Технология изготовления диска компрессора
Опубликовано: 30.04.2024
Назначение детали и анализ ее технологичности. Технологический процесс изготовления детали. Факторы, определившие выбор заготовки. Стоимость заготовок, получаемых различными методами. Расчет припусков и межоперационных размеров диска компрессора.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 04.09.2012 |
| Размер файла | 117,0 K |
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
1. Назначение детали и анализ ее технологичности
Диски предназначены для установки на них рабочих лопаток. Для этой цели на диске, имеющем форму тела вращения, в периферийной части предусмотрен утолщенный обод с нарезанными прямыми или косыми пазами (елочного типа, трапециевидными (типа «ласточкин хвост») и др.), в которые устанавливают и фиксируют лопатки.
В зависимости от конфигурации полотна боковые поверхности дисков могут быть: плоскими (постоянной толщины); коническими; сложной формы (гиперболическими, с равным сопротивлением изгибу, комбинированными).
Кроме обода и полотна диски имеют ступицу, в которой выполняют шлицы для передачи крутящего момента с вала на диск. Также по боковым поверхностям дисков с прямоугольными шлицами осуществляется центрирование на валу. Но шлицы являются концентраторами напряжений, поэтому для повышения ресурса работы делают диски с выносными шлицами. Это позволяет за счет упругой связи со ступицей уменьшить воздействие на шлицы высоких напряжений, возникающих в диске.
Диски роторов компрессоров и турбин являются наиболее нагруженными и ответственными деталями газотурбинных двигателей (ГТД). При работе двигателя диски испытывают: напряжения растяжения от центробежных сил масс диска, масс рабочих лопаток; напряжения растяжения-сжатия, возникающие вследствие неравномерности нагрева диска по радиусу. В дисках осевых компрессоров неравномерность нагрева по радиусу невелика и температурные напряжения могут достигать значительной величины только в дисках последних ступеней КВД.
Диски передают крутящий момент от вала к лопаткам в компрессорах и от лопаток к валу в турбинах. Но напряжения кручения малы.
В дисках могут возникать также напряжения изгиба от действия газовых и центробежных сил на лопатки, от давления на боковые поверхности диска, от неравномерности нагрева по толщине диска, от действия гироскопического момента.
В сравнительно толстых дисках, а также в дисках, жестко связанных между собой по ободам кольцевыми буртиками, распорными или силовыми кольцами и другими конструктивными элементами, повышающими жесткость каждого диска и всего ротора, напряжения изгиба невелики.
При определенных температурных условиях и значительных напряжениях в отдельных участках диска возможны проявления ползучести материала и его пластическая деформация.
При больших ресурсах возрастает значение малоцикловой усталости в дисках, возникающей при многократном изменении режима работы двигателя.
По этим причинам диски турбин изготовляют из жаропрочных и жаростойких сталей и сплавов, а диски компрессоров, работающие при пониженных нагрузках - из конструкционных, легированных, нержавеющих, жаропрочных и жаростойких сталей, титановых и алюминиевых сплавов и композиционных материалов. Но все эти детали относятся к труднообрабатываемым.
Диски относятся к деталям повышенной сложности, к ним предъявляются высокие требования по качеству поверхности (диски полируют), и внутренней структуре. Диски имеют много переходных поверхностей, что уменьшает концентрацию напряжений в местах сопряжения поверхностей (все острые кромки в дисках скруглены).
В данном курсовом проекте рассматривается диск шестой ступени КВД. Температурные нагрузки на диск невелики (температурный режим до 400 єС).
В качестве материала выбран титановый сплав ВТ8, который имеет низкую плотность (почти в два раза меньше, чем у стали) и практически не уступает многим легированным сталям по механическим свойствам.
Титановый сплав ВТ8 обладает высокими эксплуатационными качествами, прочностью, антикоррозийными свойствами, сопротивлением циклическим нагрузкам, что достигается определенным сочетанием компонентов сплава.
Таблица 1. Химический состав, %
Сумма прочих примесей
деталь компрессор диск технологический
Таблица 2. Механические свойства
Штамповка и поковка толщиной до 150 мм
Состояние контрольных образцов
Температура испытания, єС
Предельные рабочие температуры
Детали компрессора - 500 єС
- условный предел текучести;
- относительное удлинение после разрыва;
- относительное сужение после разрыва;
- предел выносливости гладкого образца;
- предел длительной прочности;
- твердость по Бринеллю в диаметрах отпечатка от шарика;
- модуль упругости, определенный статическим методом;
- термический коэффициент линейного расширения.
