промышленной технологии процесса измерения формообразующих элементов пресс-формы

Для контроля точности изготовления элементов пресс-формы (вытеснителей) использовалась CAI-система PowerINSPECT, которая позволяет измерять детали сложной геометрической формы, сравнивая их с теоретическими CAD-моделями. Для проведения замеров мы применяли портативную КИМ типа «рука» INFINITE CimCore 5036 (рис. 33), обеспечивающую погрешность в пределах ±0,043 мм (рис. 34).

Изготовление восковых моделей

Полностью изготовленная пресс-форма, уже прошедшая эксплуатационную проверку, показана на рис. 35, а отлитая с ее помощью восковая модель — на рис. 36.

Разработка УП для токарной обработки

Вал ротора является сварным изделием и состоит из колеса турбины осевого типа и вала, которые свариваются методом трения. Формообразование элементов вала производится на токарном станке с ЧПУ. Разработка управляющих программ выполнялась в программе FeatureCAM, которая позволяет на основе обработки типовых конструктивно-технологических элементов быстро и точно создавать УП. Эскиз контура изделия показан на рис. 37. Изготовленный вал ротора в сборе приведен на рис. 38.

Выводы

Описанные выше технологии были внедрены на предприятиях ОАО «Пензадизельмаш» и ОАО «Специальное конструкторское бюро турбонагнетателей». По результатам работы получены акты внедрения. Специалисты обоих предприятий высоко оценили эффективность программных продуктов Delcam на этапах подготовки производства изделий. Выполненные проекты позволили студентам защитить свои дипломные проекты и трудоустроиться на эти предприятия.

Авторы статьи благодарят руководство ОАО «Пензадизельмаш» и ОАО «Специальное конструкторское бюро турбонагнетателей» за предоставленную возможность реализовать свои разработки «в металле». Отдельную благодарность они выражают ОАО «Пензтяжпромарматура» за предоставленную возможность использования измерительной машины CimCore и CAE-систем для анализа литья.

Размер: px

Начинать показ со страницы:

Транскрипт

1 МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АЭРОКОСМИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ имени академика С.П. КОРОЛЕВА (НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)» Ф. И. ДЕМИН, Н. Д. ПРОНИЧЕВ, И. Л. ШИТАРЕВ ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОСНОВНЫХ ДЕТАЛЕЙ ГАЗОТУРБИННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ Утверждено редакционно-издательским советом федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева (национальный исследовательский университет)» в качестве учебника для студентов, обучающихся по образовательной программе высшего профессионального образования по направлению подготовки бакалавров и магистров «Авиа и ракетостроение» и направлению подготовки дипломированных специалистов «Двигатели летательных аппаратов». Под общей редакцией профессора, доктора технических наук Ф. И. Демина Второе издание САМАРА Издательство СГАУ 2012

2 УДК (0.75.8) ББК Д 30 Рецензенты: д-р техн. наук, проф. В.Н. Трусов, д-р техн. наук, проф. В.Р. Каргин Д30 Демин Ф.И. Технология изготовления основных деталей газотурбинных двигателей [Электронный ресурс] : [учебник] / Ф. И. Демин, Н. Д. Проничев, И. Л. Шитарев; под. общ. ред. проф. Ф. И. Демина. 2-е изд. Самара: Изд-во СГАУ, эл. опт. диск (CD-ROM). ISBN Рассмотрены конструктивные особенности современных газотурбинных двигателей, технические требования, применяемые материалы, способы построения технологических процессов, применяемое оборудование и оснастка. Приведен анализ точности основных качественных показателей исходных заготовок, деталей и применяемых средств производства. Для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению подготовки бакалавров и магистров по авиа и ракетостроению, а также для дипломированных специалистов по двигателям летательных аппаратов. УДК (0.75.8) ББК ISBN Самарский государственный аэрокосмический университет,

3 ОГЛАВЛЕНИЕ Предисловие...5 Введение...6 Глава 1. Особенности современных ГТД как объектов производства Основные элементы и параметры ГТД Особенности и пути совершенствования ГТД Технологичность ГТД и его элементов Направления совершенствования технологических процессов производства деталей и сборочных единиц...22 Глава 2. Обеспечение показателей качества изделий при изготовлении Методы достижения заданной точности показателей качества деталей и сборочных единиц Технологические условия, необходимые при использовании метода автоматического получения параметров заготовок на настроенном оборудовании Структурно-логическая схема обеспечения показателей качества изделий Формирование принципиального плана технологического процесса изготовления деталей...38 Глава 3. Изготовление лопаток Конструкция, технические требования и материалы Замки лопаток Перо лопаток Бандажные полки Материал лопаток Технология изготовления лопаток первой ступени турбин Технологический анализ чертежа.детали Маршрутная технология изготовления лопаток турбины Получение исходной многокристаллической заготовки Анализ качественных показателей исходной заготовки лопатки Механическая обработка заготовок Создание термостойкого покрытия на рабочей поверхности пера лопатки Технология изготовления лопаток первой ступени компрессора Технологический анализ чертежа детали, назначение, условия работы и материалы Маршрутная технология изготовления лопаток Механическая обработка заготовок Анализ качественных показателей заготовки после выполнения первой части технологического процесса Глава 4. Изготовление дисков Конструкция, технические требования и материалы Технология изготовления дисков первой ступени турбины Маршрутная технология изготовления дисков Получение исходной заготовки диска Механическая обработка дисков

