Tehnologia de fabricare a lamelor de nouă generație a fost pusă în producție la umpo. De la palete cu un singur cristal nerăcit până la palete de turbină cu răcire penetrantă (transpirație), fabricate folosind tehnologii aditive (revizuire a tehnologiei de

Paletele motoarelor cu turbine cu gaz (GTE) sunt cele mai masive părți din producția acestor centrale electrice.

Numărul total de pale din rotorul și statorul GTE, în funcție de designul acestuia, poate ajunge la câteva mii de piese cu o gamă de două până la trei duzini de articole, în timp ce dimensiunile pot varia de la câteva zeci de milimetri până la un metru și jumătate. Paletele turbinei sunt cele mai dificil de fabricat și cele mai responsabile în funcționare. Intensitatea forței de muncă pentru fabricarea acestor piese în costurile totale de muncă pentru producția de motoare cu turbină cu gaz este de cel puțin 70 - 80%.

Perfecţiune procese tehnologice fabricarea palelor de motoare cu turbină cu gaz (GTE) ar trebui să rezolve în primul rând problema creșterii indicatori economici proces, și anume: creșterea ratei de utilizare a materialului; reducerea complexității producției; reducerea ciclului tehnologic pentru fabricarea pieselor și a costului pregătirii tehnologice a producției.

Baza pentru rezolvarea acestei probleme este dezvoltarea tehnologiilor de grup pentru fabricarea pieselor principale ale unui motor cu turbină cu gaz, care determină costul acestuia. Aceste piese includ în principal palete de turbină și compresor, rotoare deschise și semiînchise. Alegerea unei tehnologii sau a alteia depinde de caracteristici de proiectare Detalii. Cu toate acestea, pentru același design al lamei, pot fi utilizate procese tehnologice diferite, alegerea celui mai optim dintre acestea fiind determinată fezabilitate economica utilizarea acestuia în cadrul unui anumit program de lansare, de ex. la fabricarea aceleiași piese în diferite stadii de dezvoltare a producției - de la unic la în serie - se folosesc tehnologii diferite, în timp ce trecerea de la o tehnologie la alta poate fi redusă semnificativ dacă sunt respectate anumite principii generale.

Aceste principii trebuie să îndeplinească condițiile producție automatizată, unde atingerea preciziei geometrice cerute și a calității stratului de suprafață este garantată prin respectarea uneia sau alteia tehnologii de grup implementate pe mașini polivalente și utilizarea unor procese speciale.

Unul dintre cei mai importanți oameni de știință și designeri sovietici a fost Mihail Mil. Această persoană unică a lucrat ca proiectant șef în construcția de elicoptere. Folosind cunoștințele sale remarcabile, au fost create elicoptere Mi-1, Mi-2, Mi-4, Mi-6, Mi-8, Mi-10, Mi-12, Mi-24 etc.

Tehnologia grupului se bazează pe modele standard ale pieselor. Clasificarea acestora din urmă Tipuri variate se realizează ținând cont de asemănarea caracteristicilor de proiectare și a scopului funcțional al acestora. Acest lucru permite procesării unor părți dintr-un anumit grup pentru a aplica tehnologii similare. Baza formării grupurilor de piese similare este o varietate de piese utilizate în motoarele cu turbină cu gaz (GTE).

Pe baza semnelor uniforme de asemănare și diferență de părți, se pot forma următoarele grupuri cu trăsături caracteristice: palete de turbină; lame de duză; palete de compresor; inele; discuri; arbori; deflectoare; suporturi etc. Astfel, se oferă un grup de piese - lamele de compresor GTE, care ar trebui să fie fabricate în cadrul unei singure tehnologii standard.

Utilizarea tehnologiei de grup ca una dintre etapele producției necesită codificarea sa obligatorie pe baza sistemului de clasificare a pieselor. Acest sistem este construit pe principiul distribuirii pieselor în grupuri de către proiectantul produsului. Asemănarea geometrică a detaliilor joacă un rol decisiv în acest sens. Această asemănare determină un alt punct de vedere comun - asemănarea metodelor de prelucrare, adică. aceeași succesiune de operații, metode de tăiere și, în consecință, aceeași echipamente tehnologice pentru fabricarea lor.

Următoarea etapă de clasificare este utilizarea codurilor (numerelor) operațiunilor tehnologice de grup. Codul de operare trebuie să implice o operațiune tehnologică specifică care determină una sau alta etapă a tehnologiei grupului.

De exemplu, operațiunea 005 - producerea bazelor tehnologice pentru prelucrare din baze de turnătorie; operațiunea 095 - prelucrarea suprafețelor care se împerechează cu o altă piesă din baza tehnologică etc. Astfel, la compilare tehnologie nouă pentru fabricarea unei piese incluse într-o anumită grupă, numărul operațiunii (codul) este utilizat pentru integrarea acestei piese în capacitățile tehnologice implicate în această operațiune.

Cu toate acestea, industriile existente includ deja număr mare tehnologiile create în perioada anterioară, care ar trebui să fie combinate și în cadrul tehnologiei grupului, păstrându-și în același timp sistemul de clasificare existent pentru piese, procese tehnologice, scule etc.

În plus, în cadrul aceluiași grup, pot exista părți cu diferențe de proiectare care implică introducerea de operațiuni suplimentare în tehnologie. Aceste operațiuni nu schimbă radical tehnologia grupului, ele se desfășoară în cadrul acesteia. Cu toate acestea, ele schimbă semnificativ tehnologia unei anumite piese incluse în acest grup. Datorită acestor diferențe de proiectare, pentru a efectua una sau alta etapă a tehnologiei de grup pentru o anumită piesă, aceasta poate fi utilizată număr diferit operațiuni tehnologiceși, în consecință, dispozitive, tăiere și instrument de măsurare etc.

Astfel, sistemul tehnologic de tehnologii de grup este conceput, pe de o parte, pentru a generaliza experiența etapelor anterioare de dezvoltare a întreprinderii, pe de altă parte, pentru a crea un sistem ordonat de pregătire tehnologică a producției pentru dezvoltarea ulterioară a întreprinderii.

Modelul de utilitate se referă la domeniul construcției motoarelor și poate fi utilizat în paletele unui motor cu turbină cu gaz (GTE) pentru aplicații aviatice, navale și terestre (ca parte a unei centrale electrice). Modelul de utilitate rezolvă problema creșterii rezistenței la oboseală la încovoiere a unei lame prin reducerea tensiunilor de tracțiune în blocarea acesteia pentru a evita defectarea prematură a lamei. O sarcină suplimentară este posibilitatea de a aplica soluția propusă la lame GTE răcite. Problema se rezolvă prin faptul că paleta turbinei GTE conține un lacăt de pom de Crăciun, pe care se realizează un concentrator de tensiune sub formă de gaură. Nou în modelul de utilitate propus este că gaura este situată de-a lungul axei lamei GTE. Lama poate conține un canal care comunică cu gaura, formând un singur concentrator de stres. Acest design al dispozitivului de blocare în schelet al paletei turbinei GTE mărește rezistența la oboseală la încovoiere a lamei prin reducerea tensiunilor de tracțiune din blocarea acesteia, ceea ce face posibilă evitarea defectării premature a lamei.

Modelul de utilitate se referă la construcția motoarelor și poate fi utilizat în paletele unui motor cu turbină cu gaz (GTE) pentru aplicații de aviație, nave și sol (ca parte a unei centrale electrice).

Cunoscut pentru proiectarea palelor turbinei motorului cu turbină cu gaz, care conțin un lacăt de pom de Crăciun (Skubachevsky G.S. Motoare cu turbină cu gaz pentru avioane. Proiectarea și calculul pieselor. - M.: Mashinostroenie, 1981, p. 89, Fig. 3.27).