Коррозионная стойкость
Устойчив в атмосферных условиях и морской воде.
Технологические данные
Таблица 3. Термическая обработка
Вид термической обработки
Таблица 4. Горячая обработка давлением
Температура деформации, єС
Степень деформации за один нагрев, %
Штамповка на прессе
Ковка на молоте
Для дисков и рабочих лопаток компрессора и других деталей, длительно работающих в отожженном состоянии при температурах до 500єС (6000 ч).
Анализ термической обработки
Титановый сплав ВТ8 с повышенной технологической пластичностью относится к жаропрочным (б+в) - титановым сплавам. Он предназначен для длительной работы при 450-550єС под нагрузкой. Сплав хорошо деформируется в горячем состоянии, но плохо сваривается. Из него изготавливают поковки, штамповки, прутки. Легирование цирконием (0,3-1,5%) повышает жаропрочность титанового сплава ВТ8 при сохранении достаточно высокой стабильности.
Сплав применяется в отожженном состоянии. Для него проводится двойной отжиг. Двойной отжиг отличается от изотермического тем, что после отжига на первой ступени сплав охлаждают до комнатной температуры на воздухе, а затем снова нагревают до температуры второй ступени - она ниже, чем на первой ступени. При двойном отжиге в деформированном титановом сплаве ВТ8 при температуре первой ступени происходят те же процессы, что и на первой ступени изотермического отжига, т.е. полигонизация и рекристаллизация. В результате рекристаллизационных процессов снимается нагартовка и повышается однородность структуры и свойств сплава. При охлаждении на воздухе частично протекает превращение бв, но в-фаза не принимает равновесного состава, и при последующем нагреве при температуре второй ступени в в-фазе происходят процессы распада. Двойной отжиг вызывает повышение прочностных характеристик при некотором снижении пластичности. Двойной отжиг можно рассматривать как «мягкую» закалку с высокотемпературным старением.
С увеличением содержания алюминия температура двойного отжига повышается, так как алюминий повышает температуры начала интенсивного развития возврата и рекристаллизации.
Титановый сплав ВТ8 обладает после двойного отжига оптимальным комплексом механических свойств. После такого отжига формируется структура, представленная 5-10% глобулярной фазы в пластинчатой превращенной в-матрице. Такая структура обеспечивает сочетание высокой вязкости разрушения, приемлемую циклическую прочность и высокие значения поперечного сужения и относительного удлинения. Кроме того, сплав с такой структурой отличается наиболее высоким сопротивлением солевой коррозии.
Прокаливаемость титанового сплава ВТ8 возрастает с понижением температуры нагрева под закалку. Еще один способ повышения прокаливаемости - применение «мягкой» закалки.
Титановые сплавы имеют высокую удельную прочность, превышающую легированные стали.
Данный материал достаточно хорошо обрабатывается. Диск имеет сложную форму. Базовыми поверхностями при изготовлении диска являются торцы обода и ступицы (толщины обода и ступицы выполняются по 8 квалитету), боковые поверхности шлиц (выполняются по 8 квалитету). Посадочный элемент диска (цилиндрический поясок), предназначенный для установки промежуточного кольца с элементами лабиринтного уплотнения, обрабатывается по 6 квалитету. Шероховатость поверхностей (практически всех) Ra 2,5, мест после полирования Ra 1,25. Биения наружных и торцевых поверхностей до 0,05 мм.
По технологическому процессу обеспечена непрерывность процесса изготовления, за исключением проведения ультразвукового контроля (УЗК) (для выявления глубинных дефектов в заготовке), травления (для определения макроструктуры) и стабилизирующего отпуска для снятия внутренних напряжений после обдирки диска кругом, а также ЛЮМ-1 (для выявления поверхностных дефектов) и рентген-контроля (для выявления глубинных дефектов) на завершающих операциях.
Технические параметры применяемого оборудования соответствуют требованиям конкретных операций.
Применение высокопроизводительных станков, станков с ЧПУ в сочетании с ручными промежуточными (притупление кромок и обдирка заусенцев) операциями отвечает требованиям по качеству изготовления.
В силу вышесказанного обосновано применение высокопроизводительного режущего инструмента и наличие большого количества контрольных операций.
