Технологія виготовлення лопаток нового покоління запущена у виробництво на умпо. Від монокристалічних неохолоджуваних лопаток до лопаток турбін з проникаючим (транспіраційним) охолодженням, виготовленим за адитивними технологіями (огляд за технологією літ

Лопатки газотурбінних двигунів (ВМД) є найбільш масовими деталями у виробництві цих силових установок.

Загальна кількість лопаток у роторі та статорі ВМД залежно від його конструкції може досягати кількох тисяч штук при номенклатурі у два-три десятки найменувань, при цьому за типорозмірами вони можуть становити від кількох десятків міліметрів до одного – півтора метра. Лопатки турбін найбільш складні у виготовленні та найбільш відповідальні в експлуатації. Трудомісткість виготовлення даних деталей у загальних трудовитратах з виробництва ВМД становить щонайменше 70 – 80 %.

Вдосконалення технологічних процесіввиготовлення лопаток газотурбінних двигунів (ВМД) має вирішувати насамперед завдання підвищення економічних показниківпроцесу, а саме: збільшення коефіцієнта використання матеріалу; зниження трудомісткості виготовлення; скорочення технологічного циклу виготовлення деталей та витрат на технологічну підготовку виробництва.

Основою розв'язання цього завдання є розробка групових технологій виготовлення основних деталей ВМД, що визначають його собівартість. До таких деталей, насамперед, відносяться лопатки турбіни та компресора, відкриті та напівзакриті крильчатки. Вибір тієї чи іншої технології їх виготовлення залежить від конструктивних особливостейдеталей. Однак для однієї і тієї ж конструкції лопатки можуть бути використані різні технологічні процеси, вибір найбільш оптимального з яких визначено економічною доцільністюйого використання у межах тієї чи іншої програми випуску, тобто. при виготовленні однієї і тієї ж деталі на різних стадіях розвитку виробництва - від одиничного до серійного - використовуються різні технології, при цьому перехід від однієї технології до іншої може бути значно скорочений за дотримання деяких загальних принципів.

Ці принципи мають відповідати умовам автоматизованого виробництва, де досягнення необхідної геометричної точності та якості поверхневого шару гарантовано дотриманням тієї чи іншої групової технології, що реалізується на багатоцільових верстатах, та використанням спеціальних процесів.

Одним із видатних радянських учених та конструкторів був Михайло Міль. Ця унікальна людина працювала головним конструктором з гелікоптеробудування. Використовуючи його визначні знання були створені вертольоти Мі-1, Мі-2, Мі-4, Мі-6, Мі-8, Мі-10, Мі-12, Мі-24 та ін.

Групова технологія спирається на типові конструкції деталей. Класифікація останніх на різні типиздійснюється з урахуванням подібності їх конструктивних ознак та функціонального призначення. Це дозволяє при обробці деталей тієї чи іншої групи використовувати подібні технології. Базою формування груп подібних деталей є безліч різноманітних деталей, які у газотурбінних двигунах (ВМД).

На основі однакових ознак подібності та відмінності деталей можна сформувати такі групи з характерними ознаками: робочі лопатки турбіни; соплові лопатки; компресорні лопатки; кільця; диски; вали; дефлектори; опори та ін. Так, наведено групу деталей – компресорні лопатки ВМД, які мають виготовлятися у межах однієї типової технології.

Використання групової технології як один з етапів виробництва вимагає її обов'язкового кодування, заснованого на системі класифікації деталей. Ця система будується за принципом розподілу деталей за групами конструктором виробу. Геометрична подібність деталей грає у своїй вирішальне значення. Це подібність визначає іншу спільність – подібність методів обробки, тобто. однакову послідовність виконання операцій, методів обробки різанням і, відповідно, однакову технологічне обладнанняїх виготовлення.

Наступним етапом класифікації є використання кодів (номерів) операцій групової технології. Код операції повинен припускати конкретну технологічну операцію, що визначає той чи інший етап групової технології.

Наприклад, операція 005 - виготовлення технологічних баз для механічного оброблення від ливарних баз; операція 095 - обробка поверхонь, що сполучаються з іншою деталлю від технологічної бази, і т.д. Таким чином, при складанні нової технологіїдля виготовлення деталі, що входить в ту чи іншу групу, номер (код) операції використовується для інтеграції даної деталі в технологічні потужності, що задіяні для цієї операції.

Однак існуючі виробництва вже включають велике числотехнологій, створених у попередній період, які також мають бути об'єднані в рамках групової технології, зберігши при цьому систему класифікації деталей, технологічних процесів, оснастки і т.д.

Крім того, в межах однієї групи можуть зустрічатися деталі з конструктивними відмінностями, що тягнуть за собою введення додаткових операцій в технологію. Ці операції кардинально не змінюють групову технологію, що здійснюються в її рамках. Однак вони суттєво змінюють технологію конкретної деталі, що входить до цієї групи. Внаслідок цих конструктивних відмінностей для виконання того чи іншого етапу групової технології для конкретної деталі можна використовувати різне число технологічних операційі, відповідно, пристроїв, ріжучого та вимірювального інструментуі т.д.

Таким чином, технологічна система групових технологій покликана з одного боку узагальнити досвід попередніх етапів розвитку підприємства, з іншого – створити впорядковану систему технологічної підготовки виробництва для подальшого розвитку підприємства.

Корисна модель відноситься до галузі двигунобудування і може бути використана в лопатках газотурбінного двигуна (ВМД) для авіаційного, суднового та наземного (у складі енергоустановки) застосування. У корисній моделі вирішується завдання збільшення втомної міцності по вигину лопатки за рахунок зменшення напруг розтягування в її замку, щоб уникнути передчасного руйнування лопатки. Додатковим завданням є можливість застосування запропонованого рішення до лопаток ВМД, що охолоджуються. Поставлене завдання вирішується тим, що лопатка турбіни ВМД містить ялинковий замок, на якому виконаний концентратор напруги у вигляді отвору. Новим у пропонованій корисній моделі є те, що отвір розташований уздовж осі лопатки ВМД. Лопатка може містити канал, який повідомляється з отвором, утворюючи єдиний концентратор напруги. Таке виконання ялинкового замку лопатки турбіни ВМД збільшує втомну міцність по вигину лопатки за рахунок зменшення напружень розтягу в її замку, що дозволяє уникнути передчасного руйнування лопатки.

Корисна модель відноситься до двигунобудування і може бути використана в лопатках газотурбінного двигуна (ВМД) для авіаційного, суднового та наземного (у складі енергоустановки) застосування.

Відома конструкція лопатки турбіни ВМД, що містить ялинковий замок (Скубачевський Г.С. Авіаційні газотурбінні двигуни. Конструкція та розрахунок деталей. - М: Машинобудування, 1981, с.89, рис.3.27).

Недоліком лопатки з таким замком є ​​те, що не передбачено виконання концентратора напруг. Відсутність концентратора веде при раптовому знятті навантаження до руйнування як лопаток, а й диска.

