Аэрокосмическая техника высокие технологии и инновации – 2015
..pdfУДК 621.923.9
РОТОРНО-АБРАЗИВНАЯ ОБРАБОТКА УЛИТОК КОРПУСОВ НАСОСОВ
Е.А. Васильева, С.К. Сысоев
АО «Красноярский машиностроительный завод», Красноярск, Россия
e-mail: vasilieva-tms@mail.ru
Рассмотрена возможность использования роторно-абра- зивной обработки для уменьшения шероховатости и формирования направленной шероховатости внутренних поверхностей улиток насосов ТНА. Представлены результаты экспериментальных исследований образцов, имитирующих поверхность улиток насосов.
Ключевые слова: шероховатость, роторно-абразивная обработка, абразивное зерно, улитка, турбонасосный агрегат, абразивная паста, насос.
Одним из важнейших агрегатов системы питания с разгруженными баками изделий, обеспечивающим движение компонентов топлива по гидравлическим магистралям, является центробежный турбонасосный агрегат (ТНА).
Поверхности улиток в корпусах насосов формируются литьем либо фрезерованием, после чего подвергаются вибрационной обработке в среде абразивных гранул. Несмотря на принимаемые меры по уменьшению шероховатости в улитках, достичь заданной в конструкторской документации шероховатости Ra = 3,2 мкм не удается. При движении гидравлического потока под большим давлением преобладают вихревые потери, снижающие гидравлический КПД проточной части. Многочисленные эксперименты показали, что уменьшение шероховатости проточной части насосов Ra с 12,5 до 3,2 мкм дает увеличение КПД насоса на 2–6 % [1].
41
Сложнопрофильная и экцентричная форма сечения улитки создает некоторые затруднения при использовании существующих методов обработки для уменьшения его шероховатости.
Нами предложено использовать для уменьшения шероховатости в улитках ТНА роторно-абразивную обработку полиуретановым инструментом, преимущество которого заключается в создании условий абразивного контакта гибкого пластинчатого инструмента при вращении ротора в абразивной среде (пасте) с поверхностями улитки.
Для исследования процесса взаимодействия инструмента в абразивной среде разработана и изготовлена экспериментальная установка РАО-1. Частота вращения ротора до 1500 мин–1. В качестве рабочей среды использован каучук СКТ с поверхно- стно-активными добавками, наполненный электрокорундом.
Исследования проводились на образцах, имитирующих поверхность улитки ТНА с шероховатостью Ra = 9,2 мкм (рис. 1, а).
а |
б |
Рис. 1. Вид поверхности образца (×225): а – с исходной шероховатостью Ra = 9,2 мкм; б – с шероховатостью Ra = 0,8 мкм после обработки за 10 мин
После каждой минуты обработки измерена шероховатость поверхности по десяти точкам (по трафарету). Типовой график изменения шероховатости поверхности во времени обработки показан на рис. 2. Шероховатость поверхности Ra = 0,8 мкм достигается через 10–12 мин (рис. 1, б).
42
Рис. 2. График зависимости шероховатости Ra (мкм) от времени обработки t (мин)
Эффективность взаимодействия гибкого полиуретанового инструмента с обрабатываемой поверхностью через абразивные зерна зависит от многих факторов, в том числе тепловложения при массовом трении-резании абразивных зерен [2]. С увеличением температуры абразивной пасты с 15 до 50–60 ºС (рис. 3) уменьшается вязкость среды, а это приводит к уменьшению сил прижатия абразивных зерен к поверхности. В этой связи в абразивной пасте приобработкеможно использоватькрупный абразив.
В результате предварительных экспериментов роторноабразивной обработки гибким инструментом на образцахимитаторах поверхности после фрезерования грибковой фрезой можно утверждать, что предложенный способ отделки улитки корпусов ТНА позволяет:
–уменьшать шероховатость поверхности до заданной в конструкторской документации;
–изменять направленность шероховатости с поперечной
и произвольной на параллельную, благоприятно влияющую на пристеночное течение компонентов в улитке ТНА.