2. Определение типа производства
Разрабатываемый технологический процесс изготовления детали должен быть увязан с организацией его выполнения, т.е. типом производства. Основными признаками, определяющими тип производства, являются широта номенклатуры, регулярность, стабильность и объем выпуска деталей (ГОСТ 14.004-83).
Различают три типа машиностроительного производства:
Одной из основных характеристик типа производства является коэффициент закрепления операций - отношение числа всех различных технологических операций, выполняемых в течение месяца О, к числу рабочих мест Р:
Массовое производство характеризуется узкой установившейся номенклатурой и большим объемом выпуска деталей
Серийное производство характеризуется ограниченной номенклатурой деталей, изготовляемых периодически повторяющимися партиями (сериями) и сравнительно большим объемом выпуска. Понятие «партия» относится к числу деталей, а понятие «серия» - к числу машин, запускаемых в производство.
Единичное производство характеризуется широкой номенклатурой изготовляемых деталей и малым объемом их выпуска
В зависимости от числа деталей в партии и значения коэффициента закрепления операций различают: мелкосерийное, среднесерийное и крупносерийное производства (ГОСТ 3.1121-84.). Значения коэффициента закрепления операций принимают: для мелкосерийного производства 20…40, для среднесерийного производства 10…20, для крупносерийного производства 1…10. При единичном производстве не регламентируется.
Таблица 5. Технологические характеристики серийного производства
Простые, с малой точностью и большими припусками (горячий прокат, поковки и др.)
Целесообразность применения точных заготовок обосновывается технико-экономическими расчетами
Точные, с минимальными припусками (точное литье, литье под давлением, штамповки и др.)
Универсальное с широкими техническими возможностями
Используются станки с ЧПУ, универсальное и специализированное
Специальное, высокопроизводительное, станки с ЧПУ
Расставляется в цехах по технологическим группам
По технологическим группам с учетом направления основных грузопотоков цеха по предметно замкнутым участкам
Расставляется по поточному принципу
В основном универсальная, но применяется и специальная
Детали при серийном производстве перемещаются партиями. Партией называют число деталей одного наименования, запускаемых в обработку одновременно или непрерывно в течение определенного интервала времени. Размер партии существенно влияет на эффективность производства.
Размер партии деталей Nп, запускаемых в работу, определяют по формуле:
где N - годовой объем выпуска деталей, шт.; D - число рабочих дней в году (при двух выходных днях D = 253); f - число рабочих дней, на которые разрешается иметь незавершенное производство (f = 3…5).
Исходные данные:
Годовая программа выпуска деталей: N = 150 шт.
Режим работы - односменный.
где - нормативный коэффициент загрузки оборудования; принимаем ;
- фактический коэффициент загрузки рабочего места.
где - количество станков.
где - штучное или штучно-калькуляционное время, мин;
- действительный годовой фонд времени работы оборудования, ч; принимаем для односменной работы .
Данные по существующему технологическому процессу и результаты расчетов приведены в таблице 6.
Диски являются наиболее ответственными элементами конструкции роторной части ГТД. Начиная с входа в проточную часть ГТД и при выходе газов из турбины, действуют силовые и температурные нагрузки, которые воспринимает вращающийся ротор (рисунок 1.1). В дисках компрессора и турбины закреплены лопатки, которые обеспечивают постепенное сжатие воздуха в компрессоре низкого давления (КНД), среднего давления (КСД) и высокого давления (КВД). Затем смесь воздуха и топлива из камеры сгорания (КС) подается на турбину. Поток газов, имеющих высокую температуру (Тг.max.=1600К), поступая на лопатки турбины, создает вращение роторной части ГТД. Реактивная сила, возникающая в роторе, обеспечивает работу изделия.
Диски воспринимают значительные осевые и центробежные нагрузки по всему тракту проточной части ГТД. Изменения давления в проточной части компрессора увеличивают температуру воздуха и требуют использования для дисков компрессора различных материалов. Диски первых ступеней компрессора изготавливаются в основном из титановых сплавов ВТ-9, ВТ-20, . (см. таблицу 1.1). По мере роста давления и температуры в проточной части компрессора материал для дисков изменяется. Используются диски из теплоустойчивых низколегированных сталей (18ХНВА, 10ХН3А, . и другие). На последних ступенях компрессора высокого давления, где температура достигает 600-700С, используются для дисков хромоникелевые стали и сплавы 04ХН40МДТЮ, ХН45ВМТЮБР и другие.
