Technologia produkcji ostrzy nowej generacji została wdrożona w umpo. Od jednokryształowych niechłodzonych łopatek do łopatek turbin z chłodzeniem penetrującym (transpiracyjnym), wytwarzanych przy użyciu technologii przyrostowych (przegląd na temat litotechnologii

Łopatki silników turbinowych (GTE) są najbardziej masywnymi częściami w produkcji tych elektrowni.

Łączna liczba łopatek w wirniku i stojanie GTE, w zależności od jego konstrukcji, może sięgać kilku tysięcy sztuk w zakresie od dwóch do trzech tuzinów elementów, przy czym wielkością mogą one wahać się od kilkudziesięciu milimetrów do półtora metra. Łopatki turbin są najtrudniejsze w produkcji i najbardziej odpowiedzialne w eksploatacji. Pracochłonność wytwarzania tych części w całkowitych kosztach pracy przy produkcji silników turbogazowych wynosi co najmniej 70 - 80%.

Doskonałość procesy technologiczne produkcja łopatek silników turbogazowych (GTE) powinna przede wszystkim rozwiązać problem wzrostu wskaźniki ekonomiczne proces, a mianowicie: zwiększenie stopnia wykorzystania materiału; zmniejszenie złożoności produkcji; skrócenie cyklu technologicznego wytwarzania części i kosztu technologicznego przygotowania produkcji.

Podstawą rozwiązania tego problemu jest opracowanie grupowych technologii wytwarzania głównych części silnika turbogazowego, które determinują jego koszt. Części te obejmują przede wszystkim łopatki turbin i sprężarek, wirniki otwarte i półzamknięte. Wybór tej lub innej technologii zależy od cechy konstrukcyjne Detale. Jednak dla tej samej konstrukcji ostrza można zastosować różne procesy technologiczne, z których determinowany jest wybór najbardziej optymalnego wykonalność ekonomiczna jego wykorzystanie w ramach konkretnego programu wydawniczego, tj. przy wytwarzaniu tej samej części na różnych etapach rozwoju produkcji - od pojedynczej do seryjnej - stosuje się różne technologie, a przejście z jednej technologii na drugą można znacznie ograniczyć, przestrzegając pewnych ogólnych zasad.

Zasady te muszą spełniać warunki zautomatyzowana produkcja, gdzie osiągnięcie wymaganej dokładności geometrycznej i jakości warstwy wierzchniej jest gwarantowane przez przestrzeganie tej lub innej technologii grupowej realizowanej na maszynach wielozadaniowych oraz stosowanie procesów specjalnych.

Jednym z wybitnych sowieckich naukowców i projektantów był Michaił Mil. Ta wyjątkowa osoba pracowała jako główny projektant budowy śmigłowców. Wykorzystując jego wybitną wiedzę stworzono śmigłowce Mi-1, Mi-2, Mi-4, Mi-6, Mi-8, Mi-10, Mi-12, Mi-24 itp.

Technologia Grupy oparta jest na standardowych konstrukcjach części. Klasyfikacja tych ostatnich różne rodzaje odbywa się z uwzględnieniem podobieństwa ich cech konstrukcyjnych i przeznaczenia funkcjonalnego. Pozwala to na przetwarzanie części z określonej grupy na zastosowanie podobnych technologii. Podstawą tworzenia grup podobnych części jest różnorodność części stosowanych w silnikach turbogazowych (GTE).

Na podstawie jednolitych znaków podobieństwa i różnicy części można utworzyć następujące grupy o charakterystycznych cechach: łopatki wirnika turbiny; ostrza dysz; łopatki sprężarki; pierścienie; dyski; wały; deflektory; podpory itp. W ten sposób podana jest grupa części - łopatki sprężarki GTE, które powinny być produkowane w ramach jednej standardowej technologii.

Wykorzystanie technologii grupowej jako jednego z etapów produkcji wymaga jej obowiązkowego kodowania w oparciu o system klasyfikacji części. System ten zbudowany jest na zasadzie podziału części na grupy przez projektanta produktu. Decydującą rolę odgrywa w tym geometryczne podobieństwo detali. To podobieństwo determinuje kolejną wspólność - podobieństwo metod przetwarzania, tj. taka sama sekwencja operacji, metody cięcia i odpowiednio te same sprzęt technologiczny do ich produkcji.

Kolejnym etapem klasyfikacji jest wykorzystanie kodów (liczb) operacji technologii grupowej. Kod operacji musi sugerować określoną operację technologiczną, która determinuje ten lub inny etap technologii grupowej.

Np. operacja 005 - produkcja podstaw technologicznych do obróbki skrawaniem z podstaw odlewniczych; operacja 095 - obróbka powierzchni współpracujących z inną częścią z bazy technologicznej itp. Tak więc podczas kompilacji Nowa technologia do produkcji części należącej do określonej grupy, numer operacji (kod) służy do zintegrowania tej części z możliwościami technologicznymi związanymi z tą operacją.

Jednak istniejące branże już obejmują duża liczba technologie powstałe w poprzednim okresie, które również powinny być łączone w ramach grupy technologii, przy zachowaniu ich dotychczasowego systemu klasyfikacji części, procesów technologicznych, oprzyrządowania itp.

Ponadto w ramach tej samej grupy mogą występować części o różnicach konstrukcyjnych, które pociągają za sobą wprowadzenie do technologii dodatkowych operacji. Operacje te nie zmieniają radykalnie technologii koncernu, są realizowane w jej ramach. Zmieniają one jednak znacząco technologię poszczególnych części zaliczanych do tej grupy. Ze względu na te różnice konstrukcyjne, do wykonania jednego lub drugiego etapu technologii grupowej dla określonej części, można go wykorzystać inny numer operacje technologiczne i odpowiednio urządzenia, cięcie i przyrząd pomiarowy itp.

Tak więc system technologiczny technologii grupowych ma na celu z jednej strony uogólnienie doświadczeń poprzednich etapów rozwoju przedsiębiorstwa, z drugiej zaś stworzenie uporządkowanego systemu technologicznego przygotowania produkcji dla dalszego rozwoju przedsiębiorstwa.

Wzór użytkowy dotyczy dziedziny budowy silników i może być stosowany w łopatkach silnika turbogazowego (GTE) do zastosowań lotniczych, okrętowych i naziemnych (jako część elektrowni). Wzór użytkowy rozwiązuje problem zwiększenia wytrzymałości zmęczeniowej ostrza na zginanie poprzez zmniejszenie naprężeń rozciągających w zamku w celu uniknięcia przedwczesnego uszkodzenia ostrza. Dodatkowym zadaniem jest możliwość zastosowania proponowanego rozwiązania do chłodzonych łopatek GTE. Problem rozwiązuje fakt, że łopatka turbiny GTE zawiera blokadę choinkową, na której wykonany jest koncentrator napięcia w postaci otworu. Nowością w proponowanym wzorze użytkowym jest umiejscowienie otworu wzdłuż osi ostrza GTE. Ostrze może zawierać kanał, który komunikuje się z otworem, tworząc pojedynczy koncentrator naprężeń. Taka konstrukcja zamka w jodełkę łopatki turbiny GTE zwiększa wytrzymałość zmęczeniową na zginanie łopatki poprzez zmniejszenie naprężeń rozciągających w jej zamku, co pozwala uniknąć przedwczesnej awarii łopatki.

Wzór użytkowy dotyczy budowy silników i może być stosowany w łopatkach silnika turbogazowego (GTE) do zastosowań lotniczych, okrętowych i naziemnych (jako część elektrowni).

Znany z konstrukcji łopatek turbiny silnika turbogazowego, zawierających blokadę choinkową (Skubachevsky G.S. Lotnicze silniki turbinowe. Projektowanie i obliczanie części. - M.: Mashinostroenie, 1981, s. 89, ryc. 3.27).

Wadą ostrza z taką blokadą jest to, że nie zapewnia wykonania koncentratora naprężeń. Brak koncentratora prowadzi do zniszczenia nie tylko łopatek, ale także dysku, gdy obciążenie zostanie nagle usunięte.

Znana jest również konstrukcja ostrza GTE, zawierająca blokadę choinkową i co najmniej jeden koncentrator naprężeń w postaci otworu w zamku usytuowanego w poprzek osi ostrza (patent GB 1468470 z dnia 30.03.1977).