4 Глава 5. Изготовление валов Конструкция, технические требования и материалы Технология изготовления валов Маршрутная технология изготовления валов Получение исходной заготовки вала ротора низкого давления Механическая обработка вала ротора низкого давления Особенности изготовления валов из низкоуглеродистых легированных сталей Глава 6. Изготовление корпусных деталей Конструкция, технические требования и материалы Технология изготовления корпусных деталей Получение исходных заготовок методом литья Получение исходной заготовки корпуса входного направляющего аппарата (ВНА) Маршрутная технология изготовления корпуса ВНА Механическая обработка корпуса ВНА Глава 7. Изготовление зубчатых колес ГТД Конструкция, технические требования и материалы Технология изготовления зубчатых колес Общие принципы построения технологических процессов Проектирование технологического процесса Анализ качественных показателей зубчатого колеса Изготовление цилиндрических колес с внутренними зубьями Особенности обработки базовых поверхностей зубчатых колес после термической обработки Глава 8. Композиционные материалы Виды, свойства и особенности получения композиционных материалов Полимерные композиционные материалы Металлические армированные композиционные материалы Керамические и углеродные композиционные материалы Проектирование технологического процесса изготовления лопаток из полимерных композиционных материалов Требования к конструкции лопаток из полимерных композиционных материалов Особенности конструкций технологической оснастки Технологический процесс изготовления лопаток из ПКМ Список литературы Приложения

5 ПРЕДИСЛОВИЕ Учебный курс «Технология деталей летательных аппаратов» состоит из шести разделов: 1) основы проектирования технологических процессов; 2) основы проектирования приспособлений; 3) методы обработки поверхностей; 4) изготовление деталей двигателей; 5) сборка двигателей; 6) автоматизация технологических процессов в авиадвигателестроении. Предлагаемое учебное пособие охватывает вопросы технологии изготовления основных деталей двигателей современных летательных аппаратов. Представлены современные технологические процессы для основных деталей газотурбинных двигателей; рассмотрены особенности изготовления и дан качественный анализ производства. Вместе с тем опущены вопросы уже известные студентам из пройденных смежных дисциплин и сосредоточено внимание на изготовлении деталей объектов новой авиационной техники. Материал разделен на восемь глав, в каждой из которых рассмотрены детали, близкие по технологическим признакам. При этом принят следующий порядок изложения: 1) конструкции деталей, технические требования, технологические особенности и применяемые материалы; 2) построение технологического процесса изготовления деталей, обоснование этапов и последовательности обработки; 3) выбор и обоснование исходной заготовки; 4) выполнение основных операций технологического процесса и анализ качественных показателей; 5) комплексный анализ технологического процесса; 6) контроль основных элементов деталей. Авторы с благодарностью примут все замечания и пожелания читателей, которые просят направлять по адресу: , г. Самара, Московское шоссе, 34, СГАУ, кафедра «Производство двигателей летательных аппаратов». 5

6 ВВЕДЕНИЕ Производство продукции в машиностроении имеет несколько этапов: предложение, идеи и схемы изделия; оценка его необходимости на рынке и конкурентоспособности; разработка эскизного проекта; предварительные расчеты и проверки; выполнение чертежей конструкции изделия; всесторонний анализ конструкций, расчет выходных качественных показателей; проверка работоспособности; оценка надежности и прочности изделия и его отдельных элементов; проверка условия технологичности конструкции, удобства изделия в эксплуатации, а также другие необходимые работы, связанные с проектированием машиностроительной продукции. В процессе создания конструкции проектировщики используют имеющийся опыт, существующие средства производства, методы изготовления и контроля отдельных деталей и сборочных единиц. При проектировании изделий учитывают перспективы совершенствования методов и средств производства, появление новых материалов и технологий. Разработка новых газотурбинных двигателей (ГТД) и освоение их в производстве тесно связаны с особенностями этих высоконагруженных, сложных в конструктивном и технологическом исполнении изделий. Использование легких алюминиевых и магниевых сплавов, высокопрочных легированных сталей и жаростойких хромоникелевых сплавов, использование титановых сплавов, композитных и других материалов требует тщательной оценки экономических показателей производства. Применение современных способов обработки поверхностей заготовок, способов получения исходных заготовок, особенностей изготовления деталей при малых сериях производства определяют существенный характер авиационного двигателестроения. Эксплуатация ГТД при критических частотах вращения гибких роторов, при высокой температурной нагруженности отдельных элементов конструкции и значительных градиентах температур в различных зонах изделия предъявляют высокие требования к качеству выполнения деталей и сборочных единиц. 6

7 ГЛАВА 1. ОСОБЕННОСТИ СОВРЕМЕННЫХ ГТД КАК ОБЪЕКТОВ ПРОИЗВОДСТВА 1.1 ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ И ПАРАМЕТРЫ ГТД Газотурбинные двигатели широко используются в авиации. Их можно разделить на следующие группы: турбореактивные (ТРД), турбовинтовые (ТВД) и промежуточные турбореактивные двухконтурные двигатели (ДТРД). В настоящее время ТРД имеют вполне установившиеся элементы (см. рис. 1.1). 1) входное устройство; 2) компрессор; 3) камеру сгорания; 4) силовой корпус, связывающий турбину и компрессор; 5) турбину; 6) систему выхлопа; 7) корпус приводов агрегатов; 8) топливную, масляную и другие системы и агрегаты. В ТРД и ТВД применяют исключительно осевые компрессоры вследствие того, что они позволяют получить бóльшую степень повышения давления, имеют высокий КПД, малый вес и малые поперечные габаритные размеры. Компрессор, камеру сгорания, турбину и реактивное сопло в ГТД располагают так, чтобы получить промежуточный тракт, при котором имеют место малые гидравлические потери. Газовые турбины для двигателей большой тяги применяются исключительно осевого типа. Для форсирования ТРД широко используют форсажные камеры, расположенные за турбиной. Схема турбореактивного двухконтурного двигателя с форсажной камерой, показанная на рис. 1.1, является наиболее характерной для современных ДТРД. К основным параметрам, характеризующим качественные технические показатели и степень совершенства ГТД, относятся: тяга; удельная масса двигателя; габаритные размеры; удельный расход топлива, ресурс и др. 7