Також відома конструкція лопатки ГТД, що містить ялинковий замок і, принаймні, один концентратор напруги у вигляді отвору на замку, розташованого поперек осі лопатки (Патент GB 1468470 від 30.03.1977).

До недоліків такої конструкції можна віднести те, що на ялинковий замок при роботі діють напруження розтягування, збільшення яких призводить до недостатньої міцності втоми на вигин. Результатом є передчасне руйнування лопатки ВМД. Так само цю конструкцію не можна використовувати в лопатках, що охолоджуються, так як виникає витік охолоджуючого повітря.

Технічним завданням корисної моделі є збільшення втомної міцності по вигину лопатки за рахунок зменшення напруг розтягування в її замку, щоб уникнути передчасного руйнування лопатки.

Додатковим технічним завданням є можливість застосування запропонованого рішення до лопаток ВМД, що охолоджуються.

Поставлене завдання вирішується тим, що лопатка турбіни ВМД містить ялинковий замок, на якому виконаний концентратор напруги у вигляді отвору.

Новим у пропонованій корисній моделі є те, що отвір розташований уздовж осі лопатки ВМД.

Крім того, лопатка може містити канал, який повідомляється з отвором утворюючи єдиний концентратор напруг.

На пропонованому кресленні зображено поздовжній розріз лопатки турбіни ВМД.

Лопатка ВМД включає ялинковий замок 1. Ялинковий замок містить 1 концентратор напруг у вигляді отвору 2, виконаного вздовж осі 3 лопатки.

Лопатка турбіни ВМД має канал 4 для охолодження, який повідомлений з отвором 2.

При роботі колеса турбіни ВМД, у разі відмови при раптовому знятті навантаження, частота обертання диска збільшується під дією відцентрових сил, що збільшуються. У свою чергу відцентрові сили збільшують напруги стиснення та вигину в ялинковому замку 1 і в диску (на кресленні не показаний), при цьому напруги розтягування знижуються через наявність концентратора напруги у вигляді отвору 2, виконаному на ялинковому замку 1 вздовж осі лопатки. Це веде до підвищення втомної міцності на вигин у замку лопатки, що дозволяє уникнути передчасного руйнування лопатки.

Лопатка турбіни ВМД працює, як лопатка, що охолоджується, коли повітря проходить по каналу 4 для охолодження, який повідомлений з отвором 2 для охолодження ялинкового замку 1 лопатки.

Таке виконання лопатки турбіни ВМД дозволяє збільшити втомну міцність по вигину лопатки за рахунок зменшення напруг розтягування в її замку, щоб уникнути передчасного руйнування лопатки, можливе застосування до охолоджуваних лопаток ВМД.

Формула корисної моделі

1. Лопатка турбіни газотурбінного двигуна, що містить ялинковий замок, на якому виконаний, принаймні, один концентратор напруги у вигляді отвору, що відрізняється тим, що отвір виконано вздовж осі лопатки.

2. Лопатка турбіни газотурбінного двигуна по п.1, що відрізняється тим, що лопатка містить, принаймні, один канал для охолодження, повідомлений з отвором.

Виробництво лопаток ВМД займає особливе місце в авіадвигуні, що обумовлюється низкою факторів, головними з яких є:

складна геометрична форма пера та хвостовика лопаток;

висока точність виготовлення;

застосування дорогих та дефіцитних матеріалів для виготовлення лопаток;

масовість виробництва лопаток;

оснащеність технологічного процесу виробництва лопаток дорогим спеціалізованим обладнанням;

загальна трудомісткість виготовлення.

Лопатки компресора та турбіни є наймасовішими деталями газотурбінних двигунів. Їхнє число в одному моторокомплекті сягає 3000, а трудомісткість виготовлення становить 25...35 % від загальної трудомісткості двигуна.

Перо лопатки має протяжну складну просторову форму

Довжина робочої частини пера становить від 30-500мм із змінним профілем у поперечних перерізах вздовж осі. Ці перерізи строго орієнтовані щодо базової розрахункової площини та профілю замкової частини. В поперечних перерізахзадані розрахункові значення точок, що визначають профіль спинки та корита лопатки в координатній системі. Значення цих координат задаються табличним способом. Поперечні перерізи повернуті відносно один одного і створюють закрутку пера лопатки.

Точність профілю пера лопатки у координатній системі визначається допустимим відхиленням від заданих номінальних значень кожної точки профілю пера. У прикладі це становить 0,5 мм, кутова похибка при цьому закрутки пера не повинна перевищувати значення 20 ' .

Товщина пера має малі значення, на вході та виході повітряного потоку в компресор вона для різних перерізів змінюється від 1,45 мм до 2,5 мм. При цьому допуск на товщину коливається від 02 до 01 мм. Високі вимоги пред'являються також формування радіуса переходу на вході і виході пера лопатки. Радіус у своїй змінюється від 0,5мм до 0,8мм.

Шорсткість профілю пера лопатки повинна бути не нижче 0,32 мкм.

У середній частині пера лопатки розташовані опорні бандажні полиці складної профільної конструкції. Ці полиці відіграють роль допоміжних конструкторських поверхонь лопаток, і їх опорні поверхні наносяться твердосплавні покриття карбіду вольфраму і карбида титана. Середні бандажні полиці, з'єднуючись між собою, створюють єдине кільце опорне в першому колесі ротора компресора.

У нижній частині лопатки розташована замкова полиця, яка має складну просторову форму зі змінними параметрами перерізів. Нижні полиці лопаток створюють замкнутий контур у колесі компресора та забезпечують плавність подачі повітря у компресор. Зміна зазору між цими полицями виконується в межах 0,1 ... 0,2 мм. Верхня частина пера лопатки має фасонну поверхню, що утворює яку точно розташована щодо профілю замка та вхідної кромки пера лопатки. Від точності виконання цього профілю залежить проміжок між вершинами лопаток і корпусом колеса статора компресора.

Робочий профіль пера лопатки бандажних полиць, і замку піддається зміцнюючим методам обробки з метою створення на утворюючих поверхнях стискаючих напруг. Високі вимоги пред'являються також стану поверхонь лопаток, у яких не допускаються тріщини, припали та інші дефекти виробництва.

Матеріал лопатки відноситься до другої групи контролю, яка передбачає ретельну перевірку якості кожної лопатки. Для партії лопаток готується спеціальний зразок, який піддається лабораторному аналізу. Вимоги до якості лопаток компресора дуже високі.

Способи отримання вихідних заготовок для таких деталей та використання традиційних та спеціальних методів при подальшій обробці визначають вихідні якісні та економічні показники виробництва. Вихідні заготівлі лопаток компресора отримують шляхом штампування. При цьому можуть бути отримані заготівлі підвищеної точності з малими припусками на механічну обробку. Нижче розглянуто технологічний процес виготовлення лопаток компресора, вихідна заготовка яка отримана методом гарячого штампування звичайної точності. При створенні такої заготовки визначено шляхи, що зменшують трудомісткість виготовлення та виконання перерахованих показників якість лопаток компресора.

Під час розробки технологічного процесу ставилися такі:

Створення вихідної заготовки методом гарячого штампування з мінімальним припуском по перу лопатки.