Wadą tej konstrukcji jest to, że zamek choinkowy podczas eksploatacji podlega naprężeniom rozciągającym, których wzrost prowadzi do niewystarczającej wytrzymałości zmęczeniowej na zginanie. Rezultatem jest przedwczesna awaria ostrza GTE. Również ta konstrukcja nie może być stosowana w chłodzonych łopatkach, ponieważ dochodzi do wycieku powietrza chłodzącego.

Celem technicznym wzoru użytkowego jest zwiększenie wytrzymałości zmęczeniowej łopatki na zginanie poprzez zmniejszenie naprężeń rozciągających w zamku w celu uniknięcia przedwczesnej awarii łopatki.

Dodatkowym wyzwaniem technicznym jest możliwość zastosowania proponowanego rozwiązania do chłodzonych łopatek GTE.

Problem rozwiązuje fakt, że łopatka turbiny GTE zawiera blokadę choinkową, na której wykonany jest koncentrator napięcia w postaci otworu.

Nowością w proponowanym wzorze użytkowym jest umiejscowienie otworu wzdłuż osi ostrza GTE.

Ponadto ostrze może zawierać kanał, który komunikuje się z otworem, tworząc pojedynczy koncentrator naprężeń.

Proponowany rysunek przedstawia przekrój podłużny łopatki turbiny gazowej.

Łopatka silnika turbogazowego zawiera blokadę choinkową 1. Blokada choinkowa 1 zawiera koncentrator naprężeń w postaci otworu 2 wykonanego wzdłuż osi 3 łopatki.

Łopatka turbiny GTE wyposażona jest w kanał 4 do chłodzenia, który jest połączony z otworem 2.

Podczas pracy wirnika turbiny GTE, w przypadku awarii spowodowanej nagłym odciążeniem, prędkość obrotowa tarczy wzrasta pod wpływem narastających sił odśrodkowych. Z kolei siły odśrodkowe zwiększają naprężenia ściskające i zginające w zamku świerkowym 1 oraz w tarczy (nie pokazano na rysunku), natomiast naprężenia rozciągające zmniejszają się dzięki obecności koncentratora naprężeń w postaci otworu 2 wykonanego na świerkowym zamku 1 wzdłuż osi ostrza. Prowadzi to do wzrostu wytrzymałości zmęczeniowej na zginanie w zamku ostrza, co zapobiega przedwczesnemu uszkodzeniu ostrza.

Łopatka turbiny silnika turbogazowego działa jako łopatka chłodzona, gdy powietrze przepływa przez kanał 4 do chłodzenia, który jest połączony z otworem 2 do chłodzenia jodłowej śluzy 1 łopatki.

Taka konstrukcja łopatki turbiny GTE umożliwia zwiększenie wytrzymałości zmęczeniowej łopatki na zginanie dzięki zmniejszeniu naprężeń rozciągających w jej zamku w celu uniknięcia przedwczesnego zniszczenia łopatki, może być stosowana do łopatek chłodzonych GTE.

Wzór użytkowy

1. Łopatka turbiny silnika turbogazowego zawierająca blokadę choinkową, na której wykonany jest co najmniej jeden koncentrator naprężeń w postaci otworu, charakteryzujący się tym, że otwór wykonany jest wzdłuż osi łopatki.

2. Łopatka turbiny silnika turbogazowego według zastrzeżenia 1, znamienna tym, że łopatka zawiera co najmniej jeden kanał do chłodzenia, który jest połączony z otworem.

Produkcja łopat GTE zajmuje szczególne miejsce w branży silników lotniczych, co wynika z szeregu czynników, z których główne to:

złożony geometryczny kształt płata i trzonu łopaty;

wysoka precyzja wykonania;

użycie drogich i rzadkich materiałów do produkcji ostrzy;

masowa produkcja ostrzy;

wyposażenie procesu technologicznego wytwarzania ostrzy w drogi sprzęt specjalistyczny;

ogólna złożoność produkcji.

Łopatki sprężarki i turbiny to najbardziej masywne części silników turbinowych. Ich liczba w jednym zestawie silnikowym sięga 3000, a pracochłonność produkcji wynosi 25 ... 35% całkowitej pracochłonności silnika.

Pióro łopatki ma rozbudowany złożony kształt przestrzenny

Długość części roboczej pióra wynosi od 30-500 mm ze zmiennym profilem w przekrojach wzdłuż osi. Te sekcje są ściśle zorientowane w stosunku do podstawowej płaszczyzny konstrukcyjnej i profilu zamka. W przekroje podano obliczone wartości punktów, które określają profil grzbietu i koryta ostrza w układzie współrzędnych. Wartości tych współrzędnych podane są w sposób tabelaryczny. Przekroje są obracane względem siebie i tworzą skręt pióra ostrza.

Dokładność profilu łopatki w układzie współrzędnych jest określona przez dopuszczalne odchylenie od podanych wartości nominalnych każdego punktu profilu. W przykładzie jest to 0,5 mm, podczas gdy błąd kątowy skrętu pisaka nie powinien przekraczać 20 '.

Grubość pióra ma niewielkie wartości, na wlocie i wylocie powietrza do sprężarki waha się od 1,45 mm do 2,5 mm dla różnych sekcji. W tym przypadku tolerancja grubości waha się od 0,2 do 0,1 mm. Wysokie wymagania stawiane są również kształtowaniu promienia przejścia na wlocie i wylocie profilu łopaty. Promień w tym przypadku zmienia się z 0,5 mm na 0,8 mm.

Chropowatość profilu łopaty musi wynosić co najmniej 0,32 µm.

W środkowej części profilu łopaty znajdują się półki nośne osłony o złożonej konstrukcji profilu. Półki te pełnią rolę pomocniczych powierzchni konstrukcyjnych ostrzy, a na ich powierzchnie nośne nakładane są powłoki z twardych stopów węglika wolframu i węglika tytanu. Łączące się ze sobą półki środkowej osłony tworzą pojedynczy pierścień nośny w pierwszym kole wirnika sprężarki.

W dolnej części głowni znajduje się półka zamka, która ma złożony kształt przestrzenny o zmiennych parametrach przekroju. Dolne półki łopatek tworzą zamknięty obieg w kole sprężarki i zapewniają płynny dopływ powietrza do sprężarki. Zmiana szczeliny między tymi półkami odbywa się w granicach 0,1 ... 0,2 mm. Górna część płata łopatki ma ukształtowaną powierzchnię, której tworząca jest dokładnie umieszczona w stosunku do profilu zamka i krawędzi natarcia płata. Od dokładności tego profilu zależy luz między wierzchołkami łopatek a obudową koła stojana sprężarki.

Profil roboczy pióra pióra całunu i zamka poddaje się hartowniczym metodom obróbki w celu wytworzenia naprężeń ściskających na powierzchniach tworzących. Wysokie wymagania stawiane są również stanowi powierzchni łopatek, na których niedopuszczalne są pęknięcia, przypalenia i inne wady produkcyjne.

Materiał ostrza należy do drugiej grupy kontrolnej, która zapewnia dokładną kontrolę jakości każdego ostrza. Dla partii ostrzy przygotowywana jest również specjalna próbka, która poddawana jest analizie laboratoryjnej. Wymagania dotyczące jakości łopatek sprężarki są bardzo wysokie.

Metody otrzymywania wstępnych półfabrykatów na takie części oraz zastosowanie tradycyjnych i specjalnych metod do dalszej obróbki determinują jakość wyjściową i wskaźniki ekonomiczne produkcji. Początkowe półwyroby łopatek kompresorów uzyskuje się przez tłoczenie. W takim przypadku można uzyskać detale o podwyższonej dokładności, z małymi naddatkami na obróbkę. Poniżej rozważamy proces technologiczny wytwarzania łopatek sprężarki, oryginalnego przedmiotu obrabianego, który został uzyskany przez tłoczenie na gorąco o zwykłej dokładności. Podczas tworzenia takiego przedmiotu zidentyfikowano sposoby, które zmniejszają złożoność produkcji i wdrażanie wymienionych wskaźników, jakość łopatek sprężarki.

Przy opracowywaniu procesu technologicznego postawiono następujące zadania:

Tworzenie wstępnego półfabrykatu poprzez tłoczenie na gorąco z minimalnym naddatkiem na pióro ostrza.

Kreowanie zysków technologicznych dla orientacji i niezawodnego mocowania przedmiotu obrabianego w układzie technologicznym.

