книги / Технология автоматизированного производства лопаток газотурбинных двигателей

Использование такого оборудования дает возможность значительно сократить цикл технологической подготовки новых изделий (примерно с 2...3 мес до 2...3 нед). Сам же цикл производства турбинных и сопловых лопаток с 1,5.. .2 мес сокращается до 1.. .2 нед.

Для условий единичного и мелкосерийного производств применение данной технологии наиболее целесообразно, причем обработка детали за один установ (когда это возможно) или с небольшим числом переустано­ вок на единых базах существенно повышает точность обработки благо­ даря исключению погрешности установки детали.

Рассмотренная технология и соответствующие ей технологические мощности должны быть внедрены на каждом предприятии, изготовляю­ щем лопатки турбины. Данные мощности составляют технологический минимум предприятия, так как позволяют изготовить в соответствии с требованиями чертежа лопатку турбины любой конструкции. При этом технологический цикл изготовления мотокомплекта из 100... 120 шт. де­ талей не превышает одной недели, а сроки технологической подготовки сведены к минимуму.

При увеличении потребности выпуска лопаток эта технология усту­ пает место более мелким операциям, производимым на специальном оборудовании по технологиям, описанным ранее.

Глава 3

ГРУППОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ОБРАБОТКИ ЛОПАТОК КОМПРЕССОРА

3.1.ОБЩИЕ ВОПРОСЫ

Лопатки компрессора характеризуются большим разнообразием конструкций, широким диапазоном типоразмеров и применяемых мате­ риалов.

Все многообразие типоразмеров лопаток компрессора целесообраз­ но разделить на группы по следующим конструктивно-технологическим признакам:

-по длине пера, мм: до 80; 80... 150; 150...300; 300...600; > 600;

-по материалу: коррозионно-стойкие стали, титановые, жаропроч­ ные и алюминиевые сплавы;

-по конструкции хвостовика: типа ласточкин хвост, шарнирный, призматический и цилиндрический (поворотные лопатки статора);

-по наличию антивибрационных полок.

Перо лопаток компрессора имеет сложную пространственную фор­ му с профилями сечений, изменяющимися по длине лопатки. Сечения профиля пера лопаток развернуты по его длине друг относительно друга на углы до 90° (рис. 3.1 и 3.2).

Поверхности спинки и корыта пера лопатки могут быть:

-линейчатые, представляющие собой прямые линии, которые пере­ мещаются в пространстве по определенному закону;

-сложнофасонные, получающиеся при движении какой-либо кри­ вой по криволинейной образующей.

Точность изготовления пера лопаток обеспечивается при:

•допустимом отклонении точек профиля пера спинки ДПСи корыта ДПКот теоретического положения в пределах 0,06...0,4 мм в зависимости от длины хорды Ь\

•допустимом развороте профилей сечений (допуск на угол закрутки пера Озак) в пределах ±(8... 10)' в зависимости от длины хорды Ь;

•допустимом смещении профилей пера от теоретического положе­ ния в направлении оси X в пределах 0,1...0,4 мм, в направлении оси У в пределах 0,1.. .0,2 мм в зависимости от длины хорды Ъ\

•отклонении длины хорды АЬ в пределах ±(0,2.. .0,5) мм;

•отклонении профилей входной ДПВХи выходной ДПВЫХкромок в пределах 0,03...0,2 мм.

При изготовлении хвостовиков лопаток необходимо соблюдать сле­ дующие требования:

1)для хвостовиков типа ласточкин хвост:

•размеры посадочных поверхностей по седьмому квалитету и до­ пуск на угол посадочных поверхностей ±8';

•точность расположения хвостовика относительно профиля пера

±0,15 мм;

•допустимое смещение основания хвостовика относительно выход­ ной кромки ±0,1 мм;

2) для шарнирного хвостовика:

•точность изготовления отверстия под штифт по шестому квалитету;

•отклонение от перпендикулярности к оси от этого отверстия отно­ сительно оси лопатки > 0,05 мм на длине 100 мм.

Условия работы лопаток ротора компрессора заставляют предъяв­ лять к материалам, из которых они изготовляются, требования сохране­

ния прочности при температуре до 600 °С и высокой коррозионной стой­ кости. Для их изготовления широкое применение находят титановые сплавы.

Главное преимущество этой группы материалов перед другими кон­ струкционными сплавами состоит в том, что высокие механические ха­ рактеристики и коррозионная стойкость сочетаются в них с малой плот­ ностью. Титановые сплавы по удельной прочности превосходят боль­ шинство жаропрочных сталей при температуре 500 °С, что дает большую экономию массы. В эксплуатационных условиях они обладают высокой коррозионной стойкостью в разных климатических условиях и в 3 %-ном растворе поваренной соли.

Теплопроводность титана, равная 7,5 Вт/(м • °С), в 5 раз меньше, чем железа, и в 14 раз меньше, чем алюминия. Во столько же раз ниже и его температуропроводность.