Диски турбины ГТД работают при весьма высоких силовых и температурных нагрузках. Напряжения, возникающие в дисках, достигают 500 МН/м. Температура на входе в турбину равна Тг. кр = 1300К и Тг. мax = 1600 К., поэтому для дисков турбины в основном используются хромоникелевые сплавы с высоким содержанием никеля (62 - 73 %).
Периферийная часть диска (обод диска) воспринимает действие высоких температур. С целью уменьшения воздействия этих температурных нагрузок по профилю полотна диска создаются лабиринтные уплотнения, которые уменьшают перетекание газовой смеси к внутренней части ротора. Перепад температур по радиусу диска достигает 400К, что вызывает большие температурные напряжения в материале, приводящие к появлению трещин и в отдельных случаях к разрушению диска. Такие условия работы дисков при значительных частотах вращения требуют высокой сбалансированности элементов роторной части и отсутствия, значительных перетеканий газов в лабиринтных уплотнениях ГТД.
Диски турбины ГТД представляют собой равнопрочную конструкцию, учитывающую воздействие осевых, центробежных и температурных напряжений и неравномерность их воздействия по всему профилю.
На рисунке 4.1 представлен эскиз диска турбины первой ступени двухконтурного ГТД. Этот диск изготавливается из хромоникелевого сплава ЭИ698ПД (ХН62БМКТЮ-ПД) получаемого методом вакуумного дугового переплава. Этот сплав весьма трудно подвергается механической обработке, но благодаря комплексу хороших физико-механических свойств используется для дисков турбины ГТД:
а) Механические свойства сплава:
- твердость НВ 302. 375 единиц,
- временное сопротивление разрыву в = 1150 Мпа (117 кг/мм 2),
- относительное удлинение s = 13%,
- относительное сужение = 14%,
- сплав деформируется в температурном интервале 1160 - 1000С.
б) Химический состав:
- углерод - 0,03 - 0,07%,
- никель - 70% (основа),
- титан - 2,32 - 2,75%,
- алюминий - 2,8 -3,2%,
Сурьма, олово, висмут, мышьяк не более 1 балла по шкале спектрального анализа.
Благодаря добавлению 0,005% бора сплав существенно превосходит по жаростойкости другие сплавы. Этот сплав обладает хорошим сочетанием прочности и пластичности. Он также обладает хорошей коррозионной стойкостью.
Диск турбины первой ступени (рисунок 4.1) имеет следующие основные элементы:
- усиленная массивная ступица;
- центрирующие пояски для ориентирования диска в роторе;
- равнопрочное, конусообразное полотно диска;
- обод диска, в котором расположены пазы для установки и закрепления лопаток;
- элементы центрирования и закрепления дифлекторных и лабиринтных колец;
- высокоточные отверстия для установки и крепления дисков к валам с помощью призонных болтов.
Основными конструкторскими поверхностями диска являются поверхности К1 и К2. Эти поверхности определяют положение диска относительно передней опоры ротора. Поверхности Р1 и Р3 служат для соединения диска с элементом вала для задней опоры ротора ГТД (рисунок 1.1).
Точность выполнения данных поверхностей и точность расположения их относительно друг друга обеспечивается в пределах IT5 -IT6. Плоскостность торцевой поверхности К1 выполняется с точностью до 0,01 мм., а шероховатость этой поверхности до Ra = 2.5 мкм. Поверхность К1 создает плотное прилегание диска к торцевой поверхности вала в процессе сборки ротора. Эта поверхность определяет координатную плоскость ZOY (рисунок 4.1). Центрирование диска выполняется поверхностью К2. Данная поверхность создает координатную ось OX детали. Она выполняется по IT5 и создает при сборке ротора беззазорное соединение по поверхности Д1 диаметром 262 Н6/k5. Эта посадка обеспечивает возможные предельные значения натягов от - 0,003 мм. до - 0,058 мм.
Поверхность Д2 диаметром 266- 0,03 и прилегающий торец Р1 обеспечивают соединение диска с валом для задней опоры. Представленные конструкторские поверхности (К1, К2) создают координатную систему XYZ диска ГТД.
Относительно координатной системы XYZ в диске турбины расположены основные рабочие элементы:
- поверхности елочного замка диска;
- поверхности для центрирования и закрепления колец лабиринтных уплотнений и дефлекторов;
- отверстия для соединения диска с валом.