Opracowanie wyposażenia technologicznego i zastosowanie metody orientowania początkowego przedmiotu obrabianego w układzie technologicznym względem profilu łopaty w celu rozłożenia (optymalizacji) naddatku na różnych etapach obróbki.

Wykorzystanie maszyny CNC do obróbki złożonych konturów w operacjach frezowania.

Stosowanie wykończeniowych metod obróbki poprzez szlifowanie i polerowanie z gwarancją wskaźników jakości powierzchni.

Stworzenie systemu kontroli jakości wykonywania operacji na głównych etapach produkcji.

Technologia trasowania do produkcji ostrzy. Tłoczenie i wszystkie związane z tym operacje wykonywane są przy użyciu konwencjonalnej precyzyjnej technologii tłoczenia na gorąco. Obróbka odbywa się na prasach korbowych zgodnie z wymaganiami technicznymi. Nachylenie stemplowania wynosi 7…10°. Promienie przejścia powierzchni stemplowania są realizowane w zakresie R=4mm. Tolerancje wymiarów poziomych i pionowych zgodnie z IT-15. Dopuszczalne przesunięcie wzdłuż linii podziału stempli nie przekracza 2 mm. Pióro oryginalnego detalu poddawane jest profilowanemu biegowi. Ślady błysku wzdłuż całego konturu przedmiotu obrabianego nie powinny przekraczać 1 mm.

Łopatki sprężarek są jednymi z najbardziej krytycznych i masowo produkowanych produktów silnikowych, a ich żywotność wynosi od kilku godzin do kilkudziesięciu tysięcy godzin, doświadczają szerokiego zakresu skutków naprężeń dynamicznych i statycznych, przepływu gazu o wysokiej temperaturze zawierającego ścierniwo cząstek, a także produktów utleniania środowiska i paliwa spalania. Jednocześnie należy zauważyć, że w zależności od położenia geograficznego pracy i trybu pracy silnika temperatura na jego drodze waha się od -50 ... -40 ° C do

700…800 С° w sprężarce. Tak jak materiały budowlane do łopatek sprężarek nowoczesnych silników turbinowych stosuje się stopy tytanu (VT22, VT3-1, VT6, VT8, VT33), stale żaroodporne (EN961 Sh, EP517Sh) oraz stopy odlewnicze na bazie niklu (ZhS6U, ZhS32) stosowany do łopatek turbin.

Doświadczenia związane z eksploatacją i naprawą silników do samolotów wojskowych pokazują, że udostępnienie przydzielonego zasobu 500-1500 godzin w dużej mierze zależy od stopnia uszkodzenia łopatek sprężarki i turbiny. Jednocześnie w większości przypadków wiąże się to z pojawieniem się wyszczerbień, pęknięć zmęczeniowych i cieplno-męczących, korozji wżerowej i gazowej oraz zużycia erozyjnego.

Spadek granicy zmęczenia dla łopatek IV stopnia na podstawie 20*106 cykli wynosi 30% (od 480 MPa dla łopatek bez wad do 340 MPa dla łopatek naprawczych), chociaż maksymalne naprężenia na łopatkach naprawianych IV etap, choć maleją, nadal znacznie przekraczają naprężenia na krawędziach ostrzy bez wyszczerbień. Wyszczerbienia na łopatkach wirnika sprężarki prowadzą do znacznej utraty wytrzymałości zmęczeniowej nowych łopatek. Znaczna liczba ostrzy jest odrzucana i bezpowrotnie tracona, ponieważ mają wyszczerbienia, które wykraczają poza granicę tolerancji naprawy. Konstrukcje wykonane z tytanu o stosunkowo niewielkiej wadze charakteryzują się wysoką odpornością na korozję, dobrymi właściwościami mechanicznymi oraz pięknym wyglądem.

Wynalazek dotyczy produkcji odlewniczej. Łopatka silnika turbogazowego wykonana jest metodą odlewania metodą traconego wosku. Łopatka zawiera pióro 4, na końcu którego znajduje się piętka 5, wykonana w formie jednego kawałka z piórem. Stopka zawiera platformę 5a, w której pierwsza kąpiel 12 jest wykonana z powierzchniami promieniowymi 13 i dnem 14. Kąpiel 12 zmniejsza grubość stopki. W pierwszej kąpieli, na poziomie strefy styku 15 między piórem a piętą, wykonywana jest druga kąpiel 16, która umożliwia wlewanie metalu do formy skorupowej tylko w jednym miejscu. Dzięki równomiernemu rozmieszczeniu metalu zapobiega się tworzeniu porowatości w łopacie. 3 rz. i 3 z.p. mucha, 4 chore.

Rysunki do patentu RF 2477196

[0001] Niniejszy wynalazek dotyczy odlewanego metalowego ostrza i sposobu jego wytwarzania.

Silnik turbogazowy, taki jak silnik turboodrzutowy, zawiera wentylator, jeden lub więcej stopni sprężarki, komorę spalania, jeden lub więcej stopni turbiny oraz dyszę. Gazy są napędzane przez wirniki wentylatora, sprężarki i turbiny, dzięki obecności łopatek promieniowych zamocowanych na obwodzie wirników.

Koncepcje położenia lub położenia wewnątrz, zaburtowego, promieniowego, do przodu lub do tyłu należy rozpatrywać w odniesieniu do głównej osi silnika turbogazowego i kierunku przepływu gazu w tym silniku.

Ruchoma łopatka turbiny zawiera nogę, za pomocą której jest przymocowana do tarczy wirnika, platformę stanowiącą element ścianki wewnętrznej ograniczającej drogę gaz-powietrze oraz pióro, które znajduje się głównie wzdłuż osi promieniowej i jest wdmuchiwane przez gazy. W zależności od stopnia silnika i turbiny, na swoim końcu odległym od trzonu łopata kończy się elementem poprzecznym do głównej (głównej) osi profilu, zwanym piętą, który stanowi element ściany zewnętrznej ograniczający gaz -ścieżka powietrza.

Na zewnętrznej powierzchni pięty wykonuje się jedną lub więcej płyt promieniowych lub przegrzebków, tworząc wraz z przeciwległą ścianą stojana uszczelkę labiryntową, która zapewnia szczelność względem gazów; w tym celu z reguły wspomniana ścianka stojana jest wykonana w postaci pierścienia z materiału ścieralnego, o który ocierają się płyty. Płyty zawierają przednią i tylną stronę umieszczoną poprzecznie do przepływu gazu.

Ostrze może być monoblokowe, czyli noga, platforma, pióro i pięta wykonane są w formie jednego kawałka. Ostrze jest wykonane w procesie odlewania zwanym „odlewaniem z traconego wosku” i jest dobrze znany specjalistom w tej dziedzinie. W ten sposób:

Wcześniej model łopatki wykonywano z wosku;

Model zanurza się w ogniotrwałej ceramice, która po wypaleniu tworzy skorupę;

Wosk jest topiony i usuwany, co umożliwia uzyskanie „powłoki” z materiału ogniotrwałego, którego wewnętrzna objętość determinuje kształt ostrza;

Stopiony metal jest wlewany do formy skorupowej, podczas gdy kilka form skorupowych jest łączonych w blok w celu jednoczesnego wlewania metalu;

Forma skorupy jest zepsuta, co umożliwia uzyskanie metalowej szpatułki.

W miejscach, w których metal jest wlewany do formy, na uformowanym metalowym ostrzu tworzą się stosunkowo grube metalowe wyrostki, które po uformowaniu ostrza należy poddać obróbce mechanicznej. Z reguły metal wylewa się na poziomie pięty ostrza. Średnica kanału wylewowego, a co za tym idzie, powstałego nawarstwienia jest znaczna, a wylewanie odbywa się w pobliżu płyt uszczelki labiryntowej, które mają niewielką grubość; w wyniku tego, jeśli zapewniony jest tylko jeden punkt odlewania, występuje słabe rozmieszczenie metalu w formie skorupowej i występują problemy z porowatością ostrza, w szczególności na poziomie jego ostrzy.

Problem ten można rozwiązać przez zapewnienie dwóch wlotów wylewowych, podczas gdy średnica kanałów wylewowych jest odpowiednio zmniejszona. Tak więc zamiast jednego kanału przelewowego duża średnica Uzyskuje się dwa kanały odlewnicze o mniejszej średnicy, oddalone od siebie, co zapewnia lepsze rozprowadzenie metalu i pozwala uniknąć problemów z porowatością.