Створення технологічних прибутків для орієнтування та надійного закріплення заготівлі у технологічній системі.

Розроблення технологічного оснащення та застосування методу орієнтування вихідної заготівлі в технологічній системі щодо профілю пера лопатки з метою розподілу (оптимізації) припуску на різних етапах механічної обробки.

Використання верстата із ЧПУ для обробки складних контурів на фрезерних операціях.

Використання оздоблювальних методів обробки шліфуванням та поліруванням з гарантуванням якісних показників поверхонь.

Створення системи контролю за якістю виконання операцій на основних етапах виробництва.

Маршрутна технологія виготовлення лопаток. Штампування і всі пов'язані з ним операції виконуються за технологією гарячого штампування звичайної точності. Обробка ведеться на кривошипно-шатунних пресах відповідно до технічних вимог. Штампувальні ухили становлять 7…10°. Радіуси переходу поверхонь штампування виконуються в межах R=4мм. Допуски на горизонтальні та вертикальні розміри відповідно до IT-15. Допустиме усунення по лінії роз'єму штампів не більше 2мм. Перо вихідної заготовки піддається профільованій обкатці. Сліди від облої по всьому контуру заготівлі не повинні перевищувати 1мм.

Лопатки компресора є одним з найбільш відповідальних і масових виробів двигуна і маючи ресурс роботи від кількох годин до декількох десятків тисяч годин, відчувають широкий спектр впливів від динамічних та статичних напруг, високотемпературного газового потоку, що містить абразивні частинки, а також окисні продукти довкілля та згоряння палива. При цьому необхідно відзначити, що в залежності від географічного місця експлуатації та режиму роботи двигуна температура по його тракту коливається від -50 ... -40 С ° до

700 ... 800 С ° в компресорі. В якості конструкційних матеріалівдля лопаток компресора сучасних газотурбінних двигунів застосовують титанові сплави (ВТ22, ВТ3-1, ВТ6, ВТ8, ВТ33), жароміцні сталі (ЕН961 Ш, ЕП517Ш), а для лопаток турбіни ливарні сплави на нікелевій основі (Ж2.

Досвід експлуатації та ремонту двигунів для військових літаків показує, що забезпечення призначеного ресурсу 500-1500 годин багато в чому залежить від рівня пошкодження робочих лопаток компресора та турбіни. При цьому вона в більшості випадків пов'язана з появою вибоїн, тріщин втоми та термовтоми, піттингової та газової корозії, ерозійним зносом.

Падіння межі витривалості для лопаток 4 ступені на базі 20*10 6 циклів складає 30% (з 480Мпа для лопаток без дефектів, до 340Мпа для ремонтних лопаток), максимуми напруг на відремонтованих лопатках 4 ступеня хоч і зменшуються, але все кромках лопаток без вибоїн. Вибоїни на лопатках ротора компресора ведуть до значної втрати міцності втоми нових лопаток. Значна кількість лопаток відбраковується і безповоротно втрачається, оскільки вони мають вибоїни, що виходять за межу допуску на ремонт. Конструкції, виготовлені з титану при відносно малій масі, мають високу стійкість проти корозії, хороші механічні властивості і гарний зовнішній вигляд.

Винахід відноситься до ливарного виробництва. Лопатку газотурбінного двигуна виконують литтям за моделями, що виплавляються. Лопатка містить перо 4, на кінці якого знаходиться п'ята 5, виконана у вигляді єдиної деталі з пером. П'ята містить майданчик 5а, в якій виконані перша ванна 12 з радіальними поверхнями 13 і дном 14. Ванночка 12 зменшує товщину п'яти. У першій ванни на рівні зони сполучення 15 між пером і п'ятою виконана друга ванна 16, що дозволяє здійснювати заливання металу в оболонкову форму тільки в одній точці. За рахунок рівномірного розподілу металу запобігає утворенню пористості в лопаті. 3 н. та 3 з.п. ф-ли, 4 іл.

Малюнки до патенту РФ 2477196

Даний винахід стосується металевої лопатки, виготовленої литтям, та способу її виготовлення.

Газотурбінний двигун, наприклад турбореактивний двигун, містить вентилятор, один або кілька ступенів компресора, камеру згоряння, один або кілька ступенів турбіни і сопло. Гази рухаються роторами вентилятора, компресора і турбіни, завдяки наявності радіальних лопаток, закріплених на периферії роторів.

Поняття внутрішнього, зовнішнього, радіального, переднього або заднього положення або розташування слід розглядати по відношенню до головної осі газотурбінного двигуна та напрямку потоку газів у цьому двигуні.

Рухлива лопатка турбіни містить ніжку, якою її кріплять до диска ротора, майданчик, що утворює елемент внутрішньої стінки, що обмежує газоповітряний тракт, і перо, розташоване в основному вздовж радіальної осі і обдувається газами. Залежно від двигуна та ступеня турбіни на своєму кінці, віддаленому від ніжки, лопатка закінчується елементом, поперечним до основної (головної) осі пера, званим п'ятою, яка утворює елемент зовнішньої стінки, що обмежує газоповітряний тракт.

На зовнішній поверхні п'яти виконані одна або кілька радіальних пластинок або гребінців, що утворюють разом з стінкою статора, що знаходиться навпроти, статора лабіринтну прокладку, що забезпечує герметичність по відношенню до газів; для цього, як правило, згадану стінку статора виконують у вигляді кільця з стирається матеріалу, про яке труться пластинки. Пластинки містять передню і задню сторону, розташовані поперечно до газового потоку.

Лопатка може бути моноблочною, тобто ніжка, майданчик, перо та п'ята виконані у вигляді єдиної деталі. Лопатку виконують способом лиття, званим «литтям за моделями, що виплавляються» і добре відомим фахівцям. У цьому способі:

Попередньо із воску виконують модель лопатки;

Модель занурюють у вогнетривкий керамічний шлікер, який після випалу утворює оболонку;

Віск розплавляють і видаляють, що дозволяє отримати «оболонкову форму» з вогнетривкого матеріалу, внутрішній обсяг якої визначає форму лопатки;

В оболонкову форму заливають розплавлений метал, при цьому кілька оболонкових форм поєднують у блок для одночасного розливу металу;

Оболонкову форму розбивають, що дозволяє отримати металеву лопатку.

У точках заливання металу у форму на металевій лопатці, що відливається у формі, утворюються металеві нарости відносно великої товщини, які необхідно піддати механічній обробці після формування лопатки. Як правило, заливку металу виготовляють на рівні п'яти лопатки. Діаметр каналу заливки і, отже, наросту, що утворюється згодом, є значним, причому заливка відбувається поблизу пластинок лабіринтної прокладки, які мають невелику товщину; в результаті, якщо передбачена лише одна точка заливки, відбувається поганий розподіл металу в оболонковій формі, і виникають проблеми пористості лопатки, зокрема, на рівні пластинок.