Ось елочного паза (рисунок 4.1, вид А) повернута к оси диска на угол , который равен в нашем случае 8. Допуск на данный угол составляет 10. Через первый паз замка проходит базовая плоскость (сечение а-а), которая определяет координатную систему установки лопатки в диске. Для создания точного положения лопаток в пазах диска базовая плоскость, начиная с нулевого паза диска, контролируется. Допустимое отклонение положения фактической базовой плоскости от номинального положения не должно превышать 0,03 мм. на длине 100 мм.
Профиль елочного замка диска получают методом протягивания. Точность геометрических параметров елочного замка (рисунок 4.1, сечение а-а) обеспечивается в следующих пределах:
- допуск на шаг зубьев паза (размеры h1,h2. hn) - 0,02 мм.,
- допуск на угол профиля паза (угол ) - 10,
- допуск на положение паза относительно оси (угол ) - 10,
- допуск на ширину паза (размеры В0, В1, . Вn) - 0,08 мм.
В процессе установки лопаток в диск осуществляется селективная сборка. При этом пазы диска разбиваются на 3 группы:
1 группа имеет размеры - 14,19 + 0,04 мм.,
2 группа имеет размеры - 14,23 + 0,04 мм.,
3 группа имеет размеры - 14,27 + 0,04 мм.
Перед установкой лопаток в диск каждая лопатка проверяется на наличие качки в замке. Эта качка проверяется на полной длине лопатки и должна составлять 0,3 мм.
Постановка лабиринтных и дифлекторных колец производится по основным К1 и Р1 и дополнительным поверхностям Р4, Р5 с правой стороны диска (элемент Б, рисунок 4.1) и Р6, Р7 с левой стороны диска (элемент С, рисунок 4.1). В процессе установки выступы колец вводятся в пазы П (вид Г), а за счет поворота кольца создают натяг в зоне размера 4,5 -0,08 мм. для правой стороны и в зоне размера 0,65 - 0,07 мм. для левой стороны. Такая сборка лабиринтных колец обеспечивает их неподвижное соединение с диском.
Отверстия для крепления дисков с помощью призонных болтов выполняются в пределах IT5 (Ø 14+0,017 мм., Ø 14,5+0,019 мм.). Свободные поверхности этого отверстия выполняется в пределах IT10 (Ø 14,2+0,07 мм.). Расположение отверстий относительно друг друга и положение их относительно конструкторских поверхностей К1 и К2 выполняется в пределах допуска - 0,04 мм.
Допустимое смещение свободных поверхностей до 0,2 мм.
Необходимо отметить, что диски компрессоров и турбины, работая при значительных частотах вращения, должны иметь минимальные смещения вращающихся неуравновешенных масс. Для уменьшения «скрытой неуравновешенности» элементов роторов необходимо уменьшать источники, порождающие эту неуравновешенность в процессе изготовления и сборки. В связи с этим точность расположения поверхностей, роторной части двигателя, включая свободные поверхности, выполняется с повышенными требованиями. Так, например, допуск на смещение свободных поверхностей контура диска должен быть не более 0,06 мм.
Поверхности диска воспринимают значительные напряжения при эксплуатации. С целью улучшения качественных показателей поверхностей они подвергаются абразивно-жидкостной обработке, а на профиль рабочей замковой части диска воздействуют микро-шариками для создания в поверхностном слое сжимающих напряжений. Все поверхности диска подвергаются полированию для снятия вредных остаточных напряжений и получению шероховатости поверхностей до 2,5 мкм. по Ra.
Диски ротора ГТД подвергаются тщательному контролю на всех этапах обработки.
На рисунке 4.2 представлен эскиз диска пятой ступени, который расположен в средней части ротора осевого компрессора. Наружный диметр диска равен 675 мм., внутренний диаметр равен 160 мм. Это отверстие позволяет обеспечить подачу воздуха во внутренний тракт компрессора и создать охлаждение, как самих дисков, так и высоконагруженных элементов ротора диска - валов, подшипников, и т. д.
Диски компрессора имеют следующие основные элементы:
- центрирующий поясок К1 и торец К2 для ориентирования диска в роторе компрессора,
- наружный обод (ширина обода 47 мм.) служит для установки и закрепления лопаток,
- тонкостенное полотно диска (толщина полотна диска равна 3,5 мм.),
- усиленный поясок в средней части диска (толщина пояска равна 8 мм.) с 30-ю отверстиями диаметром 10 мм. для закрепления диска в роторе компрессора смешанного вида [1].