Jednakże pożądane jest rozwiązanie tych problemów z porowatością przez utrzymywanie tylko jednej temperatury płynności.

W tym zakresie przedmiotem wynalazku jest łopatka silnika turbogazowego, wykonana metodą odlewania, zawierająca pióro, na końcu której znajduje się piętka, wykonana w postaci jednego kawałka z piórem, z którym jest połączone na poziomie strefy styku, natomiast pięta zawiera platformę, na której według co najmniej jednej płyty uszczelniającej, a pierwsza kąpiel jest wykonywana w platformie, charakteryzująca się tym, że druga kąpiel jest wykonywana w pierwszej kąpieli na poziom styku pióra z piętą.

Obecność jednej kąpieli w drugiej kąpieli na poziomie strefy styku między profilem a piętką pozwala uniknąć zbytniego pogrubienia w tej strefie, a podczas formowania łopatki przez odlewanie zapewnia lepsze rozprowadzenie ciekłego metalu w formie. Lepsze rozprowadzenie ciekłego metalu w formie pozwala na zastosowanie metody odlewania z jedną temperaturą krzepnięcia metalu. Zaletą wytwarzania ostrza z pojedynczą temperaturą płynięcia jest wyjątkowa prostota formy skorupowej oraz, jeśli to konieczne, bloku form skorupowych; zmniejsza się koszt produkcji ostrzy, a poprawia się ich jakość.

Ponadto zoptymalizowano ilość materiału na poziomie pięty, co zmniejsza wagę i koszt ostrza.

Ponadto naprężenia mechaniczne na pięcie i/lub piórze są zoptymalizowane i są lepiej absorbowane przez ostrze, ponieważ uzyskuje się lepszy rozkład masy.

Korzystnie pierwsza kąpiel jest ograniczona przez powierzchnie promieniowe i dno, a druga kąpiel jest formowana na dnie pierwszej kąpieli.

Korzystne jest również, aby druga tacka była wykonana wzdłuż głównej osi ostrza, naprzeciw styku pięty i pióra.

Wskazane jest, aby profil łopatki był utworzony przez litą ścianę i zawierał zakrzywione powierzchnie w strefie łączenia, druga kąpiel zawiera zakrzywione promieniowe powierzchnie i dolną powierzchnię, a zakrzywione promieniowe powierzchnie drugiej kąpieli były umieszczone zasadniczo równolegle do zakrzywione powierzchnie płata w strefie łączenia, co zapewnia zasadniczo stałą grubość łopatek w strefie styku.

Przedmiotem wynalazku jest również turbina zawierająca co najmniej jedną łopatkę według niniejszego wynalazku.

Przedmiotem wynalazku jest również silnik turbogazowy zawierający co najmniej jedną turbinę według niniejszego wynalazku.

Przedmiotem wynalazku jest również sposób wytwarzania łopatki silnika turbogazowego, obejmujący następujące etapy:

Wykonany jest woskowy model głowni, zawierający pióro, na końcu którego wykonywany jest obcas, tworzący jedną część z piórem, z którym jest ono połączone na poziomie strefy styku, natomiast pięta zawiera platformę na której wykonuje się co najmniej jedną płytkę uszczelniającą, podczas gdy w pierwszej kąpieli na platformie, druga kąpiel wykonywana jest w pierwszej kąpieli na poziomie strefy koniugacji między piórkiem a piętą,

Szpatułkę z wosku zanurza się w ogniotrwałym poślizgu,

Forma skorupowa wykonana jest z materiału ogniotrwałego,

Stopiony metal wlewany jest do formy skorupowej przez pojedynczy wlew,

Forma muszli jest łamana i uzyskuje się szpatułkę.

Niniejszy wynalazek stanie się bardziej zrozumiały na podstawie następującego opisu korzystnego przykładu wykonania ostrza według niniejszego wynalazku oraz sposobu jego wykonania w odniesieniu do załączonych rysunków.

Figa. 1 jest schematycznym widokiem z boku łopatki turbiny według niniejszego wynalazku.

Figa. 2 - widok izometryczny z przodu zewnętrzna strona pięty ostrza.

Figa. 3 jest przekrojem ostrza wzdłuż płaszczyzny III-III z FIG. jeden.

Figa. 4 jest izometrycznym widokiem bocznym zewnętrznej strony pięty łopatki.

Jak pokazano na RYS. 1, łopatka 1 według niniejszego wynalazku jest uformowana zasadniczo wzdłuż głównej osi A, która jest zasadniczo promieniowa w stosunku do osi B silnika turbogazowego zawierającego łopatkę 1. W tym przypadku rozmawiamy o łopatce turbiny silnika turboodrzutowego. Łopatka 1 zawiera nogę 2 umieszczoną od wewnątrz, platformę 3, pióro 4 i piętę 5, która znajduje się na zewnątrz. Pięta 5 łączy się z piórem 4 w obszarze styku 15 . Noga 2 jest przeznaczona do montażu w gnieździe rotora w celu montażu na tym rotorze. Platforma 3 jest wykonana pomiędzy nogą 2 a piórem 4 i zawiera powierzchnię umieszczoną poprzecznie do osi A ostrza 1, tworzącą element ścienny, który ogranicza drogę gazowo-powietrzną jej w środku; wspomniana ściana jest utworzona przez wszystkie platformy 3 łopatek 1 danego stopnia turbiny, które sąsiadują ze sobą. Pióro 4 jest ogólnie usytuowane wzdłuż głównej osi A łopatki 1 i ma aerodynamiczny kształt odpowiadający jego celowi, co jest wiadome specjalistom w tej dziedzinie. Pięta 5 zawiera platformę 5a, która jest wykonana na zewnętrznym końcu płata 4 zasadniczo poprzecznie do głównej osi A łopaty 1.

Jak pokazano na RYS. 2 i 4, platforma piętowa 5 zawiera krawędź natarcia 6 i krawędź spływu 7 skierowaną poprzecznie do przepływu gazu (przepływ jest ogólnie równoległy do ​​osi B turboodrzutowego). Te dwie krawędzie poprzeczne, przednia 6 i tylna 7, są połączone dwiema krawędziami bocznymi 8, 9, które mają profil w kształcie litery Z: każda krawędź boczna 8, 9 zawiera dwie sekcje wzdłużne (odpowiednio 8a, 8b, 9a, 9b) połączone względem siebie odpowiednio odcinek 8", 9", który jest zasadniczo poprzeczny lub wykonany co najmniej pod kątem w stosunku do kierunku przepływu gazu. To właśnie wzdłuż krawędzi bocznych 8, 9 stopka 5 styka się ze stopkami dwóch sąsiednich łopatek wirnika. W szczególności, aby wytłumić drgania, którym są poddawane podczas pracy, łopatki są osadzone na tarczy z zasadniczo naprężeniem skręcającym wokół ich głównej osi A. Obcasy 5 są zaprojektowane w taki sposób, że łopatki są poddawane skręcaniu. naprężenia przy podparciu na sąsiednich ostrzach wzdłuż odcinków poprzecznych 8", 9" krawędzi bocznych 8, 9.

Zaczynając od zewnętrznej powierzchni platformy 5a pięty 5 wykonuje się promieniowe płytki 10, 11 lub przegrzebki 10, 11, w tym przypadku w ilości dwóch; możliwe jest również dostarczenie tylko jednej płyty lub więcej niż dwóch płyt. Każda płyta 10, 11 jest wykonana poprzecznie do osi B silnika turbogazowego, zaczynając od zewnętrznej powierzchni platformy pięty 5, pomiędzy dwoma przeciwległymi odcinkami podłużnymi (8a, 8b, 9a, 9b) krawędzi bocznych 8 , 9 pięty 5.

Platforma 5a pięty 5 jest ogólnie uformowana pod kątem promieniowym w stosunku do osi B silnika turbogazowego. Rzeczywiście, w turbinie przekrój poprzeczny ścieżki gaz-powietrze zwiększa się od wlotu do wylotu, aby zapewnić rozprężanie gazów; w ten sposób platforma 5a pięty 5 odsuwa się od osi B silnika turbogazowego od wlotu do wylotu, podczas gdy jej wewnętrzna powierzchnia tworzy zewnętrzną granicę ścieżki gaz-powietrze.