8 Рис Схема турбореактивного двухконтурного двигателя с форсажной камерой 8

9 Сравнительная оценка двигателей с различной тягой определяется их удельной массой, под которой понимается отношение массы двигателя к его номинальной тяге R (дан). Этот показатель в процессе развития конструкции и технологии производства двигателей постоянно снижается. Так, для первых ТРД с осевым компрессором этот показатель составлял 1,1, а для современных конструкций 0,05. Малая удельная масса является важнейшим требованием для авиационных двигателей. Габаритные размеры двигателя характеризуются площадью миделя F и длиной L. Наибольшее значение имеет площадь миделя F, так как она определяет лобовое сопротивление самолета. В ходе развития ГТД величина, обратная удельной лобовой площади (1/ f лоб = R/F, где f лоб площадь поперечного сечения двигателя), существенно увеличилась: в начале развития ГТД она составляла дан/м 2 для ТРД, в настоящее время она увеличена до дан/м 2 и более. Удельный расход топлива С е /R, определяемый для ТРД отношением расхода топлива С е (кг) к тяге R, (дан за 1 ч), постоянно снижается. Так, для стендовых испытаний он на первых ГТД составлял 1,3 1,5 кг/(дан ч), в настоящее время для ТРД он равен 0,7 кг/(дан ч) и менее, а для ДТРД менее 0,5 кг/(дан ч). Этот показатель важен для современных ГТД. Удельный расход топлива зависит от конструкции ГТД и (в большой степени) от качества исполнения деталей и сборочных единиц. Увеличение относительного радиального зазора (отношение радиального зазора к длине лопатки) на 1% приводит к уменьшению КПД компрессора до 3%, что вызывает увеличение расхода топлива до 10% . Это объясняется тем, что при больших зазорах возрастает перетекание воздуха из полости с бóльшим давлением в полость с меньшим давлением и уменьшается напор компрессора. В то же время увеличенные прогибы ротора и статора за счет неуравновешенных сил и моментов как по величине, так и по направлению, а также температурные деформации обуславливают необходимость увеличения радиальных зазоров, что приводит к ухудшению КПД компрессора и турбины и снижению диапазона устойчивости работы компрессора. Так, увеличение радиального зазора на 1% сужает диапазон устойчивости на 12 14%. Увеличение размеров стенок и диаметров валов при этом часто не дает преимущества по массе конструктивной схемы ГТД с малым числом опор. Это условие определяет важность выбора количества опор в ГТД. По мере развития двигателестроения непрерывно возрастает ресурс работы ГТД. Если в начале развития ТРД его ресурс был часов, то в настоящий момент он значительно вырос. Необходимо отметить,

10 что ресурс зависит от назначения изделия (гражданский или военный варианты, многоразовое или одноразовое использование). При освоении ГТД в серийном производстве ресурс двигателя изменился от 50 ч до 5 10 тыс. ч и более; а у конверсируемых изделий серии НК он составляет не менее 50 тыс. ч. Изменение качественных показателей ГТД во времени зависит от конструкторского и (в бóльшей степени) от технологического совершенствования процессов производства деталей и сборочных единиц. Кроме перечисленных основных качественных показателей изделий на передний план могут выдвигаться и другие качественные характеристики ГТД, например: удобство обслуживания и ремонта двигателя в процессе эксплуатации; модульность конструкции двигателя; стабильность качественных характеристик во времени при эксплуатации в различных климатических условиях и т.д ОСОБЕННОСТИ И ПУТИ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ГТД Авиационные двигатели работают в тяжелых условиях при эксплуатации в различных климатических зонах. Требования к надежности изделий постоянно растут. Показатели качества двигателей увеличиваются. Возрастают затраты на изготовление отдельных деталей и сборочных единиц. Эти условия определяют пути совершенствования ГТД. 1. Применение облегченной, ажурной, сложной конструкции деталей и сборочных единиц ГТД (рис. 1.1). Корпусные детали имеют тонкостенную конструкцию с различными выемками, облегченями, ребрами жесткости, фасонными поверхностями рабочих контуров и т.д. Промежуточные кольца корпусов компрессора и турбины имеют значительные диаметры при малой толщине стенки. Рабочий тракт компрессора и турбины выполняется с минимальным отклонением профиля от номинального положения. Лопатки роторов компрессора и турбины, а также спрямляющие и сопловые лопатки имеют сложную пространственную форму с малыми размерами по толщине профиля и высокоточными элементами замковой части. Диски роторов компрессора и турбины имеют облегченную конструкцию (толщина полотна диска компрессора равна 3 5 мм) с усиленными ступицей и бандажным венцом. Валы ГТД имеют значительную протяженность при относительно малых диаметрах и толщине стенки. На них располагается множество 10

11 рабочих поверхностей в виде шлицевых, резьбовых, шпоночных, а иногда и зубчатых элементов. Камеры сгорания имеют сложную пространственную форму, выполнены из тонколистового материала, обеспечивающего значительные перепады температур и сил при эксплуатации ГТД. 2.Совершенствование газотурбинного тракта ГТД и оптимизация температурной напряженности элементов конструкции, направленные на повышение КПД турбины и компрессора. Газодинамическое совершенствование тракта является одним из основных путей улучшения качественных показателей ГТД. Даже незначительное его улучшение приводит к существенному сбережению энергоресурсов. Высокотемпературные турбины современных и перспективных ГТД отличают все более интенсивное охлаждение первых ступеней, относительно малые длины их лопаток и высокая газодинамическая нагруженность, приводящая к возникновению сверхзвуковых скоростей и больших углов поворота потока на венцах . Вследствие высокой степени расширения проточная часть турбины получается со значительным меридианным раскрытием и сильным изменением параметров радиуса в последних ступенях. Исследования по повышению качественных показателей турбин и совершенствование методов проектирования газодинамического тракта позволили получить у авиационных ГТД четвертого поколения высокий КПД. Для одноступенчатых турбин компрессора КПД составляет 0, Для двухступенчатых турбин компрессора и многоступенчатых турбин вентилятора 0,91 0,915. При испытании газогенератора ТВВД серии НК-93 установлено, что на первой ступени турбины достигнут КПД в диапазоне 0,91 0,92. Совершенствование тракта ГТД привело к изменению геометрической формы профилей лопаток роторной и статорной части, например: в ТРД, ТВД и силовых установках семейства НК (86,144,321,93,14,16 и т.д.) использованы профили знакопеременной кривой на корыте или разнотолщинные лопатки, на которых произведена оптимизация углов входа в решетку; в ТРД использованы ступени с наклонными и саблевидными обратно закрученными по углу входа сопловыми лопатками; использован вдув охладителя на корыто вблизи входной кромки и создано противодавление при выдуве. 11