Цю проблему можна вирішити, передбачивши два входи заливки, відповідно зменшується діаметр каналів заливки. Таким чином, замість одного каналу заливки великого діаметраотримують два канали заливки меншого діаметра, віддалені один від одного, що забезпечує кращий розподіл металу та дозволяє уникнути проблем пористості.

Проте бажано вирішувати зазначені проблеми пористості, зберігаючи лише одну точку заливки.

У зв'язку з цим об'єктом винаходу є лопатка газотурбінного двигуна, виконана литтям, що містить перо, на кінці якого знаходиться п'ята, виконана у вигляді єдиної деталі з пером, з яким вона з'єднується на рівні зони сполучення, при цьому п'ята містить майданчик, на якому виконують, щонайменше одну ущільнювальну пластинку, а в майданчику виконують першу ванну, відрізняється тим, що в першій ванни на рівні зони сполучення між пером і п'ятою виконують другу ванну.

Наявність однієї ванни в іншій ванни на рівні зони сполучення між пером і п'ятою дозволяє уникнути занадто великого потовщення в цій зоні і під час формування лопатки литтям забезпечує кращий розподіл рідкого металу у формі. Покращене розподілення рідкого металу у формі дозволяє застосовувати спосіб формування литтям з єдиною точкою заливки металу. Перевагою виготовлення лопатки з однією точкою заливки є виняткова простота оболонкової форми та, у разі необхідності, блоку оболонкових форм; вартість виготовлення лопаток знижується, тоді як їхня якість підвищується.

Крім того, оптимізується кількість матеріалу на рівні п'яти, що знижує масу та вартість лопатки.

Крім того, оптимізуються механічні напруги на п'яту та/або на перо, і вони краще поглинаються лопаткою, оскільки досягається кращий розподіл маси.

Переважно, щоб перша ванна була обмежена радіальними поверхнями і дном і друга ванна була виконана в дні першої ванни.

Переважно також, щоб друга ванна була виконана по головній осі лопатки навпроти зони сполучення між п'ятою і пером.

Доцільно, щоб перо лопатки було утворено суцільною стінкою і містило в зоні сполучення вигнуті поверхні, друга ванночка містила вигнуті радіальні поверхні і поверхню дна і щоб при цьому вигнуті радіальні поверхні другої ванни були розташовані по суті паралельно вигнутим поверхням пера в зоні сполучення є постійну товщину лопатки в зоні сполучення.

Об'єктом винаходу є також турбіна, що містить щонайменше одну лопатку відповідно до цього винаходу.

Об'єктом винаходу є також газотурбінний двигун, що містить щонайменше одну турбіну у відповідності з цим винаходом.

Об'єктом винаходу є спосіб виготовлення лопатки газотурбінного двигуна, що містить наступні етапи:

Виконують воскову модель лопатки, що містить перо, на кінці якого виконують п'яту, що утворює єдину деталь з пером, з яким вона з'єднується на рівні зони сполучення, при цьому п'ята містить майданчик, на якому виконують, щонайменше, одну пластину ущільнювача, при цьому в майданчику виконують першу ванну, в першій ванночці на рівні зони сполучення між пером і п'ятою виконують другу ванну,

Лопатку з воску занурюють у вогнетривкий шлікер,

Виконують оболонкову форму з вогнетривкого матеріалу,

В оболонкову форму через єдиний вхід заливки заливають розплавлений метал,

Оболонкову форму розбивають та отримують лопатку.

Даний винахід буде більш очевидним з нижченаведеного опису кращого варіанту виконання лопатки відповідно до цього винаходу і способу її виготовлення з посиланнями на креслення, що додаються.

Фіг. 1 зображує схематичний вигляд збоку лопатки турбіни відповідно до цього винаходу.

Фіг. 2 - вид в ізометрії спереду зовнішньої сторонип'яти лопатки.

Фіг. 3 - вид у розрізі лопатки по площині III-III фіг. 1.

Фіг. 4 - вид ізометрії збоку зовнішньої сторони п'яти лопатки.

Як показано на фіг. 1, лопатка 1 відповідно до цього винаходу виконана в основному по головній осі А, яка є по суті радіальною по відношенню до осі газотурбінного двигуна, що містить лопатку 1. У даному випадку мова йдепро лопатку турбіни турбореактивного двигуна. Лопатка містить 1 ніжку 2, що знаходиться з внутрішньої сторони, майданчик 3, перо 4 і п'яту 5, яка розташована із зовнішньої сторони. П'ята 5 сполучається з пером 4 в зоні 15 сполучення. Ніжка 2 призначена для встановлення в гнізді ротора для кріплення на цьому роторі. Майданчик 3 виконана між ніжкою 2 і пером 4 і містить поверхню, розташовану поперечно по відношенню до осі А лопатки 1, утворюючи елемент стінки, що обмежує газоповітряний тракт внутрішньою стороною; зазначена стінка утворена всіма майданчиками 3 лопаток 1 ступеня турбіни, що розглядається, які примикають один до одного. Перо 4 в основному розташоване вздовж головної осі А лопатки 1 і має аеродинамічну форму, що відповідає її призначенню, як відомо фахівцям. П'ята містить 5а майданчик 5а, яка виконана на зовнішньому кінці пера 4 по суті поперечно до головної осі А лопатки 1.

Як показано на фіг. 2 і 4, майданчик п'яти містить 5 передній край 6 і задній край 7, спрямовані поперечно по відношенню до газового потоку (потік проходить в основному паралельно осі В турбореактивного двигуна). Ці два поперечні краї, передній 6 і задній 7, з'єднані двома боковими краями 8, 9, які мають Z-подібний профіль: кожен бічний край 8, 9 містить дві поздовжні ділянки (8а, 8b, 9а, 9b відповідно), з'єднані між собою ділянкою 8", 9" відповідно, який є по суті поперечним або виконаний щонайменше під кутом по відношенню до напрямку газового потоку. Саме вздовж бічних країв 8, п'ята 9 5 входить в контакт з п'ятами двох суміжних лопаток на роторі. Зокрема, для амортизації вібрацій, яким вони піддаються під час роботи, лопатки встановлюють на диску в основному з напругою кручення навколо головної осі А. П'яти 5 виконані таким чином, щоб лопатки піддавалися напрузі кручення при опорі на сусідні лопатки вздовж поперечних ділянок 8" , 9" бічних країв 8, 9.

Починаючи від зовнішньої поверхні майданчика 5а 5 п'яти виконані радіальні пластинки 10, 11 або гребінці 10, 11, в даному випадку в кількості двох; можна також передбачити лише одну платівку або більше двох платівок. Кожна пластинка 10, 11 виконана поперечно до осі газотурбінного двигуна, починаючи від зовнішньої поверхні майданчика п'яти 5, між двома протилежними поздовжніми ділянками (8а, 8b, 9a, 9b) бічних країв 8, 9 п'яти 5.

Майданчик 5а п'яти 5 в основному виконана під радіальним кутом по відношенню до осі газотурбінного двигуна. Дійсно, у турбіні переріз газоповітряного тракту збільшується від входу до виходу, щоб забезпечувати розширення газів; таким чином, майданчик 5а п'яти 5 віддаляється від осі газотурбінного двигуна від входу до виходу, при цьому її внутрішня поверхняутворює зовнішню межу газоповітряного тракту.