W platformie 5a pięty 5 powstaje pierwsza kąpiel 12 (ze względu na konfigurację formy). Ta pierwsza kąpiel 12 jest wnęką utworzoną przez powierzchnie obwodowe 13 tworzące obrzeże, które są wykonane począwszy od zewnętrznej powierzchni platforma 5a i są połączone z powierzchnią 14, tworząc dno 14 wanny 12. Powierzchnie obwodowe 13 są rozmieszczone zasadniczo promieniowo i w tym przypadku są zakrzywione od wewnątrz, tworząc dopasowanie pomiędzy zewnętrzną powierzchnią platformy 5a i powierzchni dna 14 wanny 12. Te zakrzywione powierzchnie promieniowe 15 są ogólnie równoległe do krawędzi bocznych 8, 9 i krawędzi poprzecznych 6, 7 platform 5a pięty 5, zgodnie z ich kształtem, patrząc z góry (wzdłuż główna oś A ostrza 1). Niektóre strefy pięty 5 mogą nie zawierać takich promieniowych powierzchni 13, w takim przypadku powierzchnia dna 14 wanny 12 przechodzi bezpośrednio do krawędzi bocznej (patrz krawędź 9a na rys. 2) (należy zauważyć, że na rys. 4 te strefy nie są w tym samym miejscu).

Kąpiel 12 tego typu była już stosowana w znanych szpatułkach. Jego funkcją jest rozjaśnienie pięty 5 przy jednoczesnym jej utrzymaniu właściwości mechaniczne: grubość platformy 5a pięty 5 jest znaczna przy krawędziach bocznych 8, 9, których powierzchnie boczne w kontakcie z sąsiednimi łopatkami poddawane są silnym naprężeniom podczas obrotu łopatki 1, natomiast środkowa część platformy 5a pięty 5, która jest poddawana mniejszym naprężeniom, jest wykonana z wgłębieniem tworzącym pierwszą kąpiel 12.

Ponadto pięta zawiera kąpiel 16 w pierwszej kąpieli 12, zwanej dalej drugą kąpielą 16. Druga kąpiel 16 jest wykonywana na poziomie strefy styku 15 między piętą 5 a piórem 4. W szczególności, druga kąpiel jest wykonywana wzdłuż głównej osi A ostrza 1 naprzeciw strefy 15 parowania między piętą 5 a piórem 4.

Druga kąpiel 16 jest wnęką utworzoną przez powierzchnie obwodowe 17, tworzące bok, który łączy dolną powierzchnię 14 pierwszej kąpieli 12 z powierzchnią 18, która tworzy dno drugiej kąpieli 16 (i znajdującą się po wewnętrznej stronie za pomocą względem dolnej powierzchni 14 pierwszej kąpieli 12). Powierzchnie obwodowe 17 są rozmieszczone zasadniczo promieniowo, w tym przypadku są zakrzywione po stronie zewnętrznej i wewnętrznej, tworząc dopasowanie pomiędzy dolną powierzchnią 14 pierwszej wanny 14 i dolną powierzchnią 18 drugiej wanny 16. Te zakrzywione promieniowe powierzchnie 17 są zasadniczo równoległe do powierzchni pióra 4, zgodnie z ich kształtem patrząc z góry (wzdłuż głównej osi A ostrza 1) (patrz rys. 4).

Drugi pojemnik 16 jest wykonywany podczas formowania (innymi słowy, konfiguracja formy skorupowej do formowania ostrza 1 jest dostosowana do formowania takiego pojemnika 16). Ostrze wykonane jest metodą odlewania na modelach z traconego wosku, jak opisano powyżej w opisie.

Obecność drugiej kąpieli 16 pozwala uniknąć nadmiernej grubości w strefie 15 powierzchni styku piętki 5 z piórem 4. Dzięki temu podczas wlewania metalu do formy skorupowej, metal rozkłada się bardziej równomiernie, co sprawia, że możliwe jest uniknięcie powstawania porowatości, nawet jeśli metal jest wylewany tylko w jednym punkcie zalewania.

Zatem ostrze 1 może być wykonane metodą odlewania metodą traconego wosku z jednym wlotem do nalewania ciekłego metalu dla każdej formy skorupowej, a taki sposób jest prostszy i tańszy. Jeśli formularze są łączone w bloki, metoda jest jeszcze prostsza. Ponadto, wlewając do formy skorupowej przez pojedynczy wlew wlewowy, wyprodukowane ostrze zawiera tylko jedno pozostałościowe nagromadzenie, które jest usuwane przez obróbkę skrawaniem. Obróbka takiej części jest prostsza.

Ponadto waga, a co za tym idzie koszt ostrza 1, jest zmniejszona dzięki obecności drugiej tacki 16, podczas gdy naprężenia na pięcie 5, jak również naprężenia na piórze 4 są lepiej rozłożone i, dlatego lepiej postrzegane przez ostrze 1.

W tym przypadku pisak 4 jest wykonany w postaci litej ścianki, to znaczy bez chłodzenia za pomocą płaszcza lub wgłębienia wykonanego w grubości jego ścianki. Korzystnie, powierzchnie obwodowe 17 i dolna powierzchnia 18 drugiej wanny 16 są zaprojektowane w taki sposób, że grubość wiosła 1 jest zasadniczo stała w obszarze styku 15 między piętą 5 a piórem 4. To piętno wyraźnie widoczne na ryc. 3. W szczególności, jeśli oznaczymy 15a, 15b zakrzywione powierzchnie pióra 4 na poziomie strefy styku 15 między piórem 4 a piętą 5, to na FIG. 3 można zauważyć, że zakrzywione powierzchnie promieniowe 17 drugiej kąpieli 16 są zasadniczo równoległe do zakrzywionych powierzchni 15a, 15b pisaka 4, na których są umieszczone. W przedstawionym przykładzie wykonania promień zakrzywionych powierzchni promieniowych 17 drugiej wanny 16 nie jest identyczny z promieniem przeciwległych zakrzywionych powierzchni 15a, 15b pióra 4, niemniej jednak te powierzchnie są zasadniczo równoległe.

Część drugiej kąpieli 16, umieszczona na FIG. 3 po lewej, charakteryzuje się ciągłym zakrzywionym kształtem bez jakiegokolwiek płaskiego obszaru pomiędzy zakrzywioną promieniową powierzchnią 13 pierwszej tacy 12, dnem 14 pierwszej tacy 12 i zakrzywioną promieniową powierzchnią 17 drugiej tacy 16. Jednak, na części drugiej tacki 16, umieszczonej na FIG. 3 po prawej, każdy z tych obszarów jest wyraźnie widoczny. Wykonanie między nimi różnych przekrojów w rozpatrywanym obszarze (w przekroju) zależy od położenia powierzchni pięty 5 w stosunku do powierzchni pióra 4.

Wynalazek jest opisany dla ruchomej łopatki turbiny. Jednak w rzeczywistości można go zastosować do dowolnego ostrza, wykonanego przez odlewanie i zawierającego pióro, na końcu którego wykonany jest obcas w postaci jednego kawałka z piórem.

PRAWO

1. Łopatka silnika turbogazowego, wykonana metodą odlewu, zawierająca pióro, na końcu której znajduje się piętka, wykonana w postaci jednego kawałka z piórem, z którym jest połączona na poziomie strefa styku, natomiast pięta zawiera platformę, na której co najmniej jedna płytka uszczelniająca, a pierwsza kąpiel wykonywana jest w platformie, charakteryzująca się tym, że druga kąpiel wykonywana jest w pierwszej kąpieli na poziomie strefy styku piór i pięty.

2. Łopatka według zastrzeżenia 1, w której pierwsza kąpiel jest wyznaczona przez powierzchnie promieniowe i dno, a druga kąpiel jest utworzona na dnie pierwszej kąpieli.

3. Ostrze według zastrz. 1, w którym druga tacka jest wykonana wzdłuż głównej osi (A) ostrza przeciwległej do strefy styku pięty i pióra.

4. Ostrze według zastrzeżenia 3, w którym pióro jest utworzone przez litą ścianę i zawiera zakrzywione powierzchnie w strefie łączenia, a druga taca zawiera zakrzywione promieniowe powierzchnie i dolną powierzchnię, podczas gdy zakrzywione promieniowe powierzchnie drugiej tacy są umieszczone zasadniczo równolegle do zakrzywionych powierzchni pisaka w strefie styku, co zapewnia zasadniczo stałą grubość ostrza w strefie styku.