Dezavantajul unei lame cu o astfel de blocare este că nu prevede implementarea concentratorului de stres. Absența unui concentrator duce la distrugerea nu numai a lamelor, ci și a discului atunci când sarcina este îndepărtată brusc.

De asemenea, este cunoscută designul lamei GTE, care conţine un încuietor de pom de Crăciun şi cel puţin un concentrator de tensiuni sub forma unui orificiu în încuietoare situată peste axa lamei (brevet GB 1468470 din 30.03.1977).

Dezavantajul acestui design este că încuietoarea pomului de Crăciun în timpul funcționării este supusă unor solicitări de tracțiune, a căror creștere duce la o rezistență insuficientă la oboseală la încovoiere. Rezultatul este defectarea prematură a lamei GTE. De asemenea, acest design nu poate fi utilizat în lamele răcite, deoarece există o scurgere de aer de răcire.

Obiectivul tehnic al modelului de utilitate este de a crește rezistența la oboseală la încovoiere a lamei prin reducerea tensiunilor de tracțiune în blocarea acesteia pentru a evita defectarea prematură a lamei.

O provocare tehnică suplimentară este posibilitatea aplicării soluției propuse la lamele GTE răcite.

Problema se rezolvă prin faptul că paleta turbinei GTE conține un lacăt de pom de Crăciun, pe care se realizează un concentrator de tensiune sub formă de gaură.

Nou în modelul de utilitate propus este că gaura este situată de-a lungul axei lamei GTE.

În plus, lama poate conține un canal care comunică cu gaura, formând un singur concentrator de stres.

Desenul propus prezintă o secțiune longitudinală a unei pale de turbină cu gaz.

Lama motorului cu turbină cu gaz include o încuietoare 1 pentru brad de Crăciun. Lacătul 1 pentru brad de Crăciun conține un concentrator de tensiuni sub forma unei găuri 2 realizate de-a lungul axei 3 a lamei.

Paleta turbinei GTE este echipată cu un canal 4 pentru răcire, care este conectat cu orificiul 2.

În timpul funcționării roții turbinei GTE, în cazul unei defecțiuni din cauza unei îndepărtari bruște a sarcinii, viteza de rotație a discului crește sub influența forțelor centrifuge în creștere. La rândul lor, forțele centrifuge măresc tensiunile de compresiune și încovoiere în zăvorul de molid 1 și în disc (neprezentat în desen), în timp ce tensiunile de tracțiune sunt reduse datorită prezenței unui concentrator de tensiuni sub forma unui orificiu 2 realizat. pe încuietoarea de molid 1 de-a lungul axei lamei. Acest lucru duce la o creștere a rezistenței la oboseală la încovoiere în blocarea lamei, ceea ce evită defectarea prematură a lamei.

Palatul turbinei motorului cu turbină cu gaz funcționează ca o paletă răcită atunci când aerul trece prin canalul 4 pentru răcire, care este conectat cu orificiul 2 pentru răcirea blocului de brad 1 al paletei.

Acest design al paletei turbinei GTE face posibilă creșterea rezistenței la oboseală la încovoiere a palei datorită reducerii tensiunilor de tracțiune în blocarea acesteia pentru a evita distrugerea prematură a palei; poate fi aplicat la palele GTE răcite.

Formula modelului de utilitate

1. Pală de turbină a unui motor cu turbină cu gaz conţinând un încuietor de pom de Crăciun, pe care este realizat cel puţin un concentrator de tensiuni sub formă de orificiu, caracterizat prin aceea că orificiul este realizat de-a lungul axei palei.

2. Pala de turbină a unui motor cu turbină cu gaz conform revendicării 1, caracterizată prin aceea că paleta conţine cel puţin un canal de răcire, care este în comunicare cu orificiul.

Producția de pale GTE ocupă un loc special în industria motoarelor de aeronave, care se datorează mai multor factori, dintre care principalii sunt:

forma geometrică complexă a profilului aerodinamic și a tijei lamei;

precizie ridicată de fabricație;

utilizarea de materiale scumpe și rare pentru fabricarea lamelor;

producție în masă de lame;

dotarea procesului tehnologic de fabricare a lamelor cu echipamente specializate costisitoare;

complexitatea generală a producției.

Compresorul și paletele turbinei sunt cele mai masive părți ale motoarelor cu turbine cu gaz. Numărul lor într-un kit de motor ajunge la 3000, iar intensitatea muncii de fabricație este de 25 ... 35% din intensitatea totală a forței de muncă a motorului.

Pena scapulei are o formă spațială complexă extinsă

Lungimea părții de lucru a stiloului este de la 30-500 mm cu un profil variabil în secțiuni transversale de-a lungul axei. Aceste secțiuni sunt strict orientate în raport cu planul de proiectare de bază și profilul interblocării. LA secțiuni transversale sunt date valorile calculate ale punctelor care determină profilul spatelui și jgheabului lamei în sistemul de coordonate. Valorile acestor coordonate sunt date în tabel. Secțiunile transversale sunt rotite una față de alta și creează o răsucire a penei lamei.

Precizia profilului profilului lamei în sistemul de coordonate este determinată de abaterea admisă de la valorile nominale date ale fiecărui punct al profilului aerodinamic. În exemplu, aceasta este 0,5 mm, în timp ce eroarea unghiulară în răsucirea stiloului nu trebuie să depășească 20 ′.

Grosimea stiloului are valori mici; la intrarea și ieșirea fluxului de aer către compresor, aceasta variază de la 1,45 mm la 2,5 mm pentru diferite secțiuni. În acest caz, toleranța de grosime variază de la 0,2 la 0,1 mm. De asemenea, sunt impuse cerințe mari pentru formarea razei de tranziție la intrarea și la ieșirea profilului aerodin al lamei. În acest caz, raza se schimbă de la 0,5 mm la 0,8 mm.

Rugozitatea profilului profilului lamei trebuie să fie de cel puțin 0,32 µm.

În partea de mijloc a profilului aerodin al lamei există rafturi de susținere cu un profil complex. Aceste rafturi joacă rolul suprafețelor de proiectare auxiliare ale lamelor, iar pe suprafețele lor de rulment sunt aplicate acoperiri din aliaj dur de carbură de tungsten și carbură de titan. Rafturile din mijloc, care se conectează între ele, creează un singur inel de sprijin în prima roată a rotorului compresorului.

În partea inferioară a lamei există un raft de blocare, care are o formă spațială complexă, cu parametri de secțiune transversală variabili. Rafturile inferioare ale paletelor creează un circuit închis în roata compresorului și asigură alimentarea lină cu aer a compresorului. Schimbarea distanței dintre aceste rafturi se efectuează în intervalul 0,1 ... 0,2 mm. Partea superioară a profilului lamei are o suprafață modelată, a cărei generatoare este situată exact în raport cu profilul de blocare și marginea anterioară a profilului aerodinamic. Distanța dintre vârfurile paletelor și carcasa roții statorului compresorului depinde de precizia acestui profil.

Profilul de lucru al paletei paletelor de rafturi și încuietoare este supus unor metode de prelucrare de întărire pentru a crea solicitări de compresiune pe suprafețele generatricei. De asemenea, se impun cerințe ridicate asupra stării suprafețelor lamelor, pe care nu sunt permise fisuri, arsuri și alte defecte de fabricație.

Materialul lamei aparține celui de-al doilea grup de control, care asigură o verificare aprofundată a calității fiecărei lame. Pentru un lot de lame se prepară și o probă specială, care este supusă analizei de laborator. Cerințele pentru calitatea palelor compresorului sunt foarte ridicate.

