книги / Технология автоматизированного производства лопаток газотурбинных двигателей

Рис. 2.28. Эпюры остаточных напряжений при фрезеровании сплавов:

1 - ЖС6К; 2 -ХН77ТЮР-ВД

Обычное (маятниковое) шлифование проводилось кругом 25А40ПСМ 27К5 на следующих режимах: ук = 35 мм/с; уд = 26 м/мин; *5/= 0,05 мм/дв.ход; с поперечной подачей £п = 1 мм/ дв.ход. Фрезерова­ ние: Уф = 8 м/мин; уд = 80 мм/мин; Я, = 0,2 мм. Глубинное шлифование:

круг 24А10ПВМ2 12К5; ук= 30 м/с; уд = 50 мм/мин; / = 1,5 мм.

<Уост> МПа

Рис. 2.29. Эпюры остаточных напряжений при глубинном шлифовании сплавов:

1 - ЖС6К; 2 - ХН77ТЮР-ВД; 3 - ВТЗ

2.3. Сравнительные характеристики поверхностного слоя, сформированного при фрезеровании и глубинном шлифовании

Из представленных эпюр следует, что только глубинное шлифова­ ние обеспечивает гарантированное получение в поверхностном слое де­ талей сжимающих напряжений. Это и служит основной предпосылкой к внедрению данного процесса в производство.

Характерной чертой формирования остаточных напряжений при глубинном шлифовании является идентичность их распределения неза­ висимо от колебаний режимов шлифования и изменения марки шлифуе­ мого материалаГДаже химический состав титановых сплавов и предрас­ положенность их к структурным изменениям не влияют на характер эпю­

ры напряжений по глубине измененного слоя.

Распределение сжимающих напряжений происходит в более тонком слое, чем при фрезеровании, что свидетельствует о меньшей глубине проникновения пластических деформаций. Это подтверждается и резуль­ татами исследований, приведенных в табл. 2.3.

Из данной таблицы следует, что глубина и степень наклепа, шерохо­ ватость при шлифовании значительно меньше, чем при фрезеровании.

Все это положительно сказывается на эксплуатационных характери­ стиках деталей, работающих в условиях высоких температур. Оценка влияния усредненных показателей качества поверхностного слоя позво­ ляет оценить повышение предела циклической прочности деталей на 25... 32%.

Наряду с традиционными методами исследования поверхностного слоя по величине и степени наклепа, а также величине и характеру рас­ пределения остаточных напряжений использовался метод внутреннего трения [3].

Этот интегральный метод оценки качества поверхностного слоя по­ зволяет оценивать изменения структуры металла после его механической

обработки. Он основан на исследовании изменения упругих колебаний в различных материалах. Комплексным показателем изменений структуры материала является логарифмический декремент затухания собственных колебаний.

Известны исследования упругих колебаний образцов из стали 20; сплавов ВТЗ-1; ХН77ТЮР-ВД, поверхностный слой которых сформиро­ ван методами: фрезерования; обычного маятникового и глубинного шли­ фования. В ходе этих исследований все образцы имели одинаковую гео­ метрическую форму и размеры, а их поверхностный слой был сформиро­ ван различными способами резания, сочетание режимов которых обеспе­ чивало одинаковую удельную производительность [9].

В результате исследований установлено, что у всех материалов наи­ большее повреждение получил поверхностный слой, сформированный в процессе маятникового шлифования, наименьшее - при глубинном шли­ фовании. В абсолютном выражении наименьшая величина декремента логарифмических колебаний наблюдается в поверхностном слое детали из никелевого сплава, сформированного глубинным шлифованием.

Эти исследования в дополнение к приведенным выше показали, что глубинное шлифование снижает вероятность появления очагов разруше­ ния в формируемом поверхностном слое заготовки, т.е. этот метод нано­ сит наименьшие повреждения детали по сравнению с другими.

2.4.ОБРАБОТКА БАНДАЖНЫХ ПОЛОК И ЛАБИРИНТОВ

2.4.1.Предварительная механическая обработка

Деталь устанавливается. По "елочному" профилю хвостовика (точки 1 ...3) установочная база ориентируется вдоль оси лопатки по точкам на торцах хвостовика и бандажной полки (точки 4, 5) - направляющая база, а также вдоль оси точкой на хвостовике со стороны проточной части (точка 6) - опорная база. В этом положении обрабатываются плоские по­ верхности бандажной полки (рис. 2.30).

Обработка этих поверхностей может быть двусторонней и совме­ щаться при использовании фасонного инструмента, как на приведенной технологической схеме, или выполняться поэлементно. В любом случае технологические схемы базирования и закрепления заготовки остаются одинаковыми.

Данные плоскости обрабатываются на плоскошлифовальных стан­ ках моделей ЗД722, ЗЛ722, ЛШ-220, ЛШ-233 методами маятникового или глубинного шлифования кругами 24А40ПС1 ...С2 6...8К5 на следую-

Рис. 2.30. Технологическая схема обработки плоскостей бандажной полки

щих режимах: скорость круга \ к = 35 м/с; скорость детали \ а > 10 м/мин; подача на врезание 5вр = 0,2 мм/дв. ход.