5. Turbina zawierająca co najmniej jedną łopatę według zastrzeżenia 1.

6. Silnik turbogazowy zawierający co najmniej jedną turbinę według zastrzeżenia 5.

Znaczenie pracy

Zasoby i niezawodność silników lotniczych są determinowane głównie przez nośność łopatek sprężarki (rys. 1), które są najbardziej krytycznymi i silnie obciążonymi częściami, które podczas pracy podlegają znacznym obciążeniom przemiennym i cyklicznym, które działają na nie z dużą częstotliwością . Łopatki sprężarki są najbardziej masywną, mocno obciążoną i krytyczną częścią silnika lotniczego.
Cechą charakterystyczną łopatek sprężarki, które mają cienkie krawędzie wlotowe i wylotowe i są wykonane ze stopów tytanu, które są bardzo wrażliwe na koncentrację naprężeń, jest to, że jako pierwsze napotykają ciało obce (ptak, grad itp.) wszedł do przewodu silnika.
Zagrożenia, wyszczerbienia, uszkodzenia erozyjne i inne wady znacznie zwiększają poziom lokalnych naprężeń wibracyjnych, co znacznie zmniejsza charakterystyka wytrzymałościowałopatki. Dlatego stworzenie korzystnego połączenia właściwości warstwy wierzchniej przy wykańczających operacjach wykończeniowych i hartowaniu ma duży wpływ na wzrost nośnośćłopatki silnika turbogazowego. Pilnym zadaniem jest ocena wpływu umocnienia powierzchniowego na udarność ostrzy przy uderzeniu w ciała obce.

Rysunek 1 — model łopatkowy sprężarki GTE (10 klatek, 20 cykli)

Obecnie w produkcji łopatek sprężarek szeroko stosowane są metody odkształcania plastycznego i obróbki mechanicznej oraz skomplikowane technologie w operacjach wykończeniowych procesu technologicznego.
Obróbka wibro-ścierna (VO) na specjalnych instalacjach znalazła szerokie zastosowanie w produkcji łopatek sprężarek ze stopów tytanu. Pozytywny wpływ na efektywność obróbki wibrościernej ma zastosowanie razem ze ścierniwem cieczy chemicznie czynnych.
Obróbka ultradźwiękowa kulkami (UZO) umożliwia uzyskanie korzystnego połączenia właściwości warstwy wierzchniej łopatek sprężarki, które charakteryzują się niską sztywnością, dużą dokładnością wykonania, złożoną konfiguracją i cienkimi krawędziami.
Śrutowanie pneumatyczne (PDO) charakteryzuje się ślizgowym zderzeniem kulek z powierzchnią profilu łopaty, zapobiegając ich przesmarowaniu. Stwierdzono, że PDA towarzyszy zmniejszenie niejednorodności strukturalnej i ujednolica strukturę, rozkład faz i szczątkowe naprężenia ściskające w warstwie powierzchniowej profilu łopaty. Zaproponowana metoda obróbki wykańczającej i hartującej śrutem pneumatycznym skutecznie neutralizuje technologiczne mikrodefekty warstwy wierzchniej powstałe na poprzednich etapach procesu technologicznego, towarzyszy znaczne zwiększenie granicy wytrzymałości, zmniejszenie rozproszenia trwałości, nie wymaga późniejszego wykańczania cienkich krawędzi poprzez ręczne polerowanie.
Jedną z obiecujących metod obróbki wykańczającej i utwardzającej jest metoda magnetycznego polerowania ściernego (MAP). Osobliwość MAP to możliwość obróbki części o różnych konfiguracjach oraz łączenia operacji wykańczania i hartowania w jednym procesie.
Powszechnie dostrzegany jest problem erozji łopatek silników turbogazowych. Intensywność i rodzaj erozji łopatek sprężarki zależy nie tylko od warunków zderzenia cząstek z powierzchnią płata, ale również od kombinacji cech warstwy wierzchniej.
Aby poprawić odporność ostrzy na zużycie, coraz powszechniej stosuje się je Różne rodzaje złożone technologie - nakładanie powłok plazmowych w połączeniu z różnymi metodami wykańczania i hartowania.
Rozwojowi i wprowadzeniu silników do produkcji seryjnej towarzyszą obecnie postępowe rozwiązania konstrukcyjne i technologiczne, wyrażające się w pojawianiu się nowych części, stosowaniu zasadniczo nowych materiałów konstrukcyjnych, a także doskonaleniu technologii produkcji, montażu i testowania. Szeroko stosowane są zaawansowane procesy technologiczne obróbki skrawaniem oparte na koncepcji cięcia wysokoobrotowego, udoskonalane są metody hartowania wykańczającego i obróbki cieplnej.
Ścisły związek między konstrukcją a technologią produkcji silników zdeterminował szereg aktualnych zagadnień związanych ze zwiększaniem nośności części o skomplikowanych profilach metodami technologicznymi.

Cel i zadania pracy

Cel- zwiększenie trwałości i jakości łopatek sprężarek GTE poprzez poprawę wsparcia konstrukcyjnego i technologicznego procesów wytwarzania łopatek sprężarek GTE.

Główne zadania pracy:
1.) Przeprowadzić analizę aktualnego stanu zaplecza konstrukcyjnego i technologicznego procesów wytwarzania łopatek sprężarek GTE;
2.) Zbadaj możliwości zwiększenia trwałości łopatek sprężarek poprzez zastosowanie powłok jonowo-plazmowych;
3.) Przeprowadzić eksperymenty w celu zbadania właściwości odpornej na zużycie powłoki jonowo-plazmowej;
4.) Opracowanie zaleceń dotyczących doskonalenia wsparcia konstrukcyjno-technologicznego procesów wytwarzania łopatek sprężarek GTE.

Nowość naukowa pracy

Nowatorstwo naukowe pracy polega na opracowaniu zaleceń dotyczących doskonalenia wsparcia konstrukcyjno-technologicznego procesów wytwarzania łopatek sprężarek GTE oraz stworzenia optymalnej struktury procesu technologicznego obróbki łopatek sprężarek GTE. Praca ta rozwiązuje również problem trwałości i odporności na zużycie łopatek sprężarki GTE.

Głównym elementem

Łopatki sprężarki turbinowego silnika gazowego

Łopatki GTE pracują w wysokich temperaturach, sięgających ponad 1200°C dla turbiny i ponad 600°C dla kompresora. Wielokrotne zmiany termicznych trybów pracy silnika – gwałtowne nagrzewanie się w momencie rozruchu i gwałtowne schładzanie podczas postoju – powoduje cykliczną zmianę naprężeń cieplnych, określaną jako zmęczenie cieplne (rys. 2). Ponadto część profilowa płata i nasada łopaty, oprócz rozciągania i zginania pod wpływem sił odśrodkowych, zginania i momentu obrotowego z powodu przepływu gazu z dużą prędkością, podlegają przemiennym naprężeniom powodowanym przez obciążenia wibracyjne, których amplituda i częstotliwość zmieniają się w ciągu szeroki zasięg.

Rysunek 2 - Schemat ruchu przepływów gazu w silniku turbogazowym (3 ramy)

Niezawodność pracy łopatek sprężarek i turbin zależy nie tylko od ich wytrzymałości konstrukcyjnej, odporności na cykliczne i długotrwałe obciążenia statyczne, ale także od technologii ich wytwarzania, co bezpośrednio wpływa na jakość warstwy wierzchniej trzonka i pióra łopatki. Koncentratory naprężeń konstrukcyjnych i technologicznych tworzą się w warstwie powierzchniowej, na którą mają wpływ umocnienia zgniotowe i wewnętrzne naprężenia szczątkowe z obróbki mechanicznej. Dodatkowo warstwa wierzchnia jest narażona na obciążenia zewnętrzne w głównych typach stanów naprężeń (zginanie, rozciąganie, skręcanie) otoczenie zewnętrzne. Te negatywne czynniki mogą doprowadzić do zniszczenia łopatki, a w konsekwencji do awarii silnika turbogazowego.
Produkcja łopat GTE zajmuje szczególne miejsce w branży silników lotniczych, co wynika z szeregu czynników, z których główne to:
złożony kształt geometryczny pióro i trzon ostrzy;
wysoka precyzja wykonania;
stosowanie drogich materiałów, takich jak stale stopowe i stopy tytanu;
masowa produkcja ostrzy;
wyposażenie procesu technologicznego w drogi sprzęt specjalistyczny;
wysoka złożoność produkcji.
Obecnie typowe dla produkcji łopatek GTE są następujące rodzaje obróbki:
rozciąganie;
przemiał;
walcowanie;
polerowanie;
polerowanie wibracyjne lub szlifowanie wibracyjne;
obróbka cieplna .