Metodele de obținere a semifabricatelor inițiale pentru astfel de piese și utilizarea metodelor tradiționale și speciale pentru prelucrarea ulterioară determină calitatea producției și indicatorii economici ai producției. Blankurile inițiale ale paletelor compresorului sunt obținute prin ștanțare. În acest caz, pot fi obținute piese de prelucrat cu o precizie sporită, cu adaosuri mici pentru prelucrare. Mai jos luăm în considerare procesul tehnologic de fabricare a paletelor compresorului, piesa de prelucrat originală, care a fost obținută prin ștanțare la cald de precizie obișnuită. La crearea unei astfel de piese de prelucrat, au fost identificate modalități care reduc complexitatea producției și implementarea indicatorilor enumerați, calitatea palelor compresorului.

La dezvoltarea procesului tehnologic au fost stabilite următoarele sarcini:

Crearea semifabricatului inițial prin ștanțare la cald cu o admisie minimă pentru pana lamei.

Crearea de profituri tehnologice pentru orientarea și fixarea fiabilă a piesei de prelucrat în sistemul tehnologic.

Dezvoltarea echipamentelor tehnologice și aplicarea metodei de orientare a piesei inițiale în sistemul tehnologic în raport cu profilul profilului lamei în vederea repartizării (optimizării) aportului la diferite etape de prelucrare.

Utilizarea unei mașini CNC pentru a prelucra contururi complexe în operațiunile de frezare.

Utilizarea metodelor de finisare de prelucrare prin șlefuire și lustruire cu garanția indicatorilor de calitate ai suprafețelor.

Crearea unui sistem de control al calitatii pentru executarea operatiunilor la principalele etape de productie.

Tehnologia de traseu pentru fabricarea lamelor. Ștanțarea și toate operațiunile conexe sunt efectuate folosind tehnologia convențională de ștanțare la cald de precizie. Prelucrarea se realizează pe prese cu manivela în conformitate cu cerințele tehnice. Pantele de ștanțare sunt 7…10°. Razele de tranziție ale suprafețelor de ștanțare se realizează în R=4mm. Toleranțe pentru dimensiuni orizontale și verticale conform IT-15. Deplasarea permisă de-a lungul liniei de separare a ștampilelor nu este mai mare de 2 mm. Pena piesei originale este supusă rulării profilate. Urmele flash de-a lungul întregului contur al piesei de prelucrat nu trebuie să depășească 1 mm.

Paletele compresorului sunt unul dintre cele mai critice și produse în serie de produse ale motoarelor și, având o durată de viață de la câteva ore până la câteva zeci de mii de ore, experimentează o gamă largă de efecte de la solicitările dinamice și statice, fluxul de gaz la temperatură ridicată care conține abraziv. particule, precum și produși oxidativi ai mediului și combustibil de ardere. În același timp, trebuie remarcat faptul că, în funcție de locația geografică de funcționare și de modul de funcționare al motorului, temperatura de-a lungul traseului său variază de la -50 ... -40 ° C la

700…800 С° în compresor. La fel de materiale de construcție pentru paletele compresoarelor motoarelor moderne cu turbină cu gaz se folosesc aliaje de titan (VT22, VT3-1, VT6, VT8, VT33), oțeluri rezistente la căldură (EN961 Sh, EP517Sh) și aliaje turnate pe bază de nichel (ZhS6U, ZhS32). folosit pentru palele turbinei.

Experiența de operare și reparare a motoarelor pentru aeronave militare arată că asigurarea resursei alocate de 500-1500 de ore depinde în mare măsură de nivelul de deteriorare a compresorului și palelor turbinei. În același timp, în cele mai multe cazuri este asociată cu apariția de spărturi, fisuri de oboseală și de oboseală termică, coroziune cu sâmburi și gaz și uzură erozivă.

Scăderea limitei de oboseală pentru lamele din treapta a 4-a pe baza a 20 * 10 6 cicluri este de 30% (de la 480 MPa pentru lamele fără defecte, la 340 MPa pentru lamele de reparare), deși solicitările maxime pe lamele reparate ale a 4-a etapă, deși scad, depășește totuși semnificativ efortul asupra marginilor lamei fără spărturi. Creșterile de pe paletele rotorului compresorului duc la o pierdere semnificativă a rezistenței la oboseală a noilor pale. Un număr semnificativ de lame sunt respinse și pierdute iremediabil, deoarece au spărturi care depășesc limita toleranței de reparație. Structurile din titan cu o greutate relativ mică au rezistență ridicată la coroziune, proprietăți mecanice bune și un aspect frumos.

Invenția se referă la producția de turnătorie. Pala unui motor cu turbină cu gaz este realizată prin turnare cu investiții. Omoplatul contine o pana 4, la capatul careia se afla un toc 5, realizat sub forma unei singure piese cu pana. Călcâiul conţine o platformă 5a, în care prima baie 12 este realizată cu suprafeţe radiale 13 şi un fund 14. Baia 12 reduce grosimea călcâiului. În prima baie, la nivelul zonei de interfață 15 dintre pene și călcâi, se realizează o a doua baie 16, care permite turnarea metalului în matrița cochiliei într-un singur punct. Datorită distribuției uniforme a metalului, se previne formarea porozității în lopată. 3 n. și 3 z.p. f-ly, 4 ill.

Desene ale brevetului RF 2477196

Prezenta invenţie se referă la o lamă de metal turnat şi la o metodă de fabricare a acesteia.

Un motor cu turbină cu gaz, cum ar fi un turboreactor, include un ventilator, una sau mai multe trepte de compresor, o cameră de ardere, una sau mai multe trepte de turbină și o duză. Gazele sunt antrenate de rotoarele ventilatorului, compresorului și turbinei, datorită prezenței paletelor radiale fixate la periferia rotoarelor.

Conceptele de poziție sau locație în interior, în exterior, radial, înainte sau în spate ar trebui luate în considerare în raport cu axa principală a motorului cu turbină cu gaz și cu direcția fluxului de gaz în acest motor.

Paleta mobilă a turbinei conține un picior, cu care este atașat de discul rotorului, o platformă care formează un element al peretelui interior care limitează calea gaz-aer și o pană, care este situată în principal de-a lungul axei radiale și este suflată. prin gaze. În funcție de treapta motorului și a turbinei, la capătul său îndepărtat de tijă, paleta se termină cu un element transversal pe axa principală (principală) a profilului aerodinamic, numit călcâi, care formează un element al peretelui exterior care limitează gazul. - calea aerului.

Pe suprafața exterioară a călcâiului se realizează una sau mai multe plăci radiale sau scoici, formând împreună cu peretele statorului opus o garnitură labirint care asigură etanșeitate față de gaze; pentru aceasta, de regulă, peretele statorului menționat este realizat sub forma unui inel din material abrazibil, de care se freacă plăcile. Plăcile conțin o față frontală și una din spate situate transversal pe fluxul de gaz.

Lama poate fi monobloc, adica piciorul, platforma, pana si calcaiul sunt realizate sub forma unei singure piese. Lama este realizată printr-un procedeu de turnare numit „turnare cu ceară pierdută” și este bine cunoscut specialiştilor în domeniu. În acest fel:

Anterior, un model al scapulei este realizat din ceară;

Modelul este scufundat într-o barbotă ceramică refractară, care formează o coajă după ardere;

Ceara este topită și îndepărtată pentru a produce o „forma de coajă” din material refractar, al cărui volum intern determină forma lamei;

Metalul topit este turnat în matrița de coajă, în timp ce mai multe forme de coajă sunt combinate într-un bloc pentru turnarea simultană a metalului;

Forma de coajă este spartă, ceea ce face posibilă obținerea unei spatule metalice.

În punctele în care metalul este turnat în matriță, pe lama metalică turnată se formează excrescențe metalice relativ groase, care trebuie prelucrate după turnarea lamei. De regulă, metalul este turnat la nivelul călcâiului lamei. Diametrul canalului de turnare și, în consecință, acumularea formată ulterior este semnificativ, iar turnarea are loc în apropierea plăcilor garniturii labirint, care au o grosime mică; ca urmare, dacă este prevăzut un singur punct de turnare, există o distribuție proastă a metalului în matrița de înveliș și există probleme cu porozitatea lamei, în special la nivelul lamelor sale.