43
Рис. 3. Изменение температуры абразивной пасты при обработке образца
Работы по определению оптимальных режимов роторноабразивной обработки и исследованию процесса взаимодействия массового микрорезания в настоящее время продолжаются.
Библиографический список
1.Михайлов А.К., Малюшенко В.В. Лопастные насосы. Теория, расчет и конструирование. – М.: Машиностроение, 1977. – 288 с.
2.Сысоев С.К., Сысоев А.С. Экструзионное хонингование деталей летательных аппаратов: теория, исследования, практика: моногр. / Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. – Красноярск, 2005. – 220 с.
44
УДК 621.7.08
МЕТОДИКА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ИЗМЕРЕНИЯ ФАКТИЧЕСКОЙ ПЛОЩАДИ ПРОХОДНОГО СЕЧЕНИЯ МЕЖЛОПАТОЧНЫХ КАНАЛОВ ПО ДАННЫМ ОЦИФРОВКИ
Д.А. Осипович
Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Пермь, Россия
e-mail: daria.osipovich.pnrpu@gmail.com
Представлена усовершенствованная методика проведения измерений проходного сечения межлопаточных каналов с использованием оптической координатно-измерительной фотограмметрической установки, основанная на концепции единой электронной модели изделия. Описаны элементы методики, прошедшие наибольшее усовершенствование: выбор стратегии и последовательности измерений, определение плоскости проходного сечения и обработка результатов измерения.
Ключевые слова: проходное сечение, лопаточные решетки, оптические измерения, автоматизация измерений.
В рамках реализации проекта «Создание высокотехнологичного производства элементов газотурбинных двигателей авиационного и наземного применения нового поколения на основе повышения эффективности и качества изготовления с внедрением автоматизированных и роботизированных многофункциональных технологических комплексов» [1] был создан Комплекс обеспечения технологического проектирования, в первую очередь предназначенный для решения задач разработки процессов изготовления деталей ГТУ и ГТД. Одной из ключевых задач, решаемых при использовании комплекса, является определение геометрических параметров деталей и узлов сложной формы, выполняемое с использованием оптической координат- но-измерительной фотограмметрической установки. Для обеспечения точности и производительности проводимых измерений
45
необходимо разработать специализированные методики определения измеряемых параметров, в том числе комплексных, таких как фактическая площадь проходного сечения межлопаточного канала.
В ходе проведения подготовительных работ по анализу существующих методик измерения исследуемой величины было выявлено, что простая замена ручных средств измерения на автоматизированные не обеспечивает требуемого повышения точности и повторяемости результатов измерений, сокращения времени, унификации технологических процессов контроля. Для решения этой проблемы были определены следующие направления совершенствования базовой методики проведения измерений [2]:
–разработка компоновки мультимасштабной системы оцифровки, позволяющей с высокой точностью получать модели крупногабаритных объектов, содержащих мелкие элементы;
–автоматизация процедуры определения участков поверхности, формирующих границы проходного сечения;
–автоматизация пространственного положения поверхности измеряемого проходного сечения относительно элементов геометрии контролируемого соплового аппарата;
–подготовка данных измерения фактической площади проходного сечения соплового аппарата для дальнейшей обработки.
С учетом сформулированных выше направлений совершенствования на основе базовой методики была разработана «Специализированная методика проведения контроля геометрии проходного сечения лопаточной решетки оптическими методами с применением Комплекса обеспечения технологического проектирования», включающая элементы концепции единой электронной модели изделия.
Используемый метод измерения позволяет выполнять измерение площади проходного сечения межлопаточных каналов
свыявлением распределения отклонений точек профиля от номинальной кривой и определять вклад каждой лопатки в формирование суммарного отклонения площади.
46
Для формирования модели фактической поверхности межлопаточного канала, содержащей данные обо всех необходимых для контроля точках, необходимо несколько изображений поверхности, полученных при различной ориентации сенсора. При этом оптимальная стратегия позиционирования сенсора относительно измеряемого объекта рассчитывается на основании геометрического и математического моделирования участков захватываемой поверхности номинальной геометрической модели измеряемого объекта и может быть представлена в виде управляющей программы или инструкции для оператора.