Tworzenie warstwy wierzchniej w operacjach wykończeniowych do produkcji ostrzy

Podczas produkcji łopatek GTE na ich powierzchniach powstają mikronierówności i zagrożenia, aw warstwie wierzchniej zachodzą przemiany strukturalne i fazowe. Ponadto w warstwie powierzchniowej obserwuje się wzrost twardości metalu i powstawanie naprężeń szczątkowych.
W warunkach eksploatacyjnych warstwa wierzchnia odbiera największe obciążenia i jest poddawana oddziaływaniom fizycznym i chemicznym: mechanicznym, termicznym, korozji itp.
W większości przypadków właściwości użytkowe powierzchni łopatek GTE zaczynają się pogarszać z powodu zużycia, erozji, korozji, pękania zmęczeniowego, co może prowadzić do awarii.
Później wykończeniowy rozróżnić takie wady powierzchni: zagrożenia, rysy, zadrapania, wgniecenia, pory, pęknięcia, zadziory itp.
Właściwości fizyczne i mechaniczne warstwy wierzchniej powstałej podczas produkcji łopatek ulegają znacznym zmianom podczas eksploatacji pod wpływem siły, temperatury i innych czynników.
Powierzchnia części ma wiele cech w porównaniu z rdzeniem. Atomy znajdujące się na powierzchni mają wiązania jednokierunkowe z metalem, dlatego są w stanie niestabilnym i mają nadmiar energii w porównaniu z atomami wewnątrz.
W wyniku dyfuzji, szczególnie pod wpływem podwyższonej temperatury, związki chemiczne metal nieszlachetny z substancjami wnikającymi z zewnątrz. W podwyższonych temperaturach wzrasta ruchliwość dyfuzyjna atomów, prowadząc do redystrybucji stężenia pierwiastków stopowych. Dyfuzja w warstwie powierzchniowej ma istotny wpływ na właściwości metali. Dotyczy to zwłaszcza operacji takich jak szlifowanie, gdy w strefie obróbki panuje wysoka temperatura.
Głównymi przyczynami występowania makronaprężeń podczas obróbki są niejednorodność odkształceń plastycznych i miejscowe nagrzewanie się metalu warstwy wierzchniej oraz przemiany fazowe.
Stopień i głębokość utwardzenia warstwy wierzchniej części są determinowane przez tryby obróbki i są bezpośrednio związane ze wzrostem liczby dyslokacji, wakatów i innych defektów w sieci krystalicznej metalu.
Warstwa wierzchnia części GTE powstaje w wyniku powiązanych ze sobą zjawisk zachodzących w strefie odkształcenia i strefach przyległych: wielokrotnych odkształceń sprężysto-plastycznych, zmian właściwości plastycznych metalu, tarcia, zmian mikro i makrostruktury itp.
Podczas hartowania w wyniku odkształcenia powierzchni metalu i pracy tarcia uwalniane jest ciepło, które nagrzewa detal. Przy intensywnych trybach przetwarzania lokalne obszary warstw powierzchniowych są podgrzewane, a wygładzanie - do 600-700 ° C, metodami udarowymi - do 800-1000 ° C.
Takie nagrzewanie prowadzi do zmniejszenia poziomu szczątkowych naprężeń ściskających w pobliżu powierzchni, co może prowadzić do zmniejszenia efektu utwardzania. W niektórych przypadkach naprężenia ściskające są przekształcane w naprężenia rozciągające.
Główną przyczyną utwardzenia jest wzrost gęstości dyslokacji, które gromadzą się w pobliżu linii ścinania i ich późniejsze zatrzymanie przed różnego rodzaju przeszkodami, które powstają podczas procesu deformacji lub istniały przed nim. Rozdrobnienie na bloki objętości metalowych zamkniętych między płaszczyznami poślizgu, obrót tych bloków, krzywizna płaszczyzn poślizgu i nagromadzenie na nich produktów niszczenia sieci krystalicznej przyczyniają się do zwiększenia nierówności wzdłuż płaszczyzn poślizgu, oraz , w konsekwencji do utwardzenia.
Podczas obróbki części powstawanie naprężeń szczątkowych wiąże się z nierównomiernym odkształceniem plastycznym warstw wierzchnich, do którego dochodzi podczas oddziaływania sił i czynników termicznych.
Deformacji towarzyszą nierówne głębokie i wzajemnie powiązane procesy ścinania, reorientacji, zgniatania, wydłużania lub skracania elementów konstrukcji. W zależności od charakteru odkształceń obserwuje się wzrost gęstości materiału części.
W ciężkich warunkach hartowania może dojść do przehartowania, w wyniku którego w warstwie powierzchniowej pojawiają się niebezpieczne mikropęknięcia i zarysowuje się powstawanie cząstek złuszczającego się metalu. Ponowne hartowanie jest procesem nieodwracalnym, w którym nagrzewanie nie przywraca pierwotnej struktury metalu i jego właściwości mechanicznych.