Această problemă poate fi rezolvată prin asigurarea a două orificii de admisie de turnare, în timp ce diametrul canalelor de turnare este redus în mod corespunzător. Astfel, în loc de un canal de turnare diametru mare se obțin două canale de turnare cu diametru mai mic, distanțate, ceea ce asigură o mai bună distribuție a metalului și evită problemele de porozitate.

Cu toate acestea, este de dorit să se rezolve aceste probleme de porozitate prin menținerea unui singur punct de curgere.

În acest sens, invenția are ca obiect o paletă de motor cu turbină cu gaz, realizată prin turnare, care conține o pană, la capătul căreia se află un călcâi, realizat sub forma unei singure piese cu pana, cu care este conectată la nivelul zonei de interfață, în timp ce călcâiul conține o platformă pe care, conform a cel puțin unei plăci de etanșare, se realizează prima baie în platformă, caracterizată prin aceea că cea de-a doua baie este realizată în prima baie la nivelul nivelul interfeței dintre pene și călcâi.

Prezența unei băi într-o altă baie la nivelul zonei de interfață dintre folie aerodinamică și călcâi evită îngroșarea prea mare în această zonă și în timpul turnării lamei prin turnare asigură o mai bună distribuție a metalului lichid în matriță. Distribuția îmbunătățită a metalului lichid în matriță permite ca metoda de turnare să fie utilizată cu un singur punct de turnare a metalului. Avantajul fabricării unei lame cu un singur punct de turnare este simplitatea excepțională a matriței de coajă și, dacă este necesar, a blocului de forme de coajă; costul de fabricație a lamelor este redus, în timp ce calitatea acestora este îmbunătățită.

În plus, cantitatea de material la nivelul călcâiului este optimizată, ceea ce reduce greutatea și costul lamei.

În plus, solicitările mecanice asupra călcâiului și/sau penei sunt optimizate și sunt mai bine absorbite de lamă pe măsură ce se realizează o distribuție mai bună a masei.

De preferinţă, prima baie este limitată de suprafeţele radiale şi de fund, iar a doua baie este formată în fundul primei băi.

De asemenea, este de preferat ca a doua tavă să fie realizată de-a lungul axei principale a lamei opusă zonei de interfață dintre călcâi și pană.

Este recomandabil ca folia aerodină a lamei să fie formată dintr-un perete solid și să conțină suprafețe curbate în zona de împerechere, a doua baie să conțină suprafețe radiale curbate și o suprafață inferioară și ca suprafețele radiale curbate ale celei de-a doua băi să fie amplasate practic paralel cu suprafețe curbate ale profilului aerodinamic în zona de împerechere, care asigură în esență o grosime constantă a lamei în zona de interfață.

Obiectul invenţiei este, de asemenea, o turbină care conţine cel puţin o paletă în conformitate cu prezenta invenţie.

Obiectul invenţiei este, de asemenea, un motor cu turbină cu gaz care conţine cel puţin o turbină în conformitate cu prezenta invenţie.

Obiectul invenției este, de asemenea, o metodă de fabricare a unei pale de motor cu turbină cu gaz, cuprinzând următoarele etape:

Se realizează un model în ceară al lamei, care conține o pană, la capătul căreia se realizează un călcâi, formând o singură parte cu pana, cu care se leagă la nivelul zonei de interfață, în timp ce călcâiul conține o platformă. pe care se realizează cel puțin o placă de etanșare, în timp ce în prima baie se efectuează pe platformă, a doua baie se execută în prima baie la nivelul zonei de conjugare dintre pene și călcâi,

O spatulă din ceară este scufundată într-o barbotă refractară,

Forma de coajă este realizată din material refractar,

Metalul topit este turnat în matrița de coajă printr-o singură intrare de turnare,

Se sparge forma de coajă și se obține o spatulă.

Prezenta invenţie va fi mai evidentă din următoarea descriere a unui exemplu de realizare preferat a unei lame conform prezentei invenţii şi a unui procedeu pentru realizarea acesteia cu referire la desenele însoţitoare.

Smochin. 1 este o vedere laterală schematică a unei pale de turbină în conformitate cu prezenta invenţie.

Smochin. 2 - vedere izometrică frontală Partea exterioară tocuri cu lame.

Smochin. 3 este o vedere în secţiune a lamei de-a lungul planului III-III din fig. unu.

Smochin. 4 este o vedere laterală izometrică a părții exterioare a călcâiului scapulei.

După cum se arată în FIG. 1, paleta 1 conform prezentei invenţii este formată în esenţă de-a lungul unei axe majore A, care este în esenţă radială în raport cu axa B a motorului cu turbină cu gaz care conţine paleta 1. În acest caz vorbim despre paleta turbinei unui turboreactor. Omoplatul 1 conține un picior 2 situat la interior, o platformă 3, o pană 4 și un călcâi 5, care este situat la exterior. Călcâiul 5 se împerechează cu pana 4 în zona de interfață 15 . Piciorul 2 este proiectat pentru a fi instalat în soclul rotorului pentru montarea pe acest rotor. Platforma 3 este realizată între piciorul 2 și pana 4 și conține o suprafață situată transversal față de axa A a lamei 1, formând un element de perete care limitează traseul gaz-aer al acesteia. interior; peretele menţionat este format din toate platformele 3 ale paletelor 1 ale treptei turbinei în cauză, care sunt adiacente una cu cealaltă. Pena 4 este, în general, situată de-a lungul axei principale A a lamei 1 și are o formă aerodinamică corespunzătoare scopului său, așa cum este cunoscut celor de specialitate în domeniu. Călcâiul 5 conține o platformă 5a, care este realizată la capătul exterior al profilului aerodinamic 4 în esență transversal față de axa principală A a lamei 1.

După cum se arată în FIG. 2 şi 4, platforma de călcâi 5 cuprinde o margine anterioară 6 şi o margine posterior 7 direcţionate transversal faţă de fluxul de gaz (curgerea este în general paralelă cu axa B a turboreactorului). Aceste două margini transversale, față 6 și spate 7, sunt conectate prin două margini laterale 8, 9, care au un profil în formă de Z: fiecare margine laterală 8, 9 conține două secțiuni longitudinale (8a, 8b, 9a, 9b respectiv) conectate unul față de celălalt secțiunea 8", respectiv 9", care este în esență transversală sau realizată cel puțin într-un unghi față de direcția fluxului de gaz. De-a lungul marginilor laterale 8, 9 călcâiul 5 vine în contact cu călcâiele a două pale adiacente de pe rotor. În special, pentru a amortiza vibrațiile la care sunt supuse în timpul funcționării, lamele sunt montate pe un disc cu eforturi substanțial de torsiune în jurul axei lor principale A. Călcâiele 5 sunt astfel proiectate încât lamele sunt supuse la torsiune. efort atunci când este sprijinit pe lamele adiacente de-a lungul secțiunilor transversale 8" , 9" marginile laterale 8, 9.

Pornind de la suprafaţa exterioară a platformei 5a a călcâiului 5, sunt realizate plăci radiale 10, 11 sau scoici 10, 11, în acest caz în cantitate de două; este, de asemenea, posibil să se furnizeze o singură placă sau mai mult de două plăci. Fiecare placă 10, 11 este realizată transversal pe axa B a motorului cu turbină cu gaz, pornind de la suprafața exterioară a platformei talonului 5, între două secțiuni longitudinale opuse (8a, 8b, 9a, 9b) ale marginilor laterale 8. , 9 al călcâiului 5.