У майданчику 5а п'яти 5 виконують (за рахунок конфігурації ливарної форми) першу ванну 12. Ця перша ванна 12 є порожниною, утвореною периферичними поверхнями 13, утворюють бортик, які виконані починаючи від зовнішньої поверхні майданчика 5а і з'єднуються з поверхнею 14, 12. Периферичні поверхні 13 розташовані по суті радіально і в даному випадку є вигнутими з внутрішньої сторони, утворюючи сполучення між зовнішньою поверхнею майданчика 5а і поверхнею дна 14 ванни 12. Ці вигнуті радіальні поверхні 15 в основному розташовані паралельно бічних краях 8, 9 і поперечних 6, 7 майданчики 5а п'яти 5, слідуючи їх формі, якщо дивитися зверху (по головній осі А лопатки 1). Деякі зони п'яти 5 можуть не містити таких радіальних поверхонь 13, і в цьому випадку поверхня дна 14 ванни 12 виходить безпосередньо на бічний край (див. край 9а на фіг. 2) (слід зазначити, що на фіг. 4 ці зони не знаходяться в цьому ж місці).

Ванночка 12 такого типу вже використовувалася у відомих лопатках. Її функцією є полегшення п'яти 5 за збереження її механічних властивостей: товщина майданчика 5а п'яти 5 є значною поблизу бічних країв 8, 9, бічні поверхні яких, що знаходяться в контакті з суміжними лопатками, піддаються сильним напруженням під час обертання лопатки 1, тоді як центральна частина майданчика 5а п'яти 5, яка піддається меншим напругам з поглибленням, що утворює першу ванну 12.

Крім того, п'ята містить ванночку 16 у першій ванночці 12, надалі звану другою ванночкою 16. Друга ванночка 16 виконана на рівні зони 15 сполучення між п'ятою 5 і пером 4. Зокрема, друга ванночка виконана по головній осі А лопатки 1 напроти зони сполучення між п'ятою 5 та пером 4.

Друга ванна 16 являє собою порожнину, утворену периферичними поверхнями 17, утворюють бортик, які з'єднують поверхню дна 14 першої ванни 12 з поверхнею 18, що утворює дно другої ванни 16 (і знаходиться з внутрішньої сторони по відношенню до поверхні дна 14 першої ванно). Периферичні поверхні 17 розташовані по суті радіально, в даному випадку є вигнутими із зовнішньої та внутрішньої сторін, утворюючи сполучення між поверхнею дна 14 першої ванни 14 і поверхнею дна 18 другої ванни 16. Ці вигнуті радіальні поверхні 17 є по суті паралельними поверхнями пера 4 їхній формі, якщо дивитися зверху (по головній осі А лопатки 1) (див. фіг. 4).

Другу ванну 16 виконують під час формування литтям (інакше кажучи, конфігурації оболонкової форми, що дозволяє формувати лопатку 1, адаптована для формування такої ванни 16). Лопатку виконують шляхом лиття по восковим моделям, що виплавляються, як було зазначено вище в описі.

Наявність другої ванни 16 дозволяє уникнути надмірної товщини в зоні 15 сполучення між п'ятою 5 і пером 4. За рахунок цього під час заливки металу в оболонкову форму метал розподіляється більш рівномірно, що дозволяє уникнути утворення пористості, навіть якщо метал заливають тільки в одній точці заливки.

Таким чином, лопатку 1 можна виконати за допомогою способу лиття по моделях, що виплавляються з єдиним входом для заливки рідкого металу для кожної оболонкової форми, і такий спосіб є більш простим і дешевим. Якщо форми об'єднані в блоки, спосіб виявляється ще простішим. Крім того, за рахунок заливки в оболонкову форму через єдиний вхід заливки виготовлена ​​лопатка містить лише один залишковий наріст, який видаляють шляхом механічної обробки. Механічна обробка такої деталі є більш простою.

Крім того, маса і, отже, вартість лопатки 1 зменшуються за рахунок наявності другої ванни 16, тоді як напруги на п'яту 5, а також напруги на перо 4 краще розподіляються і, отже, краще сприймаються лопаткою 1.

У даному випадку перо 4 виконано у вигляді суцільної стінки, тобто без охолодження за допомогою сорочки або порожнини, виконаної у товщині стінки. Переважно, щоб периферичні поверхні 17 і поверхня дна 18 другої ванни 16 виконувались таким чином, щоб товщина лопатки 1 була по суті постійною в зоні 15 сполучення між п'ятою 5 і пером 4. Цей відмінна ознакадобре видно на фіг. 3. Зокрема, якщо позначити 15а, 15b вигнуті поверхні пера 4 на рівні зони 15 сполучення між пером 4 і п'ятою 5, то на фіг. 3 видно, що вигнуті радіальні поверхні 17 другої ванни 16 виконані по суті паралельно зігнутим поверхням 15а, 15b пера 4, навпроти яких вона знаходяться. У представленому варіанті виконання радіус вигнутих радіальних поверхонь 17 другої ванни 16 не ідентичний радіусу що знаходяться навпроти вигнутих поверхонь 15а, 15b пера 4, але тим не менш ці поверхні по суті є паралельними.

Частина другої ванни 16, що знаходиться на фіг. 3 зліва, відрізняється безперервністю криволінійної форми без якого-небудь плоского ділянки між вигнутою радіальною поверхнею 13 першої ванни 12, дном 14 першої ванни 12 і вигнутою радіальною поверхнею 17 другої ванни 16. Разом з тим, на частині другої ванни 16, на. 3 праворуч, чітко проглядається кожна з цих ділянок. Виконання між ними різних ділянок у зоні (в розрізі) залежить від положення поверхонь п'яти 5 по відношенню до поверхонь пера 4.

Винахід описаний для рухомої лопатки турбіни. Разом з тим, по суті, воно може застосовуватися для будь-якої лопатки, що виконується шляхом лиття і містить перо, на кінці якого виконують п'яту у вигляді єдиної деталі з пером.

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

1. Лопатка газотурбінного двигуна, виконана литтям, що містить перо, на кінці якого знаходиться п'ята, виконана у вигляді єдиної деталі з пером, з яким вона з'єднується на рівні зони сполучення, при цьому п'ята містить майданчик, на якому виконана щонайменше одна ущільнювальна пластинка, і в майданчику виконана перша ванна, відрізняється тим, що в першій ванни на рівні зони сполучення між пером і п'ятою виконана друга ванна.

2. Лопатка по п.1, в якій перша ванна обмежена радіальними поверхнями і дном, і друга ванна виконана в дні першої ванни.

3. Лопатка по п.1, в якій друга ванна виконана по головній осі (А) лопатки навпроти зони сполучення між п'ятою і пером.