12 3. Применение современных материалов (алюминиевых, магниевых, титановых, хромоникилиевых жаропрочных сплавов, различных композитных материалов) и жаростойких керамических покрытий. Выбор материала определяется температурой нагрева и силовым воздействием на детали двигателя при эксплуатации. При температуре менее 200 С используются магниевые сплавы, при температуре около 250 С листовой дуралюмин, при температуре до 500 С нержавеющая (коррозионностойкая) сталь, а при температуре выше 1000 С жаропрочные хромоникелевые сплавы. Так, лопатки входного направляющего аппарата компрессора низкого давления и лопатки ротора низкого давления изготавливают из низколегированных теплоустойчивых сталей Х12Н9, Х15Н5Д2Т и титановых сплавов, а лопатки статора и ротора компрессора высокого давления из хромистых теплоустойчивых легированных сталей, а также из жаростойких сталей и сплавов на никель-хромовой основе (нихромы). Введение алюминия (до 3,5%) существенно повышает жаростойкость, жаропрочность (особенно в интервале температур С) и технологичность сплавов. Лопатки сопловых аппаратов турбин изготавливают из жаропрочных высоколегированных сплавов. В качестве легирующих элементов используют титан, молибден, ниобий в небольших количествах, а также вольфрам. Вольфрам значительно повышает жаропрочность сплавов и почти не ухудшает жаростойкость. В табл. 1.1 представлен примерный перечень основных материалов, применяемых для деталей, установленных в различных зонах двигателя, и термические операции обработки. Повышение эксплуатационных требований к деталям ГТД вызвало появление новых жаростойких и жаропрочных материалов. Так, для изготовления охлаждаемых лопаток турбины с внутренней полостью используется технология литья по выплавляемым моделям со сплавами на основе никеля (ЖС6КВИ, ЖС6уВИ, ЖСФВИ, ЖС-30, ЖС-30ВИ, ЖС-40, ВЖЛ-12Э и др.), которые имеют хорошие механические свойства (σ в = 850 Па/мм, относительное удлинение δ = 3 5%, относительное сужение ψ = 4 7%) и длительную прочность при температуре 975 С и нагрузке 20 Н в течение ч. Эти материалы обеспечивают технологию изготовления бесприпусковых лопаток. 12

13 Таблица 1.1 Материалы, применяемые для изготовления элементов ГТД Основные сборочные единицы ГТД Входной направляющий Основные элементы сборочных единиц Используемые материалы Термическая обработка Наружная оболочка 38ХА, 38Х2МЮА З+О, ОН, ОВ ХШ Способ получения исходных заготовок и конструкций аппарат (ВНА) Корпус ВНА АМЦ, Д16 ОТЖ, З+СТ Л, Ш Компрессор Наружная оболочка 38Х2МЮА, З+О, ОН ХШ, Св, СбК низкого давления 13Х3Н13М2Ф (КНД) Корпус компрессора Р ХШ, Св, СбК 30Х13 15Х16Н2АМ 30ХГСА 13Х11Н2В2МФ ОТЖ, З+О Н +ОВ З+О ОТЖ, З+О Статорные лопатки 1Х12Н9, Х15Н5Д2Т, ВТ-20, ВТ-9 Н+ОВ, Н+О ОТЖ ВАЛ ИЗШ, ТОШ, ВСШ Роторные лопатки ВТ-9 ВТ-20 ЭП-517, ЭП-718ИД ОТЖ ОТЖ З+О ИЗШ, ОШ ИЗШ, ВСШ Ш, ВАЛ Диски ВТ-9 ВТ-20 ОТЖ ОТЖ Ш Ш Лабиринтные 18ХНВА, 40ХНМА Н+ОВ Ш уплотнения 13ХН14ВФРА З+О Ш Х24Н25Т З+О Ш Корпус средней опоры (КСО) АЛ-4, АВТ1 З+С Л 13

14 Основные сборочные единицы ГТД Основные элементы сборочных единиц Наружная оболочка Используемые материалы 38Х2МЮА 13Х3Н13М2Ф 15Х16Н2АМ Термическая обработка З+О, ОН ХТО З+О Продолжение табл. 1.1 Способ получения исходных заготовок и конструкций ХШ, Св, СбК Компрессор высокого давления (КНД) Корпус компрессора Статорные лопатки 15Х16Н2АМ 30ХГСА 13Х11Н2В2МФ Х15Н5Д2Т 1Х17Н2 Х15Н5Д2Т ВТ-9 ЭП-517, ЭП-718ИД ЖС6УВИ Н +ОВ З+О З+О З+О З+О З+О ОТЖ З+О З+О Р ХШ, Св, СбК Ш, ВСШ, ИЗШ, ВАЛ Роторные лопатки ВТ-20 ЭП-517, ЭП-718ИД ОТЖ З+О ИЗШ, ВСШ Ш, ВАЛ Диски ВТ-9 ВТ-20 ОТЖ ОТЖ Ш Ш Лабиринтные уплотнения 18ХНВА, 40ХНМА 13ХН14ВФРА Х24Н25Т Н+ОВ З+О З+О Ш Ш Ш 14

15 Основные сборочные единицы ГТД Камера сгорания (КС) Основные элементы сборочных единиц Используемые материалы Термическая обработка Продолжение табл. 1.1 Способ получения исходных заготовок и конструкций Наружный кожух Х18Н9Т, ВЖ98, ВЖ102 З, Вз ХШ, Св, СбК Жаровая труба Х77ТЮР (ЭИ-437Б) ХН77ТЮР-ВД (ЭИ-437Б-ВД) ХН77ТЮРУ-ВД (ЭИ437БУВД) ХН78Т (ЭИ-435) ХН80ТБЮ (ЭИ-607) З+Сб ХШ, Св, СбК Турбина Наружная оболочка ХН77ТЮРУ-ВД (ЭИ437БУВД) ХН78Т (ЭИ-435) ХН80ТБЮ (ЭИ-607) ЖС6У-ВИ З+Сб ХШ, Св, СбК Корпус турбины Статорные лопатки ХН80ТБЮ (ЭИ-607) ЖС6У-ВИ ХН80ТБЮ (ЭИ-607) ЖС6У-ВИ, ЖС6ФВИ З+Сб З+Сб ХШ, Св, СбК ХШ, Св, СбК 15