Platforma 5a a călcâiului 5 este în general formată la un unghi radial în raport cu axa B a motorului cu turbină cu gaz. Într-adevăr, în turbină, secțiunea transversală a căii gaz-aer crește de la intrare la ieșire pentru a asigura expansiunea gazelor; astfel, platforma 5a a călcâiului 5 se îndepărtează de axa B a motorului cu turbină cu gaz de la intrare la ieșire, în timp ce suprafata interioara formează limita exterioară a căii gaz-aer.

În platforma 5a a călcâiului 5 se formează (datorită configurației matriței) o primă baie 12. Această primă baie 12 este o cavitate formată din suprafețe periferice 13 care formează o bordură, care sunt realizate pornind de la suprafața exterioară a platforma 5a și sunt conectate la suprafața 14, formând fundul 14 al băii 12. Suprafețele periferice 13 sunt dispuse în esență radial și în acest caz sunt curbate pe interior, formând o pereche între suprafața exterioară a platformei 5a și suprafața fundului 14 al căzii 12. Aceste suprafețe radiale curbate 15 sunt în general paralele cu marginile laterale 8, 9 și cu marginile transversale 6, 7 platformele 5a ale călcâiului 5, urmându-și forma când sunt privite de sus (de-a lungul axa principală A a lamei 1). Este posibil ca unele zone ale călcâiului 5 să nu conțină astfel de suprafețe radiale 13, caz în care suprafața fundului 14 al băii 12 merge direct la marginea laterală (vezi marginea 9a din Fig. 2) (trebuie remarcat că în Fig. .4 aceste zone nu sunt în același loc).

O baie 12 de acest tip a fost deja utilizată în spatule cunoscute. Funcția sa este de a ușura călcâiul 5 păstrându-l în același timp proprietăți mecanice: grosimea platformei 5a a călcâiului 5 este semnificativă în apropierea marginilor laterale 8, 9 ale căror suprafeţe laterale, în contact cu lamele adiacente, sunt supuse unor solicitări puternice în timpul rotaţiei lamei 1, în timp ce cele centrale o parte a platformei 5a a călcâiului 5, care este supusă unei solicitări mai mici, este realizată cu o adâncitură care formează prima baie 12.

În plus, călcâiul conține o baie 16 în prima baie 12, denumită în continuare a doua baie 16. A doua baie 16 este realizată la nivelul zonei de interfață 15 dintre călcâiul 5 și pana 4. În special, a doua baie se face de-a lungul axei principale A a lamei 1 opusă zonei 15 de împerechere dintre călcâiul 5 și pană 4.

A doua baie 16 este o cavitate formată din suprafețele periferice 17, formând o latură, care leagă suprafața inferioară 14 a primei băi 12 cu suprafața 18, care formează fundul celei de-a doua băi 16 (și situată pe partea interioară cu față de suprafața inferioară 14 a primei băi 12). Suprafețele periferice 17 sunt dispuse substanțial radial, în acest caz fiind curbate pe părțile exterioare și interioare, formând o conjugare între suprafața inferioară 14 a primei cuve 14 și suprafața inferioară 18 a celei de-a doua cuve 16. Aceste suprafețe radiale curbate 17 sunt în esență paralele cu suprafețele penei 4, urmând forma când sunt privite de sus (de-a lungul axei principale A a lamei 1) (vezi Fig. 4).

Cea de-a doua cuvă 16 este realizată în timpul turnării (cu alte cuvinte, configurația formei de înveliș pentru a turna lama 1 este adaptată pentru turnarea unei astfel de cuve 16). Lama este realizată prin turnare pe modele din ceară pierdută, așa cum este descris mai sus în descriere.

Prezența celei de-a doua băi 16 evită grosimea excesivă în zona 15 a interfeței dintre călcâiul 5 și pana 4. Datorită acestui fapt, în timpul turnării metalului în matrița coajă, metalul este distribuit mai uniform, ceea ce face ca este posibil să se evite formarea porozității, chiar dacă metalul este turnat doar la un punct de turnare.

Astfel, lama 1 poate fi realizată printr-o metodă de turnare prin investiție cu o singură intrare de turnare a metalului lichid pentru fiecare matriță de înveliș, iar o astfel de metodă este mai simplă și mai ieftină. Dacă formele sunt combinate în blocuri, metoda este și mai simplă. În plus, prin turnarea în matrița de înveliș printr-un singur orificiu de turnare, lama fabricată conține doar o singură acumulare reziduală, care este îndepărtată prin prelucrare. Prelucrarea unei astfel de piese este mai simplă.

În plus, greutatea și, în consecință, costul lamei 1 este redusă datorită prezenței celei de-a doua tăvi 16, în timp ce tensiunile pe călcâiul 5, precum și tensiunile asupra penei 4, sunt mai bine distribuite și, prin urmare, mai bine perceput de lamă 1.

În acest caz, stiloul 4 este realizat sub forma unui perete solid, adică fără răcire cu ajutorul unei cămașe sau a unei cavități realizate în grosimea peretelui său. De preferință, suprafețele periferice 17 și suprafața inferioară 18 a celei de-a doua cuve 16 sunt proiectate astfel încât grosimea paletei 1 să fie substanțial constantă în interfața 15 dintre călcâiul 5 și pana 4. Acest lucru semn distinctiv vizibil în fig. 3. În special, dacă desemnăm 15a, 15b suprafeţele curbe ale penei 4 la nivelul zonei de interfaţă 15 dintre pana 4 şi călcâiul 5, atunci în fig. 3 se poate observa că suprafeţele radiale curbate 17 ale celei de-a doua băi 16 sunt în esenţă paralele cu suprafeţele curbe 15a, 15b ale stiloului 4, faţă de care sunt amplasate. în exemplul de realizare ilustrat, raza suprafeţelor radiale curbate 17 ale celei de-a doua băi 16 nu este identică cu raza suprafeţelor curbate opuse 15a, 15b ale penei 4, dar totuşi aceste suprafeţe sunt în mod substanţial paralele.

O parte a celei de-a doua băi 16, situată în fig. 3 din stânga, se caracterizează printr-o formă curbată continuă, fără nicio zonă plană între suprafața radială curbată 13 a primei tăvi 12, fundul 14 a primei tăvi 12 și suprafața radială curbată 17 a celei de-a doua tăvi 16. Cu toate acestea, pe partea celei de-a doua tăvi 16, situată în fig. 3 din dreapta, fiecare dintre aceste zone este clar vizibilă. Execuția între ele a diferitelor secțiuni în zona luată în considerare (în secțiune) depinde de poziția suprafețelor călcâiului 5 în raport cu suprafețele penei 4.

Invenţia este descrisă pentru o paletă de turbină mobilă. Totuși, de fapt, se poate aplica pe orice lamă, realizată prin turnare și care conține o pană, la capătul căreia se realizează un călcâi sub forma unei singure piese cu pană.

REVENDICARE

1. Lama unui motor cu turbină cu gaz, realizată prin turnare, conţinând o pană, la capătul căreia se află un călcâi, realizată sub forma unei singure piese cu pană, cu care se leagă la nivelul zonă de interfață, în timp ce călcâiul conține o platformă pe care cel puțin una este o placă de etanșare, iar prima baie este realizată în platformă, caracterizată prin aceea că a doua baie este realizată în prima baie la nivelul zonei de interfață dintre pene și călcâiul.

2. Spatulă conform revendicării 1, caracterizată prin aceea că prima baie este definită de suprafeţe radiale şi un fund, iar cea de-a doua baie este formată în fundul primei băi.

3. Lamă conform revendicării 1, în care cea de-a doua tavă este realizată de-a lungul axei principale (A) a lamei opusă zonei de interfaţă dintre călcâi şi pană.

4. Lama conform revendicării 3, în care stiloul este format dintr-un perete solid și conține suprafețe curbate în zona de împerechere, iar a doua tavă conține suprafețe radiale curbate și o suprafață inferioară, în timp ce suprafețele radiale curbate ale celei de-a doua tăvi. sunt situate în esență paralele cu suprafețele curbe ale stiloului în zona de interfață, ceea ce asigură o grosime substanțial constantă a lamei în zona de interfață.