4. Лопатка по п.3, в якій перо утворене суцільною стінкою і містить у зоні сполучення вигнуті поверхні, і друга ванна містить вигнуті радіальні поверхні і поверхню дна, при цьому вигнуті радіальні поверхні другої ванни розташовані, по суті, паралельно вигнутим поверхням пера в зоні сполучення, що забезпечує по суті постійну товщину лопатки в зоні сполучення.

5. Турбіна, що містить щонайменше одну лопатку за п.1.

6. Газотурбінний двигун, що містить щонайменше одну турбіну за п.5.

Актуальність роботи

Ресурс і надійність авіаційних двигунів в основному визначаються несучою здатністю лопаток компресора (рис. 1), що є найбільш відповідальними та високонавантаженими деталями, що зазнають у процесі експлуатації значних знакозмінних і циклічних навантажень, які впливають на них з великими частотами. Лопатки компресора наймасовіша, високонавантажена та відповідальна деталь авіаційного двигуна.
Особливістю лопаток компресора, що мають тонкі вхідні та вихідні кромки та виготовлених з титанових сплавів, дуже чутливих до концентрації напруг, є те, що вони першими зустрічаються з стороннім тілом (птиця, град та ін.), що потрапили в тракт двигуна.
Ризики, вибоїни, ерозійні пошкодження та ін. Дефекти значно збільшують рівень локальних вібронапружень, що різко знижує характеристики міцностілопаток. Тому створення сприятливого поєднання властивостей поверхневого шару на фінішних оздоблювально-зміцнювальних операціях дуже впливає на підвищення. несучої здібностілопаток ВМД. Актуальним завданням є оцінка впливу поверхневого деформаційного зміцнення на ударну міцність лопаток при зіткненні зі сторонніми предметами.

Малюнок 1 – Модель лопатки компресора ВМД (10 кадрів, 20 циклів)

В даний час при виготовленні лопаток компресора широке застосування набули методи пластичного деформування та механічної обробки, а також комплексні технології на фінішних операціях технологічного процесу.
Віброабразивна обробка на спеціальних установках знайшла широке застосування у виробництві лопаток компресора з титанових сплавів. Позитивний вплив на ефективність віброабразивної обробки застосовується разом з абразивом хімічно активних рідин.
Ультразвукова обробка кульками дозволяє формувати сприятливе поєднання характеристик поверхневого шару лопаток компресора, що мають малу жорсткість, високу точність виготовлення, складну конфігурацію і тонкі кромки.
Пневмодробеструйна обробка (ПДО) характерна ковзним зіткненням кульок з поверхнею пера лопатки, не допускаючи їх перенаклепу. Встановлено, що ПДО супроводжується зменшенням структурної неоднорідності та надає структурі, розподілу фаз та залишковим стисканням напруг більш однорідний характер у поверхневому шарі пера лопатки. Пропонований пневмодробеструйний метод обробно-зміцнювальної обробки ефективно нейтралізує технологічні мікродефекти поверхневого шару, утворені на попередніх стадіях технологічного процесу, супроводжується значним збільшенням межі витривалості, зниженням розсіювання довговічності і не вимагає подальшого доведення тонких кромок.
Одним із перспективних методів оздоблювально-зміцнювальної обробки є метод магнітно-абразивного полірування (МАП). Характерна рисаМАП полягає у можливості обробляти деталі з різною конфігурацією та поєднувати в одному процесі оздоблювальні та зміцнюючі операції.
Проблема ерозії лопаток газотурбінних двигунів є загальновизнаною. Інтенсивність та вид ерозії лопаток компресора залежать не тільки від умов зіткнення частинок з поверхнею пера, а й від поєднання характеристик поверхневого шару.
Для підвищення зносостійкості лопаток все ширше застосування отримали різні видикомплексних технологій – нанесення плазмових покриттів у поєднанні з різними оздоблювально-зміцнюючими методами.
Розробка та впровадження у серійне виробництво двигунів нині супроводжується прогресивними конструкторсько-технологічними рішеннями, що виражаються у появі нових деталей, застосуванням принципово нових конструкційних матеріалів, а також удосконаленням технологій виробництва, складання та випробування. Широко використовуються прогресивні технологічні процеси механічної обробки, засновані на концепції високошвидкісного різання, удосконалюються методи оздоблювальної та термічної обробки.
Тісний взаємозв'язок між конструкцією та технологією виробництва двигунів визначив низку актуальних на сьогоднішній день питань, пов'язаних з підвищенням несучої здатності складнопрофільних деталей технологічними методами.

Мета та завдання роботи

Мета роботи- підвищення довговічності та якості лопаток компресора ВМД за рахунок удосконалення структурного та технологічного забезпечення процесів виготовлення лопаток компресора ВМД.

Основні завдання роботи:
1.) Провести аналіз сучасного стану структурного та технологічного забезпечення процесів виготовлення лопаток компресора ВМД;
2.) Дослідити можливості підвищення довговічності лопаток компресора шляхом нанесення іонно-плазмових покриттів;
3.) Виконати експерименти щодо дослідження властивостей зносостійкого іонно-плазмового покриття;
4.) Розробка рекомендацій щодо вдосконалення структурного та технологічного забезпечення процесів виготовлення лопаток компресора ВМД.

Наукова новизна роботи

Наукова новизна роботи полягає у розробці рекомендацій щодо вдосконалення структурного та технологічного забезпечення процесів виготовлення лопаток компресора ВМД та створення оптимальної структури технологічного процесу обробки лопаток компресора ВМД. Також дана робота передбачає вирішення проблеми довговічності та зносостійкості лопаток компресора ВМД.

Основна частина

Компресорні лопатки газотурбінного двигуна

Лопатки ВМД працюють в умовах високих температур, що досягають турбіни понад 1200°С, для компресора понад 600°С. Багаторазова зміна теплових режимів роботи двигуна - швидке нагрівання в момент запуску та швидке охолодження при зупинці двигуна - викликає циклічну зміну термічних напруг, що характеризується як теплова втома (рис. 2). Крім цього, профільна частина пера і хвостовик лопатки, крім розтягування та вигину від відцентрових сил, вигину та крутного моменту від швидкісного газового потоку, відчувають знакозмінні напруги від вібраційних навантажень, амплітуда та частота яких змінюються в широких межах.

Рисунок 2 - Схема руху газових потоків у ВМД (3 кадри)

Надійність роботи робочих лопаток компресора та турбіни залежить не тільки від їх конструктивної міцності, опору циклічним та тривалим статичним навантаженням, а й від технології їх виготовлення, яка безпосередньо впливає на якість поверхневого шару хвостовика та пера лопаток. У поверхневому шарі утворюються конструктивні та технологічні концентратори напруг, він зазнає впливу наклепу та внутрішньої залишкової напруги від механічної обробки. Крім того, поверхневий шар піддається впливу зовнішніх навантажень при основних видах напруженого стану (вигин, розтяг, кручення) зовнішнього середовища. Ці негативні фактори можуть призвести до руйнування лопатки, а отже, до виходу з ладу газотурбінного двигуна.
Виробництво лопаток ВМД займає особливе місце в авіадвигуні, що обумовлюється низкою факторів, головними з яких є:
складна геометрична формапера та хвостовика лопаток;
висока точність виготовлення;
застосування дорогих матеріалів, таких, як леговані сталі та титанові сплави;
масовість виробництва лопаток;
оснащеність технологічного процесу дорогим спеціалізованим обладнанням;
висока трудомісткість виготовлення.
Для виробництва лопаток ВМД на сьогодні характерні такі види механічної обробки:
протягування;
фрезерування;
вальцювання;
полірування;
віброполірування або віброшліфування;
термообробка.