16 Продолжение табл. 1.1 Основные сборочные единицы ГТД Турбина Основные элементы сборочных единиц Роторные лопатки Используемые материалы ХН77ТЮРУ-ВД (ЭИ437БУВД) ХН78Т (ЭИ-435) ХН80ТБЮ (ЭИ-607) ЖС-3, ЖС6-К, ЖС6У-ВИ ЖС6Ф-ВИ, ЖС-40 ЖС-30ВИ, ЖС-30 Термическая обработка З+Сб Способ получения исходных заготовок и конструкций Ш, ЛНК, МКО Вал Задняя опора, силовой агрегат (ЗО) Диски ХН77ТЮРУ-ВД (ЭИ437БУВД) ХН80ТБЮ (ЭИ-607) ХН62БМКТЮ-ПД З+Сб Шзш Лабиринтные кольца ВЖЛ-14, ВЖЛ12У З+Вз Ш Вал низкого 15Х12Н2МВДАБ-Ш Н, З+О Ш давления Вал высокого 15Х12Н2МВДАБ-Ш Н, З+О Ш давления Подшипники СбК Наружная оболочка Х18Н9Т, ВЖ98, ВЖ102 З, Вз ХШ, Св, СбК 16

17 Основные сборочные единицы ГТД Задняя опора, силовой агрегат (ЗО) Выхлопное устройство Основные элементы сборочных единиц Корпус задней опоры Используемые материалы 13Х11Н2В2МФ, Х15Н5Д2Т, Х77ТЮР (ЭИ-437Б) ХН77ТЮР-ВД (ЭИ-437Б-ВД) Агрегаты двигателя Шестерни 1Х18Н9Т, 38ХМЮА, Топливная, воздушная, масляная системы 17 З+О Термическая обработка Продолжение табл. 1.1 Способ получения исходных заготовок и конструкций ХШ, Св, СбК Наружная оболочка Х18Н9Т З, Вз ХШ, Св, СбК Форсажная камера Х18Н9Т, ВЖ98, ВЖ102 З, Вз ХШ, Св, СбК Реактивное сопло ВЖ98, ВЖ102 З, Вз ХШ, Св, СбК Корпусные детали АК4-1, АК6, АК8, З, С Л, Ш ВТ3, ВТ9 ОТЖ Н, Ц, З+О Ш Н, Аз, З+О 40ХНМА, 40ХН2МА-Ш Н, З+О Трубопроводы 1Х18Н9Т, Х17Н13М3Б Н, Ц, З+О Пр Компенсаторы 1Х18Н9Т Н, Ц, З+О Ш 1Х18Н9Т Н, Ц, З+О Ш Крепежные элементы Примечание. Условные обозначения: З закалка; О отпуск; ОН отпуск низкий; ОВ отпуск высокий; ОТЖ отжиг; СТ старение; Н нормализация; Сб стабилизация; Вз охлаждение на воздухе; Ц цементация; Аз азотирование; ХШ холодная штамповка; Л литье; Ш штамповка; Св сварка; СбК Сборная конструкция; Р раскатка; ВАЛ вальцовка; ИЗШ изотермическая штамповка; ТОШ точная штамповка; ВСШ высокоскоростная штамповка; Л литье; ЛНК литье с направленной кристаллизацией; МКО монокристаллическая отливка; Пр прокат,

18 В связи с ростом температуры на входе в турбину ГТД используются технологии создания двух, трехслойных термостойких, термобарьерных покрытий потоками высокотемпературной импульсной плазмы . Внешний керамический барьерный слой (ZrO 2 Y 2 O 3, ZrO 2 MgO) толщиной мкм наносится на подслой керамики и металла (65/35) и слой металла (Ni Cr Al Y), находящийся на основной подложке. Толщина системы достигает 500 мкм. Тепловое упрочнение позволяет создать стойкое керамическое покрытие, которое способствует увеличению долговечности высоконагруженных элементов ГТД. 4. Применение термических и термохимических воздействий на основные детали ГТД. В практике термической обработки сталей и сплавов происходят фазовые превращения, например: неупорядоченная структура феррокарбидной смеси (ферроперлитная, перлитная с избыточным карбидом) в стали при нагреве выше критических точек переходит в полиморфное состояние, а при переходе через критическую точку образуется мелкое зерно аустенита. В зависимости от легирования и скорости нагрева стали группируют по степени проявления структурной наследственности. Легирование стали влияет на критическую точку нагрева и охлаждения. Проведение качественной термической обработки деталей ГТД из различных сталей и сплавов в бóльшей степени определяют качество изделия (см. табл. 1.1). Место термических операций в технологическом процессе изготовления деталей и сборочных единиц, особенно для маложестких конструкций ГТД часто является решающим. В табл. 1.1 приведены основные термические и термохимические операции для деталей на различных этапах технологического процесса изготовления . 5. Обеспечение высокой точности изготовления деталей, сборочных единиц и всего изделия. Приведенные на рис. 1.1 радиальные зазоры Р 1, Р 2, Р 3,..., Р n между лопатками компрессора и турбины с элементами корпуса; осевые зазоры О 1, О 2, О 3,..., О n ; зазоры В 1, В 2,..., В n между валами, а также зазоры Л 1, Л 2, Л 3,..., Л n в лабиринтных уплотнениях определяют тягу, расход топлива, температурную напряженность элементов конструкции и КПД отдельных узлов и всего двигателя. Точность расположения деталей относительно друг друга является важной характеристикой показателей качества. Точность выполнения геометрических параметров ГТД залог надежной и качественной работы всего изделия. В то же время точность, например, радиального зазора Р n определяется точностью изготовления 18