5. Turbină care conţine cel puţin o paletă conform revendicării 1.

6. Motor cu turbină cu gaz care conţine cel puţin o turbină conform revendicării 5.

Relevanța lucrării

Resursa și fiabilitatea motoarelor de aeronave sunt determinate în principal de capacitatea portantă a palelor compresorului (Fig. 1), care sunt părțile cele mai critice și foarte încărcate care suferă sarcini alternante și ciclice semnificative în timpul funcționării, care acționează asupra lor la frecvențe înalte. . Paletele compresorului sunt partea cea mai masivă, foarte încărcată și critică a motorului unui avion.
O caracteristică a palelor compresorului, care au muchii subțiri de intrare și de ieșire și sunt realizate din aliaje de titan, care sunt foarte sensibile la concentrarea tensiunilor, este că sunt primele care întâlnesc un corp străin (pasăre, grindină etc.) care are a intrat în tractul motorului.
Riscurile, tăieturile, daunele de eroziune și alte defecte cresc semnificativ nivelul tensiunilor locale de vibrație, ceea ce reduce drastic caracteristici de rezistență omoplati. Prin urmare, crearea unei combinații favorabile de proprietăți ale stratului de suprafață la operațiunile de finisare și călire are o mare influență asupra creșterii capacitatea portantă palele motorului cu turbină cu gaz. O sarcină urgentă este de a evalua efectul întăririi la suprafață asupra rezistenței la impact a lamelor la impactul cu obiecte străine.

Figura 1 - Modelul paletei compresorului GTE (10 cadre, 20 cicluri)

În prezent, în fabricarea palelor de compresor, sunt utilizate pe scară largă metode de deformare plastică și prelucrare mecanică, precum și tehnologii complexe la operațiunile de finisare ale procesului tehnologic.
Prelucrarea vibroabrazivă (VO) pe instalații speciale și-a găsit o largă aplicație în producția de palete de compresor din aliaje de titan. Un efect pozitiv asupra eficacității procesării vibroabrazive este utilizarea de lichide chimic active împreună cu un abraziv.
Tratamentul cu ultrasunete cu bile (UZO) face posibilă formarea unei combinații favorabile a caracteristicilor stratului de suprafață al paletelor compresorului, care au rigiditate scăzută, precizie ridicată de fabricație, configurație complexă și margini subțiri.
Sablarea pneumatică (PDO) se caracterizează prin ciocnirea prin alunecare a bilelor cu suprafața profilului lamei, prevenind supraîntărirea acestora. S-a stabilit că PDA este însoțită de o scădere a neomogenității structurale și face ca structura, distribuția fazelor și tensiunile de compresiune reziduale să fie mai uniforme în stratul de suprafață al foliei paletei. Metoda de sablare pneumatică propusă de tratare de finisare și întărire neutralizează eficient microdefectele tehnologice ale stratului de suprafață format în etapele anterioare ale procesului tehnologic, este însoțită de o creștere semnificativă a limitei de anduranță, o scădere a dispersiei durabilității și nu necesită finisarea ulterioară a marginilor subțiri prin lustruire manuală.
Una dintre metodele promițătoare de tratament de finisare și întărire este metoda de lustruire abrazivă magnetică (MAP). Trăsătură distinctivă MAP este capacitatea de a prelucra piese cu diferite configurații și de a combina operațiunile de finisare și călire într-un singur proces.
Problema eroziunii palelor motoarelor cu turbine cu gaz este în general recunoscută. Intensitatea și tipul de eroziune a palelor compresorului depind nu numai de condițiile de coliziune a particulelor cu suprafața profilului aerodinamic, ci și de combinația caracteristicilor stratului de suprafață.
Pentru a îmbunătăți rezistența la uzură a lamelor, utilizarea din ce în ce mai răspândită a fost tipuri diferite tehnologii complexe - aplicarea acoperirilor cu plasmă în combinație cu diverse metode de finisare și întărire.
Dezvoltarea și introducerea motoarelor în producția de serie este însoțită în prezent de proiectare progresivă și soluții tehnologice, exprimate prin apariția de noi piese, utilizarea de materiale structurale fundamental noi, precum și îmbunătățirea tehnologiilor de producție, asamblare și testare. Procesele tehnologice avansate de prelucrare bazate pe conceptul de tăiere de mare viteză sunt utilizate pe scară largă, metodele de finisare-călire și tratament termic sunt îmbunătățite.
Relația strânsă dintre tehnologia de proiectare și producție a motoarelor a predeterminat o serie de probleme actuale legate de creșterea capacității portante a pieselor cu profil complex folosind metode tehnologice.

Scopul și sarcinile lucrării

Obiectiv- cresterea durabilitatii si calitatii paletelor compresorului GTE prin imbunatatirea suportului structural si tehnologic pentru procesele de fabricatie a palelor compresorului GTE.

Principalele sarcini ale lucrării:
1.) Realizarea unei analize a stării actuale a suportului structural și tehnologic pentru procesele de fabricație a palelor compresorului GTE;
2.) Explorează posibilitățile de creștere a durabilității palelor compresorului prin aplicarea de acoperiri ion-plasmă;
3.) Efectuați experimente pentru a studia proprietățile acoperirii ion-plasmă rezistente la uzură;
4.) Elaborarea de recomandări pentru îmbunătățirea suportului structural și tehnologic pentru procesele de fabricație a palelor compresorului GTE.

Noutatea științifică a lucrării

Noutatea științifică a lucrării constă în elaborarea de recomandări pentru îmbunătățirea suportului structural și tehnologic pentru procesele de fabricație a palelor compresorului GTE și crearea unei structuri optime pentru procesul tehnologic de prelucrare a palelor compresorului GTE. De asemenea, această lucrare oferă o soluție la problema durabilității și rezistenței la uzură a paletelor compresorului GTE.

Parte principală

Paletele compresorului unui motor cu turbină cu gaz

Paletele GTE funcționează la temperaturi ridicate, atingând peste 1200°C pentru turbină și peste 600°C pentru compresor. Modificările multiple ale modurilor de funcționare termică ale motorului - încălzirea rapidă în momentul pornirii și răcirea rapidă când motorul este oprit - determină o modificare ciclică a tensiunilor termice, caracterizată ca oboseală termică (Fig. 2). În plus, partea de profil a profilului aerodinamic și rădăcina lamei, pe lângă tensiunea și îndoirea din cauza forțelor centrifuge, îndoirea și cuplul din fluxul de gaz de mare viteză, suferă solicitări alternative de la sarcinile de vibrație, a căror amplitudine și frecvență variază într-un interval de timp. gamă largă.

Figura 2 - Schema mișcării fluxurilor de gaz în motorul cu turbină cu gaz (3 cadre)

Fiabilitatea funcționării palelor compresorului și turbinei depinde nu numai de rezistența lor structurală, rezistența la sarcinile ciclice și statice pe termen lung, ci și de tehnologia lor de fabricație, care afectează în mod direct calitatea stratului de suprafață al tijei și al penei paletei. În stratul de suprafață se formează concentratoare de tensiuni structurale și tehnologice, acesta fiind afectat de călirea prin muncă și tensiunile reziduale interne din prelucrarea mecanică. În plus, stratul de suprafață este expus la sarcini externe în principalele tipuri de stări de solicitare (încovoiere, tensiune, torsiune) Mediul extern. Acești factori negativi pot duce la distrugerea lamei și, în consecință, la defecțiunea motorului cu turbină cu gaz.
Producția de pale GTE ocupă un loc special în industria motoarelor de aeronave, care se datorează mai multor factori, dintre care principalii sunt:
complex formă geometrică pana și tulpina lamelor;
precizie ridicată de fabricație;
utilizarea de materiale scumpe, cum ar fi oțelurile aliate și aliajele de titan;
producție în masă de lame;
echiparea procesului tehnologic cu echipamente specializate costisitoare;
complexitate ridicată de producție.
Astăzi, următoarele tipuri de prelucrare sunt tipice pentru producția de lame GTE:
întindere;
frezare;
rulare;
lustruire;
lustruire prin vibrații sau șlefuire prin vibrații;
tratament termic .