Формування поверхневого шару на фінішних операціях виготовлення лопаток

При виготовленні лопаток ВМД на їх поверхнях утворюються мікронерівності, ризики, а в поверхневому шарі відбуваються структурні та фазові перетворення. Крім того, у поверхневому шарі спостерігається підвищення твердості металу та формування залишкових напруг.
У разі експлуатації поверхневий шар сприймає найбільші навантаження і піддається фізико-хімічному впливу: механічному, тепловому, корозійному та інших.
У більшості випадків у лопаток ВМД починають погіршуватися службові властивості поверхні через знос, ерозію, корозію, зародження втомних тріщин, що може призвести до відмови.
Після фінішної обробкирозрізняють такі дефекти поверхні: ризики, подряпини, задираки, вм'ятини, пори, тріщини, задирки та ін.
Фізико-механічні властивості поверхневого шару, створені при виготовленні лопаток, під час експлуатації суттєво змінюються під дією силових, температурних та інших факторів.
Поверхня деталі в порівнянні з серцевиною має низку особливостей. Атоми, які знаходяться на поверхні, мають односторонні зв'язки з металом, тому знаходяться в нестійкому стані і мають надмірну енергію в порівнянні з атомами, що знаходяться всередині.
Внаслідок дифузії, особливо при впливі підвищених температур, у поверхневому шарі виникають хімічні сполукиосновного металу із проникаючими ззовні речовинами. При підвищених температурах посилюється дифузійна рухливість атомів, що веде до перерозподілу концентрації легуючих елементів. Дифузія в поверхневому шарі помітно впливає на властивості металів. Це особливо притаманно такої операції, як шліфування, як у зоні обробки спостерігається висока температура.
Основними причинами виникнення макронапружень при механічній обробці є неоднорідність пластичної деформації та локальне нагрівання металу поверхневого шару, а також фазові перетворення.
Ступінь і глибина наклепу поверхневого шару деталей обумовлені режимами механічної обробки та безпосередньо пов'язані зі збільшенням кількості дислокацій, вакансій та ін. Дефектів кристалічних грат металу.
Поверхневий шар деталей ВМД формується в результаті взаємопов'язаних явищ, що відбуваються в осередку деформування та прилеглих до нього зонах: багаторазових пружно-пластичних деформацій, зміни пластичних властивостей металу, тертя, зміни мікро та макроструктури та ін.
При зміцненні внаслідок деформування поверхневого металу та роботи тертя виділяється теплота, що нагріває деталь. При інтенсивних режимах обробки локальні ділянки поверхневих шарів нагріваються, при випрасуванні - до 600-700 °С, при ударних методах - до 800-1000 °С.
Такий нагрівання призводить до зниження рівня залишкової стискаючої напруги біля поверхні, що може призвести до зменшення ефекту зміцнення. У деяких випадках відбувається перетворення стискаючих напруг у розтягуючі.
Основною причиною зміцнення є підвищення щільності дислокацій, що накопичуються поблизу ліній зрушень, і подальша їх зупинка перед різними перешкодами, що утворюються в процесі деформування або існували до нього. Дроблення на блоки обсягів металу, укладених між площинами ковзання, поворот цих блоків, викривлення площин ковзання і накопичення на них продуктів руйнування кристалічної решітки сприяють збільшенню нерівностей по площинах ковзання, а отже, і зміцнення.
При механічній обробці деталей утворення залишкових напруг пов'язане з нерівномірною пластичною деформацією поверхневих шарів, що протікає при взаємодії силового та теплового факторів.
Деформація супроводжується нерівномірними по глибині та взаємопов'язаними між собою процесами зсуву, переорієнтації, дроблення, подовження або укорочення складових структури. Залежно від характеру деформацій, спостерігається збільшення щільності матеріалу деталі.
При жорстких режимах зміцнення може відбуватися перенаклеп, в результаті якого в поверхневому шарі з'являються небезпечні мікротріщини і намічається утворення частинок металу, що відшаровується. Перенаклеп - необоротний процес, у якому нагрівання не відновлює вихідну структуру металу та її механічні властивості.