19 входящих деталей: лопаток и диска турбины (р 1 и р 2), подшипника (р 3, р 4) и статора (р 5, р 6). В связи с этим показатели точности отдельных деталей ГТД являются весьма высокими: рабочих шеек валов в пределах IT5; формы шеек валов до 0,003 мм; допустимое биение шеек валов относительно друг друга не более 0,01 0,02 мм; замков лопаток компрессора и турбины в пределах IT5 и выше; расположения элементов замка лопатки относительно друг друга не более 0,008 мм; зазоров в лабиринтных уплотнениях компрессора и турбины 0,03 0,04 мм; зазоров в бандажных венцах колес турбины ступеней 1 и 2 не более 0,05 мм; допустимое смещение профиля пера лопатки компрессора, турбины, соплового и направляющего аппарата не более 0,08 0,15 мм; динамической балансировки роторов компрессора и турбины в пределах 0,3 0,4 Н/см 2 и т.д. Размерные расчеты, проводимые на стадии проектирования и при сборке изделий, базируются на допущении об идеальности формы и взаимного расположения граничных поверхностей деталей. Реальные поверхности деталей по своей топографической форме и взаимному расположению вследствие технологических погрешностей могут существенным образом отличаться от идеализированных прототипов, положенных в основу размерных расчетов. Как показывают исследования , именно контактные явления соответствующие каждой паре соприкасающихся поверхностей, обуславливают стабильность выходных характеристик изделия. На рис. 1 показано место соединения роторов компрессора и турбины ГТД (элемент А). Контактные условия этого сопряжения являются весьма важными: от качества исполнения стыковых поверхностей соединения непосредственно зависит надежность изделия. В месте соединения лопаток турбины в верхнем бандажном венце происходят контакты элементов лопаток, которые работают при значительных динамических и температурных нагрузках в процессе эксплуатации. От качества подготовки этих элементов зависит надежность всего изделия. В связи с этим в задачах, возникающих при размерном анализе изделия, зона стыка представляется в виде (составляющего) звена размерной цепи. Звено-стык представляется как замыкающее звено 19

20 контактной цепи, в которой составляющими звеньями являются контактные деформации (сближения) стыковых поверхностей сопрягаемых деталей. Работа стыковых элементов ГТД может иметь пластический, пластический с упрочнением, упругопластический и упругий характер. При этом требования по состоянию поверхностей стыковых соединений существенно возрастают. Так, шероховатость стыковых поверхностей лопаток определяется значениями Ra 0,2 0,32 мкм и выше, точность исполнения этих поверхностей IT5 IT8 и часто требуется проведение специальных доводочных операций при сборке колес турбины и компрессоров. При таких путях совершенствования ГТД значительно возросла сложность изготовления отдельных деталей и сборочных единиц. Например, применение в ГТД лопаток турбины, изготовленных из жаропрочных труднообрабатываемых сплавов, со сложной внутренней полостью охлаждения при весьма высоких требованиях к точности профиля пера, к точности замка и бандажных полок резко усложнило производство. Использование в ГТД промежуточных колец большого диаметра (1,5 2 м) с малыми толщинами стенок (8 10 мм) и значительными боковыми фланцами для крепления увеличивает длительность технологического процесса и материалоемкость изделия. Использование традиционных способов получения заготовок колец и методов их обработки для труднообрабатываемых материалов усложняет задачи производства. Такое положение в развитии ГТД выдвинуло на первый план задачи по совершенствованию методов и средств производства деталей и сборочных единиц. Жесткие требования к срокам освоения новых изделий в производстве (срок освоения двигателя должен быть не более 2-3 лет) при относительно небольших партиях выпускаемых изделий делают эти задачи весьма сложными. Создание конкурентоспособных ГТД с хорошими экономическими показателями производства обуславливает необходимость разработки быстропереналаживаемых и экономически выгодных технологических процессов изготовления современных изделий. 20

Введение... 3 РАЗДЕЛ I. ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ КАЧЕСТВА ИЗДЕЛИЙ В МАШИНОСТРОЕНИИ Глава 1. Точность изделий и способы ее обеспечения в производстве... 7 1.1. Изделия машиностроительного производства

Часть 1. Теоретические основы технологии машиностроения 1.1. Введение. Машиностроение и его роль в ускорении технического процесса. Задачи и основные направления развития машиностроительного производства.

СОДЕРЖАНИЕ Введение... 3 РАЗДЕЛ I. ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ КАЧЕСТВА ИЗДЕЛИЙ В МАШИНОСТРОЕНИИ Глава 1. Точность изделий и способы ее обеспечения в производстве... 7 1.1. Изделия машиностроительного

«Смоленский промышленно-экономический колледж» Тесты по дисциплине «Технология машиностроительного производства» специальность 151001 Технология машиностроения Смоленск Уровень А 1. Массовое производство

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Рыбинский государственный авиационный технический университет

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ Цель изучение основных общетехнических терминов и понятий, необходимых в освоении знаний практической технологии и используемых при выполнении работ учебно-технологического практикума в

ТЕХНОЛОГИЯ МАШИНОСТРОЕНИЯ Понятие о производственном и технологическом процессах. Структура технологического процесса (ГОСТ 3.1109-83). Виды и типы производства. Технологические характеристики типов производства

СТАНДАРТИЗАЦИЯ НОРМ, ВЗАИМОЗАМЕНЯЕМОСТЬ Взаимозаменяемость принцип конструирования и изготовления деталей, обеспечивающий возможность сборки и замены при ремонтах независимо изготовленных с заданной точностью

Список СОКРАЩЕНИЙ 9 ПРЕДИСЛОВИЕ 11 ВВЕДЕНИЕ 13 ГЛАВА 1. Основные этапы производства в тракторостроении и технологичность конструкций 16 1.1. Полный жизненный цикл трактора 16 1.2. Производственный процесс

Технология обработки фасонных поверхностей (на примере лопаток турбин) Саминская Галина Григорьевна, преподаватель технических специальных дисциплин ПУ-43 г. Санкт-Петербурга Турбинные лопатки являются

Лекция 5. Автоматизация управления технологическим процессом с целью повышения точности и производительности обработки Цели и желаемый результат. Изучить принцип работы системы управления с отрицательной

1 Цели и задачи дисциплины 1.1 Изучение основ технологической науки и практики. 1. Приобретение навыков разработки технологических процессов механическоой обработки деталей и сборки узлов автомобилей.