Для крупногабаритных сопловых аппаратов сборной конструкции допускается проводить оцифровку поверхности в два этапа с использованием наибольшего из доступных измерительных объемов для формирования сетки опорных точек и меньшего измерительного объема для оцифровки полной поверхности с высокой точностью. При этом для исключения погрешности относительной трансформации при совмещении серий измерений предлагается воспользоваться возможностью применения опорных точек определенного диаметра с различными измерительными объемами [3].
Для контроля величины отклонений точек профиля сечения межлопаточного канала соплового аппарата от их номинального положения выполняется совместное рассечение предварительно совмещенных импортированной модели номинальной поверхности сборочной единицы и модели фактической поверхности, полученной в результате оцифровки. Величина отклонений для всех измеренных точек рассчитывается автоматически и выводится в графическом окне системы в виде цветовой эпюры (рисунок).
Таким образом, для обеспечения эффективности и точности проведения измерений фактической площади проходного сечения межлопаточных каналов с использованием Комплекса обеспечения технологического проектирования была разработана специализированная методика, характеризующаяся
47
Рис. Трехмерный вид сечения геометрии фактической поверхности межлопаточного канала плоскостью проходного сечения
с указанием эпюры отклонений точек фактической кривой сечения от номинального положения
высокой степенью автоматизации всех этапов проведения работ и позволяющая получить данные, необходимые для организации процессов селективной сборки лопаточных решеток в составе ГТД и ГТУ.
Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки РФ (договор № 02.G25.31.0016) в рамках реализации Постановления Правительства РФ №218 «О мерах государственной поддержки развития кооперации
48
российских высших учебных заведений и организаций, реализующих комплексные проекты по созданию высокотехнологичного производства».
Библиографический список
1.Кооперация Авиадвигатель – ПНИПУ [Электронный ресурс] // Пермский национальный исследовательский политехни-
ческий университет [Офиц. сайт]. – URL: http://pstu.ru/p218/avia/ (дата обращения: 28.10.2015).
2.Осипович Д.А., Ярушин С.Г., Червонных С.А. Анализ направлений модернизации методики определения фактической площади проходного сечения соплового аппарата по данным оцифровки на измерительном комплексе ATOS // Сборка в машиностроении, приборостроении. – 2014. – № 3. – С. 29–34.
3.ATOS Руководство пользователя v.7. Mittelweg 7-8 D- 38106 Braunschweig, Germany, 2011. – 263 с.
49
УДК 621.048
ИССЛЕДОВАНИЕ ФОРМИРОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ КАЧЕСТВА ПОВЕРХНОСТИ И ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ СВОЙСТВ ДЕТАЛЕЙ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ ПРИ ОБРАБОТКЕ
В ГИБКИХ ГРАНУЛИРОВАННЫХ СРЕДАХ
М.А. Тамаркин, Э.Э. Тищенко, А.А. Руденко, С.А. Раздорский
Донской государственный технический университет, Ростов-на-Дону, Россия
e-mail: tehn_rostov@mail.ru
Представлены результаты исследования параметров качества поверхности и эксплуатационных свойств деталей летательных аппаратов при обработке в гранулированных средах. Установлены зависимости для определения среднего арифметического отклонения профиля шероховатости поверхности, глубины упрочненного слоя и степени упрочнения. Приведены результаты усталостных испытаний. Разработана обобщенная теория формирования параметров качества поверхностного слоя при отделочноупрочняющейобработкевгибкойгранулированнойсреде.
Ключевые слова: обработка в гибких гранулированных средах, среднее арифметическое отклонение профиля шероховатости поверхности, глубина упрочненного слоя и степень упрочнения, усталостные испытания.
Основное влияние на качественные и эксплуатационные показатели деталей машин оказывают финишные операции. В связи с этим разработка и внедрение новых финишных методов обработки является важным направлением современного машиностроения. Методы обработки поверхностным пластическим деформированием (ППД) в гибких гранулированных средах находят все большее применение в различных отраслях промышленности на этапах финишной обработки. При проведении исследований рассматривались следующие методы обработки ППД в гибких гранулированных средах: отделочно-
50