Ввиду того что обрабатываемые поверхности имеют ограниченные размеры, на указанных режимах возможно снятие значительных припус­ ков. В процессе маятникового шлифования используют СОЖ, представ­ ляющие собой водные эмульсии на основе эмульсолов типа ЭГТ5. Одна­ ко роль этих жидкостей в снижении теплонапряженности процесса не следует преувеличивать.

При технике подачи СОЖ, существующей на обычных плоскошли­ фовальных станках типа ЗД722 или ЗЛ722, жидкость не попадает в зону резания. В то же время из зоны обработки она достаточно эффективно удаляет продукты изнашивания абразивного инструмента (шлифоваль­ ный шлам), очищает приспособление.

2.4.2.Наплавка бандажных полок (зигов) специальны

твердыми сплавами

Бандажные полки лопаток турбины, контактирующие друг с другом в процессе эксплуатации, для повышения их износостойкости напаива­ ются пластинами из более износостойкого материала, чем основной сплав ЖС6К.

Пайка осуществляется с использованием локального источника энергии. В качестве источника для высокотемпературной пайки в вакуу­ ме применяется дуговой разряд с полым катодом. Неплавящийся катод представляет собой полый цилиндр из титана или вольфрама. Катод име­ ет внутреннее отверстие диаметром ~2 мм для прохождения через него плазмообразующего газа (аргона), протекающего со скоростью 0,1...

3,0 мг/с. Благодаря этому внутри катода всегда есть условия для обеспе­ чения необходимой концентрации плазмы [18].

Рис. 2.31. Схема процесса пайки с использованием дугового разряда с полым катодом:

1 - источник питания; 2 ,3 - соответственно напаиваемая деталь и пластина; 4 - полый катод; 5 - вакуумная камера; 6 - охлаждаемая горелка;

7- дроссель подачи аргона

С применением схемы, приведенной на рис. 2.31, можно получить высококачественные паяные соединения с помощью дуговой высокотем­ пературной пайки в вакууме, если:

-значение падения анодного потенциала близко к нулевому (1...

5 В) и не может быть соизмеримо с потенциалом ионизации аргона;

-площадь торцовой поверхности пластины, где расположены пая­ ные соединения, в 1,5...2 раза больше площади пятна нагрева, что, как правило, превышает площадь бандажной полки лопатки.

Всвязи с этим площадь бандажной полки увеличивают посредством специального приспособления.

Для напайки обычно применяют пластины из следующих материа­ лов: ВКНА2; ВЖЛ15; ВЖЛ2. Эти сплавы обладают более высокими твердостью и прочностью по сравнению с материалом лопатки, особенно

вусловиях высоких температур. Обычно используют припои ВПр24 и

ВПр27, которые имеют температуру пайки 1170... 1180 °С, что несколько меньше температуры фазовых превращений основного материала (ЖС6К, ЖС6У). Кроме того, эти припои выпускаются в виде аморфной фольги толщиной 30...60 мкм.

На подготовленные во время предыдущих операций поверхности бандажных полок наносят припой, который вырезают по форме полки (обычно шире на 2...3 мм) и укладывают на нее в два-три слоя. Затем припой прихватывают точечной сваркой. В этом положении на бандаж­ ную полку лопаток помещают напаиваемую пластину и прижимают ее к полке.

После сборки бандажной полки с напаиваемой пластиной детали за­ ключают в вакуумную камеру, в которой после откачки воздуха создает­ ся давление 0,06.. .0,08 Па. Затем при подаче через полый катод аргона со скоростью 0,5... 1,0 мг/с проводят процесс пайки.

Режим при пайке пластин размерами 5x3x1,5 мм из материала ВКНА2 припоем ВПр27 к лопатке из сплава ЖС6К следующий: ток раз­ ряда 12... 15 А; напряжение 32...34 В; расстояние между катодом и на­ паиваемой пластиной 20...23 мм; диаметр проходного отверстия в катоде 3,0. ..3,2 мм.

Процесс пайки контролируют визуально по оплавлению припоя, вы­ ступающего за границы пластины, а также по выдавливанию части при­ поя из-под пластины и растеканию под ней. После оплавления припоя предусмотрена выдержка полного соединения при температуре пайки в течение 15...20 с.

После пайки лопатки подвергают термообработке в течение 3 ч при температуре 950 °С, места пайки полируют (для удаления остатков при­ поя), и проводят люминесцентный контроль. В особых случаях, огово­ ренных требованиями чертежа, одну или несколько лопаток из партии испытывают на срез при температуре 975 °С.

Испытания считают успешными, если разрушение бандажной полки происходит по материалу пластины.

2.4.3.Окончательная обработка бандажной полки

Операции обработки бандажных полок после наплавки аналогичны (по схемам базирования и закрепления, задействованному оборудованию и режимам обработки) операциям, выполняемым на этапе предваритель­ ной обработки полок под пайку. Существенным отличием является обя­ зательное использование при обработке напаянных пластин шлифоваль­ ных кругов из зеленого карбида кремния 63С и 64С; в исключительных случаях допускается применение кругов из хромотитанового электроко­ рунда 91А и 92А.