Титановые сплавы удовлетворительно деформируются в горячем состоянии, после чего заготовки нуждаются в отжиге. Эти сплавы обла­ дают высокой термической стабильностью и не охрупчиваются при дли­ тельной эксплуатации под напряжением в условиях нагрева до 400.. .550 °С, удовлетворительно обрабатываются различным лезвийным и абразивны инструментом.

Кроме титановых сплавов для изготовления лопаток компрессора ранее широко применялись коррозионно-стойкие стали: 13Х14НВФРА, 1Х12Н2ВРФ и ХН35ВТЮ-ВД, а также различные алюминиевые сплавы. Но даже их низкая стоимость и хорошая обрабатываемость по сравнению с титановыми сплавами не позволяют их использовать в современных напряженных конструкциях ГТД [16].

При разработке технологических процессов исходят из обеспечения требуемых точности, формы поверхностей и их относительного располо­ жения. При этом геометрическая точность изготовления лопаток тесно связана с параметрами качества поверхностного слоя: шероховатостью, величинами и распределением остаточных напряжений, глубиной и сте­ пенью наклепа, т.е. с теми параметрами, которые во многом определяют сопротивление усталости данных деталей.

Высокие требования к циклической прочности лопаток компрессора обусловливают метод получения заготовок - горячая штамповка. Она может быть изотермической или высокоскоростной, но в любом случае заготовка обладает высокими механическими характеристиками дефор­ мированного при штамповке материала.

Конструкция лопатки и способ получения заготовки определяют структуру группового технологического процесса. Некоторые из них (наиболее широко применяемые) приведены в табл. 3.3.

Здесь все технологические процессы определены видом заготовки и конструкцией детали.

В первом случае проточная часть лопатки сформирована методом изотермической штамповки окончательно, т.е. в технологическом про­ цессе проточная часть не подвергается размерной механической обработ­ ке. Точность изготовления изотермически штампованных лопаток с по­ следующей термофиксацией 0,05...0,1 мм.

Для ряда конструкций лопаток, используемых в двигателях назем­ ного применения, эта точность вполне допустима. Для производства та­ ких лопаток технологический процесс предусматривает только операции механической обработки замка и полировку проточной части с целью получения требуемой шероховатости.

Во втором случае заготовка изготовлена методом горячей штампов­ ки с припуском 1,0... 1,5 мм на сторону и допуском ^ мм. Конструкция

проточной части обеспечивает к ней свободный доступ профильного ин­ струмента с обратной кривизной. Такие конструкции предопределяют использование объемной электрохимической обработки при формирова­ нии проточной части лопаток. Свободный доступ объемных электродов

как со стороны спинки, так и со стороны корыта лопатки позволяют в случае выравненных припусков сформировать профиль проточной части лопатки в размер, т.е. без последующей доработки.

В третьем случае наличие антивибрационных полок на проточной части лопатки предопределило использование в качестве основного тех­ нологического процесса фрезерование проточной части лопатки. При этом наличие антивибрационных полок определяет необходимость фор­ мирования прямолинейных поверхностей инструментом, имеющим в нужный момент времени очень ограниченную площадь контакта с дета­ лью (практически точку). Как правило, здесь применяются концевые фрезы со сферической режущей частью.

Вместе с тем, всем приведенным выше технологическим процессам присуще много общих технологических операций, что позволяет провес­ ти их обобщенный анализ.

3.2.ПОДГОТОВКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ БАЗ ЗАГОТОВОК

3.2.1.Входной контроль заготовок

Получаемые заготовки имеют шесть базовых точек, обеспечиваю­ щих входной контроль заготовок.

Расположение этих точек зависит от конструкции заготовки. Наибо­ лее распространенные конструкции приведены на рис. 3.3.

В эскизе, показанном на рис. 3.3, а, технологическими базами явля­ ются три точки на профиле пера (две в сечении А$ и одна в сечении Аг) - установочная база. Опорной базой служит точка 4 на полке замка лопат­ ки, направляющей - точка 5 на торце хвостовика со стороны входной кромки и точка б на бобышке со стороны профиля пера.

На рис. 3.3, б установочной базой являются три точки на проточной части (1...3); направляющей базой - точки 5 и 6 на технологических бо­ бышках; опорой - точка 4 на одной из сторон технологической бобышки, расположенной на боковой поверхности замка. В третьем случае (рис. 3.3, в) установочную базу также составляют точки 1...3 на проточ­ ной части детали; направляющую - точки 5 и б на цилиндрических бо­ бышках; опорную - точка 4 на торце хвостовика со стороны проточной части.

На заготовительных операциях контролируют профиль пера в сече­ ниях А | .. .А„. Контроль обычно осуществляют в специальном приспособ­ лении с помощью жестких шаблонов. На этом этапе проверяют величину