Obróbka wibro-ścierna ostrzy

Łopatki są charakterystycznymi częściami masowymi lotniczych turbinowych silników spalinowych, pracują w warunkach wysokich obciążeń statycznych, dynamicznych i termicznych iw dużej mierze decydują o trwałości i niezawodności całego silnika.
Do ich produkcji stosuje się wysokowytrzymałe stopy tytanu, stale nierdzewne, żaroodporne stopy na bazie niklu, a także materiały kompozytowe.
Złożoność wytwarzania łopatek w większości konstrukcji silników turbogazowych stanowi 30-40% całkowitej złożoności silnika. Cecha ta, wraz z warunkami pracy łopatek w silniku, wymaga zastosowania w produkcji progresywnych metod uzyskiwania półfabrykatów, nowoczesne technologie przetwórstwa, zwłaszcza przy operacjach wykończeniowych, mechanizacji i automatyzacji procesów technologicznych.
W eksploatacji lotniczych turbinowych silników spalinowych spośród wszystkich uszkodzeń spowodowanych przyczynami uszkodzeń wytrzymałościowych części łopatki stanowią około 60%. Zdecydowana większość uszkodzeń łopat ma charakter zmęczeniowy. Często jest to ułatwione przez uszkodzenie łopatek spowodowane przez cząstki stałe dostające się do układu silnika (kamienie podczas kołowania na ziemi, ptaki w locie itp.). Powoduje to konieczność posiadania odpowiednio wysokiego marginesu wytrzymałości cyklicznej ostrzy, a także podjęcia specjalnych środków technologicznych i konstrukcyjnych w celu zwiększenia ich przeżywalności w przypadku uszkodzenia (wgniecenia).
W zależności od warunków pracy w silniku poziom naprężeń przemiennych w łopatkach mieści się zwykle w przedziale 40-160 MPa, a biorąc pod uwagę niezbędny margines bezpieczeństwa, ich wytrzymałość jest zwykle wymagana w przedziale 300-500 MPa. Wytrzymałość zmęczeniowa łopatki zależy od materiału, konstrukcji łopatki i technologii jej wykonania, ale w każdym przypadku stan warstwy wierzchniej ma duży wpływ na wartość granicy wytrzymałości. Głównymi czynnikami wpływającymi na jakość warstwy wierzchniej są:
- naprężenia szczątkowe - ich znak, wielkość, głębokość, charakter rozkładu na przekroju części itp.;
- mikrorelief powierzchniowy - wielkość i charakter mikronierówności, występowanie rys;
- struktura warstwy wierzchniej.
Pilność zadania zwiększenia wytrzymałości zmęczeniowej ostrzy doprowadziła do opracowania i wdrożenia specjalnych metod obróbki oraz wprowadzenia w przemyśle szeregu specjalnych metod obróbki ich powierzchni.
Miejscem obróbki wibrościernej w procesie technologicznym obróbki mechanicznej ostrzy jest z reguły proces wykańczający wykonywany na końcowym etapie obróbki. W zależności od materiału ostrza, rodzaju wcześniejszej obróbki i początkowej wartości mikrochropowatości powierzchni i niektórych innych czynników, przypisywane są tryby przetwarzania - częstotliwość i wielkość amplitudy oscylacji, charakterystyka ciał roboczych (złamanie ścierne, formowanych elementów wibrujących, kulek ceramicznych, szklanych lub metalowych, kostek drewnianych itp.), stosunków masowych itp. Umożliwia to osiągnięcie pożądanego rezultatu w dość szerokim zakresie stanów wyjściowych powierzchni. Tak więc w przypadku łopatek sprężarek o małych i średnich wymiarach, wykonanych ze stali i stopów tytanu, ostateczną operacją kształtowania jest walcowanie na zimno, a następnie zaokrąglanie krawędzi za pomocą tarczy ściernej. W tym przypadku chropowatość powierzchni wynosi Ra = 1,6 i więcej, dlatego w celu wyrównania mikronierówności na powierzchni i wytworzenia naprężeń ściskających w warstwie powierzchniowej stosuje się „miękkie” tryby obróbki wibracyjnej. W tym przypadku w wibratorach toroidalnych stosuje się obróbkę masową (bez elementów mocujących). W niektórych przypadkach technologia obróbki przewiduje w końcowych operacjach szlifowanie ścierne, a następnie polerowanie powierzchni płata łopatki. Takie ostrza są poddawane bardziej intensywnej obróbce wibrościernej w celu usunięcia mikroszorstkości i zapewnienia szczątkowych naprężeń ściskających w warstwie powierzchniowej.
Znacznie trudniej jest wdrożyć efektywną obróbkę wibracyjną dużych łopatek maszyn wirnikowych. Duża masa takich części, biorąc pod uwagę wagę pojemnika i środowisko pracy utrudniają wykonanie maszyny wibracyjnej o dopuszczalnej częstotliwości i amplitudzie drgań w dwóch lub trzech współrzędnych ze względu na gwałtowny wzrost wymaganej mocy napędowej i dynamiczne przeciążenia elementów maszyny. Co więcej, te szczegóły są najgorsza jakość oryginalną powierzchnię, co zmniejsza wydajność obróbki.
W przedsiębiorstwie Motor Sich stosowana jest metoda wzdłużnej obróbki wibracyjnej jednowspółrzędnej w zamkniętym pojemniku (POVO).
W tradycyjnych maszynach wibrościernych krajowych i zagranicznych wypełniacz sypki jest napędzany z ruchy oscylacyjne dno pojemnika, które zawsze znajduje się na dnie. W takim przypadku wypełniacz jest zwracany swobodny spadek. Skuteczność tej metody nie jest wystarczająco wysoka.
Proces obróbki wibro-ściernej detali zostaje znacznie aktywowany i zintensyfikowany wewnątrz zamkniętego pojemnika z dwoma dnami usytuowanymi naprzeciw siebie, jeśli wypełniacz sypki aktywnie oscyluje między nimi, pobierając energię kinetyczną z każdego dna. Znacznie wzrasta intensywność uderzeń wypełniacza w przedmiot obrabiany. Ściany boczne pojemnika są pochyłe (stożkowe), co powoduje dodatkowe dociśnięcie wypełniacza podczas jego ruchu, co zwiększa siły dynamicznego oddziaływania pomiędzy wypełniaczem ściernym a ściankami pojemnika, wewnątrz którego obrabiane są części gazu Silnik turbinowy znajduje się w stanie stałym lub swobodnym.
Przy wibrowaniu tą metodą granulkami ściernymi i kulkami ze stali hartowanej usuwanie metalu z powierzchni i mikrodeformacje powierzchni części są intensywniejsze niż w tradycyjnych wibratorach, co zwiększa wielkość i głębokość powierzchniowych naprężeń ściskających oraz zwiększa wytrzymałość zmęczeniową części.
Na rysunku 3 przedstawiono krzywe zmian chropowatości powierzchni łopatek wykonanych ze stali 14Kh17N2Sh na czas trwania obróbki na zespole wibracyjnym z pojemnikiem w kształcie litery U.

Rysunek 3 - Zależność chropowatości od obróbki wibrościernej w pojemniku w kształcie litery U (1) i metody POVO (2)

Uzyskanie chropowatości Ra=1,5 µm metodą POOH, jak wynika z rys. 3, następuje po około 30 minutach, a przy konwencjonalnej obróbce wibrościernej - 1,5 godziny.
Badanie obróbki wibrościernej łopatek turbin i sprężarek pokazuje zalety tego procesu w porównaniu z ręcznym polerowaniem i polerowaniem. Wyniki badań wykazały, że granica wytrzymałości ostrzy poddanych wibroszlifowaniu i wibropolerowaniu wynosi 410 MPa i spełnia wymagania TS. Wielkość i charakter naprężeń szczątkowych badanych ostrzy jest korzystniejszy niż w przypadku ostrzy z ręcznym polerowaniem i nabłyszczaniem.

Wniosek

Bardzo ważne w rozwiązywaniu problemu zapewnienia zasobów i niezawodności lotniczych silników turbogazowych, a także tworzenia silników nowej generacji, zajmuje się opracowywaniem, doskonaleniem i tworzeniem nowych procesów technologicznych, metod przetwarzania części i urządzeń, które zwiększają nie tylko wydajność, ale również jakość produkcji.
Pojawianiu się nowoczesnych typów i modyfikacji silników lotniczych stale towarzyszą nowe rozwiązania konstrukcyjne, które wiążą się z trudnościami technologicznymi. Aby w porę je przezwyciężyć i zniwelować przepaść między „idealnym” pod względem wzorniczym a „prawdziwym” pod względem technologii wytwarzania, konieczne jest aktywne wprowadzanie progresywnych metod obróbki mechanicznej i wykańczająco-hartowniczej do produkcji.

Literatura

1. Bogusław W.A., Jacenko W.K., Pritchenko W.F. Wsparcie technologiczne oraz prognozowanie nośności części GTE. -K.: Wydawnictwo Rękopisów, 1993. - 332 s.
2. Driggs I. G., Pancaster O. E. Lotnicze turbiny gazowe. Za. z angielskiego. G.G. Mironowa. - M., Oborongiz, 1957 - 265 s.
3. Turbiny gazowe Zhiritsky G.S. Aviation. -M., Oborongiz, 1950 - 511 s. 4. Doronin Yu.V., Makarov V.F. Przyczyny powstawania defektów na profilu pióra tytanowych ostrzy podczas polerowania.// Tamże. - 1991. - nr 12. – s. 17-19
5. Koloshchuk E.M., Shabotenko A.G., Khazanovich S.V. Obróbka objętościowa wibro-ścierna części GTE. // Lotnictwo. prost. - 1973. - nr 6. С7 13 -16
6. Bogusław W.A., Jacenko W.K., Zhemanyuk P.D., Pukhalskaya G.V., Pavlenko D.V., Ben V.P. Obróbka wykończeniowa i hartująca części GTE - Zaporoże, wyd. OJSC "MotorSich", 2005 - 559 s.
7. Demin F. I., Pronichev N. D., Shitarev I. L. Technologia wytwarzania głównych części silników turbinowych: Proc. dodatek. - M.: Mashinostroenie. 2002r. - 328 s.; chory.
8. Sulima AM, Shulov V.A., Yagodkin Yu.D. Warstwa wierzchnia i właściwości eksploatacyjne części maszyn. M.: Mashinostroyeniyu, 1988.240s.
9. Skubachevskiy GS Lotnicze silniki turbinowe: Podręcznik dla studentów uczelni lotniczych. M.: Mashinostroenie, 1969-544 s.
10. Matalin A. A. Technologia inżynierska: Podręcznik dla studentów. M.: Mashinostroenie, 1985-512 s.
11. http://www.nfmz.ru/lopatki.htm
UAB „Naro-Fominsk Machine-Building Plant” Łopaty sprężarki GTE
12. http://www.nfmz.ru/lopatki.htm
Doktor nauk technicznych Yury Eliseev, dyrektor generalny FSPC MMPP „Salyut”, Zaawansowane technologie produkcji łopatek GTE

Ważna uwaga!
Podczas pisania tego streszczenia praca mistrza nie została jeszcze zakończona. Ostateczne zakończenie: grudzień 2009 Pełny tekst prace i materiały na ten temat można otrzymać od autora lub jego promotora po określonym terminie.