1. Пояснительная записка 1.1. Вступительные испытания в аспирантуру предназначены для определения теоретической и практической подготовленности магистра или специалиста к выполнению профессиональных задач.

АННОТАЦИЯ ДИСЦИПЛИНЫ «ВЗАИМОЗАМЕНЯЕМОСТЬ И НОРМИРОВАНИЕ ТОЧНОСТИ» Целью освоения дисциплины является: подготовка специалистов, способных решать задачи анализа, нормирования, стандартизации и контроля точности

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЛУЖБА ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ Кафедра ремонта летательных аппаратов и авиационных

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

ЗНАЧЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ И ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ОБРАБОТКИ В СОВРЕМЕННОМ МАШИНОСТРОЕНИИ Содержание специальности, проблемы стоящие перед технологией и оборудованием современного машиностроения. Основные

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ» (НИЯУ

ДЛЯ ВУЗОВ Â.Ô. Áåçúÿçû íûé ÎÑÍÎÂÛ ÒÅÕÍÎËÎÃÈÈ ÌÀØÈÍÎÑÒÐÎÅÍÈß Äîïóùåíî Ó åáíî-ìåòîäè åñêèì îáúåäèíåíèåì âóçîâ ïî îáðàçîâàíèþ â îáëàñòè àâòîìàòèçèðîâàííîãî ìàøèíîñòðîåíèÿ (ÓÌÎ ÀÌ) â êà åñòâå ó åáíèêà äëÿ

ВВЕДЕНИЕ 10 РАЗДЕЛ 1. МАШИНА КАК ОБЪЕКТ ПРОИЗВОДСТВА 12 1.1 Понятие машины и её служебного назначения 12 1.2 Технические параметры и параметры качества машины 13 1.3 Содержание и структура жизненного цикла

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ (МАМИ)»

ОГЛАВЛЕНИЕ ПРЕДИСЛОВИЕ....................................... 3 ВВЕДЕНИЕ........................................... 5 ГЛАВА 1. НОРМИРОВАНИЕ ТОЧНОСТИ ГЛАДКИХ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ........... 7 1.1.

16 УДК 629.7 А.И. Долматов, д-р техн. наук, Я.С. Карпов, д-р техн. наук, И.М. Тараненко, канд. техн. наук ОБ ОДНОМ НАПРАВЛЕНИИ РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМЫ ПРИМЕНЕНИЯ КЕРАМИКИ В АВИАЦИОННЫХ ГАЗОТУРБИННЫХ ДВИГАТЕЛЯХ

А. Р. Маслов, А. Г. Схиртладзе ОБРАБОТКА ТРУДНООБРАБАТЫВАЕМЫХ МАТЕРИАЛОВ РЕЗАНИЕМ Учебное пособие ДЛЯ ВУЗОВ Допущено Учебно-методическим объединением вузов по образованию в области автоматизированного

Темы 1.1, 1.2 1. Что изучает дисциплина «Основы технологии машиностроения»? Какие основные задачи она решает? 2. Производственный и технологический процессы. Технологическая операция, ее структура. 3.

ШЕРОХОВАТОСТЬ ПОВЕРХНОСТИ (КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ) Поверхность детали после механической обработки не бывает абсолютно гладкой, так как режущий инструмент оставляет на ней следы в форме микронеровностей выступов

ВОПРОСЫ, КОТОРЫЕ БЫЛИ ЗАДАНЫ НА ЗАЩИТЕ ДИПЛОМНЫХ ПРОЕКТОВ ПО РЕМОНТУ ОБОРУДОВАНИЯ 1.1 Техническая эксплуатация технологического оборудования 1. Опишите основной принцип действия узла своего станка. 2.

С. 2 из 6 Настоящие вопросы кандидатского экзамена по специальности составлены в соответствии с программой кандидатского экзамена по специальности 05.02.08 «Технология машиностроения» (по техническим наукам),

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АЭРОКОСМИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ имени академика С.П. КОРОЛЕВА

УДК 621.75 Е.А. Польский к.т.н, доц., докторант Брянский государственный технический университет,(россия) МОДЕЛЬ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ТОЧНОСТИ СБОРОЧНЫХ СОЕДИНЕНИЙ НА ОСНОВЕ АНАЛИЗА РАЗМЕРНЫХ СВЯЗЕЙ В работе приводится

Паспорт фонда оценочных средств по дисциплине «Материаловедение» п/п Контролируемые разделы (темы) дисциплины 1 Тема 1 Общие сведения о строении вещества. Металлы Код контролируемой компетенции (или ее

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Московский Государственный Технический Университет «МАМИ» Кафедра «Транспортные ГТД» А.В. Костюков Утверждено Методической комиссией Факультета ЭмиП Конструкция

ПРОГРАММА ВСТУПИТЕЛЬНЫЙ ИСПЫТАНИЙ по предмету «ТЕХНОЛОГИЯ МАШИНОСТРОЕНИЯ» Введение Цели, задачи, предмет дисциплины, её роль и взаимосвязь с другими дисциплинами. Значение дисциплины в системе подготовки

Б И Б Л И О Т Е К А Т Е Х Н О Л О Г А Заслуженный деятель науки и техники РСФСР д-р техн. наук проф. ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ РЕЗАНИЯ \ Москва ф «МАШИНОСТРОЕНИЕ» 1976 ОГЛАВЛЕНИЕ Предисловие 3 I. Физические

Двигатели аэрокосмических летательных аппаратов 11 УДК 621.452 В.А. ЗРЕЛОВ, А.И. БЕЛОУСОВ, М.Е. ПРОДАНОВ Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева «СГАУ», Россия

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫЙ

Министерство образования республики Беларусь Учреждение образования Брестский государственный технический университет «УТВЕРЖДАЮ» Ректор УО «БрГТУ» П.С.Пойта 2016 г. ПРОГРАММА вступительного испытания

УДК 621.77.07 Студенческая научная весна 2010: Машиностроительные технологии СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ШТАМПОВОК ЛОПАТОК ГТД ПЕРЕМЕННОГО СЕЧЕНИЯ ГОРЯЧИМ ВЫДАВЛИВАНИЕМ С ПОДВИЖНЫМИ МАТРИЦАМИ. Скобелева Анна Сергеевна

Лабораторная работа 2 Определение погрешности формы при точении нежестких заготовок 1. Цель работы Изучение влияния жесткости заготовки на точность формы и размеров детали при обработке на токарном станке.