Formarea stratului de suprafață la operațiunile de finisare pentru fabricarea lamelor

În timpul fabricării lamelor GTE, pe suprafețele acestora se formează microrugozități și riscuri, iar în stratul de suprafață apar transformări structurale și de fază. În plus, în stratul de suprafață se observă o creștere a durității metalului și formarea de tensiuni reziduale.
În condiții de exploatare, stratul de suprafață percepe cele mai mari sarcini și este supus unor efecte fizice și chimice: mecanice, termice, corozive etc.
În cele mai multe cazuri, proprietățile de serviciu ale suprafeței lamelor GTE încep să se deterioreze din cauza uzurii, eroziunii, coroziunii, fisurilor de oboseală, care pot duce la defecțiuni.
După finisare se disting defectele de suprafata: riscuri, zgarieturi, zgarieturi, zgarieturi, pori, fisuri, bavuri etc.
Proprietățile fizice și mecanice ale stratului de suprafață, create în timpul fabricării lamelor, se modifică semnificativ în timpul funcționării sub influența forței, a temperaturii și a altor factori.
Suprafața piesei are o serie de caracteristici în comparație cu miezul. Atomii care se află la suprafață au legături unidirecționale cu metalul, prin urmare sunt într-o stare instabilă și au surplus de energie în comparație cu atomii din interior.
Ca rezultat al difuziei, în special atunci când este expus la temperaturi ridicate, compuși chimici metal de bază cu substanțe care pătrund din exterior. La temperaturi ridicate, mobilitatea de difuzie a atomilor crește, ducând la o redistribuire a concentrației elementelor de aliere. Difuzia în stratul de suprafață are un efect semnificativ asupra proprietăților metalelor. Acest lucru este valabil mai ales pentru o operație precum măcinarea, când există o temperatură ridicată în zona de procesare.
Principalele motive pentru apariția macrotensiunilor în timpul prelucrării sunt neomogenitatea deformării plastice și încălzirea locală a metalului stratului de suprafață, precum și transformările de fază.
Gradul și adâncimea de întărire a stratului de suprafață al pieselor sunt determinate de modurile de prelucrare și sunt direct legate de creșterea numărului de dislocații, goluri și alte defecte în rețeaua cristalină a metalului.
Stratul de suprafață al pieselor GTE se formează ca urmare a unor fenomene interdependente care apar în zona de deformare și zonele adiacente: multiple deformații elastic-plastice, modificări ale proprietăților plastice ale metalului, frecare, modificări ale micro și macrostructurii etc.
În timpul întăririi, ca urmare a deformării metalului de suprafață și a lucrării de frecare, se eliberează căldură, care încălzește piesa. Cu moduri de procesare intensivă, zonele locale ale straturilor de suprafață sunt încălzite, în timp ce netezirea - până la 600-700 ° C, cu metode de impact - până la 800-1000 ° C.
O astfel de încălzire duce la o scădere a nivelului tensiunilor de compresiune reziduale în apropierea suprafeței, ceea ce poate duce la o scădere a efectului de întărire. În unele cazuri, tensiunile de compresiune sunt transformate în tensiuni de tracțiune.
Motivul principal al întăririi este creșterea densității luxațiilor care se acumulează în apropierea liniilor de forfecare și oprirea lor ulterioară în fața diferitelor tipuri de obstacole care se formează în timpul procesului de deformare sau care au existat înainte de acesta. Fragmentarea în blocuri de volume de metal închise între planurile de alunecare, rotația acestor blocuri, curbura planurilor de alunecare și acumularea de produse de distrugere a rețelei cristaline pe acestea contribuie la creșterea neregulilor de-a lungul planurilor de alunecare și , în consecință, la întărire.
În timpul prelucrării pieselor, formarea tensiunilor reziduale este asociată cu deformarea plastică neuniformă a straturilor de suprafață, care are loc în timpul interacțiunii forței și factorilor termici.
Deformarea este însoțită de procese neuniforme în adâncime și interconectate de forfecare, reorientare, strivire, alungire sau scurtare a componentelor structurii. În funcție de natura deformărilor, se observă o creștere a densității materialului piesei.
În condiții severe de întărire, poate apărea supraîntărirea, în urma căreia apar microfisuri periculoase în stratul de suprafață și se conturează formarea de particule de metal exfoliant. Reîntărirea este un proces ireversibil în care încălzirea nu restabilește structura originală a metalului și proprietățile sale mecanice.