Віброабразивна обробка лопаток

Лопатки є характерними масовими деталями авіаційних ВМД, працюють в умовах високих статичних, динамічних та термічних навантажень та багато в чому визначають ресурс та надійність роботи двигуна загалом.
Для їх виготовлення використовують високоміцні титанові сплави, нержавіючі сталі, жароміцні сплави на основі нікелю, а також композиційні матеріали.
Трудомісткість виготовлення лопаток у більшості конструкцій ВМД становить 30-40% загальної трудомісткості двигуна. Ця особливість поряд з умовами роботи лопатки в двигуні вимагає використання у виробництві прогресивних методів отримання заготовок, сучасних технологійобробки, особливо на фінішних операціях, механізації та автоматизації технологічних процесів.
В експлуатації авіаційних ВМД із усіх відмов з причин руйнів міцності деталей на лопатки припадає близько 60%. Переважна більшість руйнувань лопаток має втомний характер. Цьому нерідко сприяють пошкодження лопаток, спричинені попаданням у тракт двигуна твердих частинок (каменів при рулюванні на землі, птахів у польоті тощо). Це викликає потребу мати досить високий запас циклічної міцності лопаток, а також вживати спеціальних технологічних та конструктивних заходів щодо підвищення їх живучості у разі отримання пошкоджень (боїв).
В залежності від умов роботи в двигуні рівень змінної напруги в лопатках зазвичай знаходиться в межах 40-160 МПа, а з урахуванням необхідного запасу міцності їхня межа витривалості потрібна, як правило, в діапазоні 300-500 МПа. Опір втоми лопатки залежить від матеріалу, конструкції лопатки, технології її виготовлення, але в будь-якому випадку на величину межі витривалості дуже впливає стан поверхневого шару. Основними факторами, що впливають на якість поверхневого шару, є:
- залишкова напруга - їх знак, величина, глибина залягання, характер розподілу по перерізу деталі та ін;
- мікрорельєф поверхні - величина та характер мікронерівностей, наявність рисок;
- Структура поверхневого шару.
Актуальність завдань щодо підвищення опору втоми лопаток призвела до розробки та впровадження спеціальних методів обробки та впровадження у галузі низки спеціальних методів обробки їх поверхні.
Місце віброабразивної обробки у технологічному процесі механообробки лопаток, як правило, фінішний процес, що виконується на завершальній стадії обробки. Залежно від матеріалу лопатки, виду попередньої обробки, та вихідної величини мікронерівностей поверхні та деяких інших факторів призначаються режими обробки – частота та величина амплітуди коливань, характеристики робочих тіл (бій абразиву, формовані вібротіла, керамічні, скляні або металеві кулі, дерев'яні кубики та ін. .), співвідношення мас та інших. Це дозволяє досягати бажаного результату досить широкому діапазоні вихідних станів поверхні. Так, для компресорних лопаток малих та середніх габаритів із сталевих та титанових сплавів остаточною формотворчою операцією є холодне вальцювання з подальшим заокругленням кромок абразивним кругом. У цьому випадку шорсткість поверхні Rа=1,6 і вище, тому використовуються «м'які» режими віброобробки для вирівнювання мікронерівностей по поверхні та створення стискаючих напруг у поверхневому шарі. При цьому застосовується обробка «навал», (без закріплення деталей) у тороподібних вібромашинах. У ряді випадків технологія обробки передбачає на остаточних операціях абразивне шліфування з подальшим поліруванням поверхні пера лопатки. Такі лопатки піддаються більш інтенсивній віброабразивній обробці для зняття мікронерівностей і забезпечення поверхневому шарі залишкових напруг стиснення.
Реалізувати ефективну віброобробку великих лопаток турбомашин значно складніше. Велика маса таких деталей з урахуванням ваги контейнера та робочого середовищароблять проблематичним створення вібромашини з прийнятними частотою та амплітудою коливань у двох або трьох координатах через різке зростання потрібної потужності приводів та динамічних перевантажень елементів машин. Крім того, такі деталі мають найгірша якістьвихідної поверхні, що знижує продуктивність обробки.
На підприємстві «Мотор Січ» використовується метод поздовжньої однокоординатної віброобробки у замкнутому контейнері (ПОПО).
У традиційних вітчизняних та зарубіжних віброабразивних машинах сипучий наповнювач рухається від коливальних рухівднища контейнера, розташованого завжди знизу. При цьому наповнювач повертається назад вільним падінням. Ефективність такого методу недостатньо висока.
Процес віброабразивної обробки деталей значно активізується та інтенсифікується всередині закритого контейнера з двома днищами, розташованими навпроти один одного, якщо сипучий наповнювач активно коливається між ними, отримуючи кінетичну енергію поштовху від кожного днища. Інтенсивність зіткнень наповнювача з оброблюваною деталлю істотно зростає. Бічні стінки контейнера виконуються похилими (конічними), це створює додаткове обтискання ними наповнювача під час його руху, що збільшує сили динамічного впливу між абразивним наповнювачем і стінками контейнера, всередині якого розташовуються деталі ВМД в закріпленому або вільному стані.
При віброобробці зазначеним методом абразивними гранулами і сталевими розжареними кульками відбуваються більш інтенсивні, ніж у традиційних вібромашинах, знімання металу з поверхні та поверхневе мікродеформування деталей, що збільшує величину та глибину залягання поверхневих стискаючих напруг і підвищує опір втоми.
На малюнку 3 представлені криві зміни шорсткості поверхні лопаток із сталі 14Х17Н2Ш від тривалості обробки на віброустановці з U-подібним контейнером.

Рисунок 3 – Залежність шорсткості від віброабразивної обробки в U-подібному контейнері (1) та методом ПОВО (2)

Досягнення шорсткості Ra=1.5 мкм методом ПОВО, як випливає з рис.3, відбувається приблизно за 30 хв, а звичайною віброабразивною обробкою – 1,5 год.
Дослідження віброабразивної обробки турбінних та компресорних лопаток показує переваги цього процесу порівняно з поліруванням та глянсуванням вручну. Результати дослідження показали, що межа витривалості лопаток, підданих віброшліфуванню та віброполіруванню, становить 410 МПа та відповідає вимогам ТУ. Величина і характер залишкових напруг досліджуваних лопаток більш сприятливі, ніж лопатках з поліруванням і глянцуванням вручну.

Висновок

Велике значенняу вирішенні проблеми забезпечення ресурсу та надійності авіаційних ВМД, а також створення двигунів нових поколінь має розробка, удосконалення та створення нових технологічних процесів, методів обробки деталей та обладнання, які підвищують не лише продуктивність, а й якість виготовлення.
Поява сучасних типів і модифікацій авіаційних двигунів безперервно супроводжується новими конструкторськими рішеннями, що тягнуть у себе технологічні труднощі. Для їх своєчасного подолання та скорочення розриву між «ідеальною», з погляду конструкції, та «реальною», з погляду технології виготовлення деталі, необхідно активно впроваджувати у виробництво прогресивні методи механічної та оздоблювально-зміцнювальної обробки.

Література

1. Богуслаєв В. А., Яценко В.К., Прітченко В.Ф. Технологічне забезпеченнята прогнозування несучої здатності деталей ВМД. -К.: Видавнича фірма «Манускрипт», 1993. – 332 с.
2. Дріггс І. Г., Панкастер О. Є. Авіаційні газові турбіни. Пров. з англ. Г.Г. Миронова. – М., Оборонгіз, 1957 – 265 с.
3. Жирицький Г. С. Авіаційні газові турбіни. -М., Оборонгіз, 1950 – 511 с. 4. Доронін Ю.В., Макаров В.Ф. Причини утворення дефектів на профілі пера титанових лопаток при поліруванні.// Там само. - 1991. - №12. - С. 17-19
5. Колощук Е.М., Шаботенко О.Г., Хазановіч С.В. Об'ємна віброабразивна обробка деталей ВМД. // Авіац. проїсть. - 1973. - №6. С7 13-16
6. Богуслаєв В.А., Яценко В.К., Жеманюк П.Д., Пухальська Г.В., Павленко Д.В., Бень В.П. Оздоблювально-зміцнююча обробка деталей ВМД – Запоріжжя, вид. ВАТ «МоторСіч», 2005 р. - 559 с.
7. Дьомін Ф. І., Проничев Н. Д., Шитарьов І. Л. Технологія виготовлення основних деталей газотурбінних двигунів: Навч. допомога. - М: Машинобудування. 2002. – 328 с.; іл.
8. Суліма А.М., Шулов В.А., Ягодкін Ю.Д. Поверхневий шар та експлуатаційні властивості деталей машин. М: МашинобудуванняЮ, 1988.240с.
9. Скубачевський Г. С. Авіаційні газотурбінні двигуни: Підручник для студентів авіаційних вишів. М: Машинобудування, 1969-544 с.
10. Маталін А. А. Технологія машинобудування: Підручник для студентів вишів. М: Машинобудування, 1985-512 с.
11. http://www.nfmz.ru/lopatki.htm
ВАТ «Наро-Фомінський машинобудівний завод» Компресорні лопатки ВМД
12. http://www.nfmz.ru/lopatki.htm
Д.т.н. Юрій Єлісєєв, генеральний директор ФНПЦ ММВП "Салют", Перспективні технології виробництва лопаток ВМД

Важливе зауваження!
При написанні цього автореферату магістерська робота ще не завершена. Остаточне завершення: грудень 2009 р. Повний текстроботи та матеріали на тему можуть бути отримані у автора або його керівника після зазначеної дати.