Методом сборки называется принятый метод обеспечения заданной точности выходных параметров изделия в процессе соединения деталей в сборочные единицы, сборочных единиц и деталей в вагон при определенных

Т е м а 13. ТОЧНОСТЬ ФОРМООБРАЗОВАНИЯ ПРИ РЕЗАНИИ Цель изучение взаимодействия инструмента и заготовки, видов отклонения формы поверхности заготовки, возникающих при резании; исследование влияния факторов

Программа-минимум кандидатского экзамена по специальности 05.02.08 «Технология машиностроения» \Жизненный цикл изделий машиностроения, их функциональное назначение и качество Функциональное назначение

Вопросы к экзамену по дисциплине «Материаловедение и технологии материалов» для спец. 280102 1. В чем физическая сущность технологических процессов обработки конструкционных материалов? 2. Охарактеризуйте

ДОНБАССКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ И РАЗРАБОТКИ ТЕХНОЛОГИИ МАГНИТНО Магистр: Нестеренко В. М., гр. МС-09-1 Руководитель: к.т.н. доцент Иванов И. Н. Цель работы: является

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» Модуль

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «УЛЬЯНОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Имя ТЗ 1ТМ 2ТМ 3ТМ 4ТМ 5ТМ 6ТМ 7ТМ Тестовые задания для аттестации инженерно-педагогических работников ГБОУ НиСПО Дисциплина «Технология машиностроения» Специальность Технология машиностроения Формулировка

УДК 621.865.8; 621.9.06 СТАНОК С ПАРАЛЛЕЛЬНЫМИ ПРИВОДАМИ КООРДИНАТНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ РАБОЧЕГО ОРГАНА М.М. Тверской Описана кинематическая схема шестикоординатного станка с параллельными приводами координатных

ОГЛАВЛЕНИЕ Список принятых сокращений.............................. 3 Предисловие............................................ 4 Введение............................................... 7 Глава первая Исходная

УДК 681.3 РЗРБОТК ГРУППОВОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕСС ДЛЯ ДЕТЛЕЙ ТИП «ВЛ» И.В. Горлов, Е.В. Полетаева, В.C. Осипов Многие машиностроительные предприятия в настоящее время вынуждены искать дополнительные

Тема: «Метод однородных координат в задачах кинематики манипуляторов» 1 Лекция 2 Формирование функциональной схемы системы управления манипулятором. Термины и определения кинематики манипуляторов (координатные

АННОТАЦИЯ К РАБОЧЕЙ ПРОГРАММЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО МОДУЛЯ ПМ.01 ПРОГРАММНОЕ УПРАВЛЕНИЕ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИМИ СТАНКАМИ 1. Область применения рабочей программы Рабочая программа профессионального модуля является

Проект Утвержден приказом Министерства труда и социальной защиты Российской Федерации ПРОФЕССИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ СПЕЦИАЛИСТ ПО ТЕНОЛОГИЯМ МЕАНОСБОРОЧНОГО ПРОИЗВОДСТВА 2 ПРОФЕССИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ СПЕЦИАЛИСТ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ Кафедра АТО и ремонта ЛА и АД А.Н.Ерошкин. ОСНОВЫ ПРОИЗВОДСТВА ЛА И АД ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ. Дисциплина "Основы производства ЛА

Министерство образования и науки Российской Федерации ПРОГРАММА-МИНИМУМ кандидатского экзамена по специальности 05.02.08 «Технология машиностроения» по техническим наукам Программа-минимум содержит 9 стр.

В. В. Демидов, Г. И. Киреев, М. Ю. Смирнов РАСЧЁТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРОТЯЖЕК ЧАСТЬ 1 ВНУТРЕННИЕ КРУГЛЫЕ ПРОТЯЖКИ Ульяновск 2005 1 Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение

ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ АВИАЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НАУЧНЫЙ ЦЕНТР РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ОБОРУДОВАНИЕ, ВЫПУСКАЕМОЕ ВИАМ ВИАМ предлагает изготовление и поставку оборудования

Вопросы по лабораторным работам по «Основы технологии машиностроения» Лабораторная работа «Исследование точности механической обработки» 1. Что понимается в технологии машиностроения под словом «точность»?

НАЧАЛЬНОЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ Т. А. БАГДАСАРОВА ТЕХНОЛОГИЯ ФРЕЗЕРНЫХ РАБОТ РАБОЧАЯ ТЕТРАДЬ Рекомендовано Федеральным государственным учреждением «Федеральный институт развития образования» в качестве

Уфа: УГАТУ, 2011 Т. 15, 4 (44). С. 207 211 М. А. МИШКИНА, В. Л. ЮРЬЕВ ВЛИЯНИЕ НЕСТАЦИОНАРНЫХ ПАРАМЕТРОВ ОБРАБОТКИ НА ВЕЛИЧИНУ ПЛОЩАДИ КОНТАКТА И ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ СЪЕМА ПРИ ЭЛЕКТРОАЛМАЗНОМ ШЛИФОВАНИИ

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ЛОПАТОК ТУРБИН АВИАЦИОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ВС-2С c. 38 ВС-250M c. 39 Стан вальцовочный для лопаток Стан вальцовочный для лопаток ФК-300 Специальный c. 40 копировально-фрезерный полуавтомат

Теоретическое задание заключительного этапа Всероссийской олимпиады профессионального мастерства обучающихся по специальности среднего профессионального образования 15.02.08 ТЕХНОЛОГИЯ МАШИНОСТРОЕНИЯ Вопросы