Prelucrarea cu vibrație a lamelor

Lamele sunt părți de masă caracteristice ale motoarelor cu turbină cu gaz aeronavelor, ele funcționează în condiții de sarcini statice, dinamice și termice ridicate și determină în mare măsură durata de viață și fiabilitatea motorului în ansamblu.
Pentru fabricarea lor se folosesc aliaje de titan de înaltă rezistență, oțeluri inoxidabile, aliaje rezistente la căldură pe bază de nichel, precum și materiale compozite.
Complexitatea de fabricație a palelor în majoritatea modelelor de motoare cu turbină cu gaz este de 30-40% din complexitatea totală a motorului. Această caracteristică, împreună cu condițiile de funcționare ale lamei din motor, necesită utilizarea unor metode avansate de obținere a semifabricatelor în producție, tehnologii moderne prelucrare, în special la operațiuni de finisare, mecanizare și automatizare a proceselor tehnologice.
În funcționarea motoarelor cu turbină cu gaz aeronavelor, din toate defecțiunile din cauza defectării rezistenței pieselor, paletele reprezintă aproximativ 60%. Marea majoritate a defecțiunilor lamei sunt de natură oboseală. Acest lucru este adesea facilitat de deteriorarea palelor cauzată de particulele solide care pătrund în tractul motorului (pietre la rulare pe sol, păsări în zbor etc.). Acest lucru determină necesitatea de a avea o marjă suficient de mare de rezistență ciclică a lamelor, precum și de a lua măsuri tehnologice și de proiectare speciale pentru a crește capacitatea de supraviețuire a acestora în caz de avarie (adune).
În funcție de condițiile de funcționare a motorului, nivelul tensiunilor alternative în palete este de obicei în intervalul 40-160 MPa și, ținând cont de marja de siguranță necesară, limita de rezistență a acestora este de obicei necesară în intervalul 300-500. MPa. Rezistența la oboseală a unei lame depinde de material, de designul lamei și de tehnologia de fabricare a acesteia, dar, în orice caz, starea stratului de suprafață afectează foarte mult valoarea limitei de anduranță. Principalii factori care afectează calitatea stratului de suprafață sunt:
- tensiuni reziduale - semnul lor, mărimea, adâncimea, natura distribuției pe secțiunea piesei etc.;
- microrelief de suprafață - dimensiunea și natura microrugozităților, prezența zgârieturilor;
- structura stratului superficial.
Urgența sarcinii de creștere a rezistenței la oboseală a lamelor a condus la dezvoltarea și implementarea unor metode speciale de prelucrare și la introducerea în industrie a unui număr de metode speciale de prelucrare a suprafeței acestora.
Locul prelucrării vibroabrazive în procesul tehnologic de prelucrare mecanică a lamelor este, de regulă, procesul de finisare efectuat în etapa finală a prelucrării. În funcție de materialul lamei, de tipul prelucrării anterioare și de valoarea inițială a microrugozității suprafeței și de alți factori, modurile de prelucrare sunt atribuite - frecvența și magnitudinea amplitudinii oscilației, caracteristicile corpurilor de lucru (ruperea abrazivă, corpuri vibrante turnate, bile din ceramică, sticlă sau metal, cuburi de lemn etc.), rapoarte de masă etc. Acest lucru face posibilă obținerea rezultatului dorit într-o gamă destul de largă de stări de suprafață inițiale. Așadar, pentru paletele compresoarelor de dimensiuni mici și medii din oțel și aliaje de titan, operația finală de modelare este laminarea la rece urmată de rotunjirea marginilor cu o roată abrazivă. În acest caz, rugozitatea suprafeței este Ra = 1,6 și mai mare, prin urmare, modurile de tratare prin vibrații „soft” sunt utilizate pentru a nivela microrugozitățile de pe suprafață și pentru a crea tensiuni de compresiune în stratul de suprafață. În acest caz, la vibratoarele toroidale se utilizează prelucrarea în vrac (fără piese de fixare). În unele cazuri, tehnologia de prelucrare prevede șlefuirea abrazivă în operațiunile finale, urmată de lustruirea suprafeței foliei lamei. Astfel de lame sunt supuse unui tratament vibroabraziv mai intens pentru a elimina microrugozitatea și pentru a asigura tensiuni de compresiune reziduale în stratul de suprafață.
Este mult mai dificil să implementați procesarea eficientă a vibrațiilor a palelor mari ale turbomașinilor. O masă mare de astfel de piese, ținând cont de greutatea containerului și mediu de lucru face problematică crearea unei mașini vibratoare cu o frecvență și amplitudine acceptabile a oscilațiilor în două sau trei coordonate din cauza creșterii puternice a puterii de antrenare necesare și a supraîncărcărilor dinamice ale elementelor mașinii. Mai mult, aceste detalii sunt cea mai proasta calitate suprafața originală, ceea ce reduce productivitatea prelucrării.
La întreprinderea Motor Sich se utilizează metoda de tratare longitudinală a vibrațiilor cu o singură coordonată într-un container închis (POVO).
În mașinile vibroabrazive tradiționale interne și străine, materialul de umplutură liber este acționat mișcări oscilatorii fundul recipientului, care se află întotdeauna în partea de jos. În acest caz, umplutura este returnată înapoi cădere liberă. Eficacitatea acestei metode nu este suficient de mare.
Procesul de prelucrare vibroabrazivă a pieselor este activat și intensificat semnificativ în interiorul unui container închis cu două funduri situate unul față de celălalt, dacă umplutura în vrac oscilează activ între ele, primind energie cinetică din fiecare fund. Intensitatea impactului umpluturii cu piesa de prelucrat crește semnificativ. Pereții laterali ai recipientului sunt înclinați (conici), ceea ce creează o compresie suplimentară a umpluturii în timpul mișcării acestuia, ceea ce crește forțele de acțiune dinamică dintre umplutura abrazivă și pereții recipientului, în interiorul cărora se află piesele prelucrate ale gazului. motoare cu turbină sunt situate în stare fixă ​​sau liberă.
La vibrarea prin această metodă cu granule abrazive și bile de oțel întărit, îndepărtarea metalului de pe suprafață și microdeformarea suprafeței pieselor sunt mai intense decât la vibratoarele tradiționale, ceea ce crește amploarea și adâncimea tensiunilor de compresiune la suprafață și crește rezistența la oboseală a pieselor.
Figura 3 prezintă curbele modificărilor rugozității suprafeței lamelor din oțel 14Kh17N2Sh pe durata tratamentului pe o unitate vibratoare cu recipient în formă de U.

Figura 3 - Dependența rugozității de tratamentul vibroabraziv într-un recipient în formă de U (1) și metoda POVO (2)

Atingerea rugozității Ra=1,5 µm prin metoda POOH, după cum urmează din Fig. 3, are loc în aproximativ 30 de minute și prin procesare vibroabrazivă convențională - 1,5 ore.
Studiul prelucrării vibroabrazive a paletelor turbinei și compresorului arată avantajele acestui proces în comparație cu lustruirea și lustruirea manuală. Rezultatele studiului au arătat că limita de rezistență a lamelor supuse la vibroșlefuire și vibropolizare este de 410 MPa și îndeplinește cerințele TS. Amploarea și natura tensiunilor reziduale ale lamelor investigate sunt mai favorabile decât la lamele cu lustruire manuală și lustruire.

Concluzie

Mare importanțăîn rezolvarea problemei de asigurare a resurselor și fiabilității motoarelor cu turbine cu gaz aeronavelor, precum și crearea de motoare de noi generații, are dezvoltarea, îmbunătățirea și crearea de noi procese tehnologice, metode de prelucrare a pieselor și echipamentelor care cresc nu numai productivitatea, ci și de asemenea, calitatea de fabricație.
Apariția tipurilor și modificărilor moderne ale motoarelor de aeronave este însoțită continuu de noi soluții de proiectare care implică dificultăți tehnologice. Pentru a le depăși în timp util și a reduce decalajul dintre „ideal”, din punct de vedere al designului, și „real”, din punct de vedere al tehnologiei de fabricație, este necesar să se introducă în mod activ metode progresive de prelucrare mecanică și de finisare-călire. în producție.

Literatură

1. Boguslaev V.A., Yatsenko V.K., Pritchenko V.F. Suport tehnologicși prognozarea capacității portante a pieselor GTE. -K.: Manuscript Publishing Company, 1993. - 332 p.
2. Driggs I. G., Pancaster O. E. Turbine cu gaz pentru aviație. Pe. din engleza. G.G. Mironov. - M., Oborongiz, 1957 - 265 p.
3. Turbine cu gaz Zhiritsky G.S. Aviație. -M., Oborongiz, 1950 - 511 p. 4. Doronin Yu.V., Makarov V.F. Motivele formării defectelor pe profilul penei lamelor de titan în timpul lustruirii.// Ibid. - 1991. - Nr. 12. – pp. 17-19
5. Koloshchuk E.M., Shabotenko A.G., Khazanovich S.V. Prelucrarea volumetrică vibroabrazivă a pieselor GTE. // Aviație. prost. - 1973. - Nr. 6. С7 13 -16
6. Boguslaev V.A., Yatsenko V.K., Zhemanyuk P.D., Pukhalskaya G.V., Pavlenko D.V., Ben V.P. Tratamentul de finisare și întărire a pieselor GTE - Zaporozhye, ed. OJSC „MotorSich”, 2005 - 559 p.
7. Demin F. I., Pronichev N. D., Shitarev I. L. Tehnologia de fabricație a principalelor părți ale motoarelor cu turbină cu gaz: Proc. indemnizatie. - M.: Mashinostroenie. 2002. - 328 p.; bolnav.
8. Sulima A.M., Shulov V.A., Yagodkin Yu.D. Stratul de suprafață și proprietățile operaționale ale pieselor mașinii. M.: Mashinostroyeniyu, 1988.240.
9. Skubachevskiy G.S. Motoare cu turbine cu gaz pentru avioane: un manual pentru studenții universităților de aviație. M.: Mashinostroenie, 1969-544 p.
10. Matalin A. A. Tehnologia inginerească: Manual pentru studenți. M.: Mashinostroenie, 1985-512 p.
11. http://www.nfmz.ru/lopatki.htm
JSC „Naro-Fominsk Machine-Building Plant” Pale compresoare GTE
12. http://www.nfmz.ru/lopatki.htm
Doctor în științe tehnice Yury Eliseev, director general al FSPC MMPP „Salyut”, Tehnologii avansate pentru producția de lame GTE

Notă importantă!
La redactarea acestui rezumat, lucrarea maestrului nu a fost încă finalizată. Finalizare finală: decembrie 2009 Text complet lucrările și materialele pe temă pot fi obținute de la autor sau de la supervizorul acestuia după data specificată.