По наружному диаметру диска под углом 35 к оси расположены 65 пазов трапецеидальной формы (рисунок 4.2, сеч. а - а). Эти пазы обеспечивают ориентирование лопаток и их закрепление в осевом и радиальном направлениях. Конструкторскими поверхностями являются центрирующий поясок диаметром 330 мм. (поверхность К1) и прилегающий торец К2 . Эти поверхности выполняются с высокой точностью.
Для изготовления таких дисков используется титановые сплавы ВТ-9, ВТ-20 и др. (см. таблица 1.1).
а) механические свойства сплава ВТ-9:
- твердость НВ 269 - 363 единицы,
- временное сопротивления разрыву в = 1029 - 1225 Мпа (105 -125 кг/мм2).
- относительное удлинение s = 9%,
- относительное сужение = 25%.
б) химический состав:
- алюминий - 5,8 - 7,0 %,
- молибден - 2,8 - 3,8 %,
- цирконий - 0,8 - 2,0 %,
- кремний - 0,2 - 3,5 %.
Основой сплава является титан. Примесей в данном сплаве не более 0,865 %.
Обрабатываемость материала по отношению к стали 45 невысокая. Коэффициент обрабатываемости составляет 0,2.
Преимуществом титановых сплавов являются высокие механические свойства и коррозионная стойкость при малой плотности материала. Эти сплавы обладают термической стабильностью и не охрупчиваются при длительной работе под нагрузкой в условиях нагрева 400 - 500С. Сплав ВТ-9 является жаропрочным.
При работе ГТД в дисках компрессора возникают значительные напряжения от центробежных сил, массы самих дисков и массы лопаток, установленных на ободе. В дисках компрессора действуют также температурные напряжения, вызываемые неравномерным нагревом диска по радиусу и толщине. Напряжения от сил газов вызывают изгиб дисков.
Диски компрессора относятся к деталям, имеющим ажурные, тонкостенные, высоконагруженные элементы.
Заготовки дисков турбин и компрессоров штампуют в закрытых штампах на ковочных молотах и мощных прессах. Форму заготовки стремятся приблизить к форме готовых дисков. Припуск на механическую обработку около 5. 6 мм на сторону. Однако в ряде случаев из-за сложной конфигурации детали припуски значительно больше. КИМ составляет около 0,1. Заготовки дисков на авиационные двигателестроительные заводы поступают предварительно обработанными заводом-поставщиком. Их подвергают ультразвуковому контролю для выявления внутренних дефектов.
В настоящее время в нашей стране и за рубежом переходят на изготовление дисков компрессора и турбины горячим изостатическим Прессованием гранул в газостате (методом порошковой металлургии). Основные этапы технологического процесса — получение гранул (диаметром 5. 500 мкм); очистка и сортировка гранул по размерам; горячее изостатическое прессование заготовки из гранул в газостате (температура нагрева 1200 °С, давление 200 МПа). Горячее изостатическое прессование повышает жаропрочность и пластичность материала заготовки.
Для дисков компрессора отрабатываются технология и оборудование с целью получения заготовок с регулируемой структурой методом изостатического прессования порошков с разными механическими свойствами.
Перспективной является также изотермическая штамповка и раскатка заготовок дисков компрессора и турбины в условиях сверхпластичности. Сущность этого направления состоит в следующем. Рабочие валки создают гидростатическое давление на материал заготовки, находящийся в очаге деформации. Величина гидростатического давления превышает предел текучести материала, что подавляет порообразование, исключает появление трещин и других несплошностей. Соблюдение изотермических условий в этом процессе деформирования обеспечивает мелкозернистую равноосную структуру при незначительной ориентации зерен в направлении течения металла. Материал заготовок дисков имеет повышенные механические свойства с малым их разбросом.
В настоящее время разработаны технологические процессы сверхпластического раскатывания дисков из титановых и жаропрочных сплавов.
При изготовлении дисков традиционными методами КИМ составляет 0,08; при использовании предварительных заготовок из порошков КИМ — 0,2 и при применении горячего изостатического прессования КИМ — 0,3.
Заготовки турбинных дисков с лопатками получают литьем по выплавляемым моделям с точностью 10. 13-го квалитетов и шероховатостью поверхности Ra = 10. 1,25 мкм. Лопатки таких дисков механически не обрабатывают, а лишь зачищают отдельные места. Все остальные поверхности литых дисков обрабатывают так же, как и штампованные.
Технологические базы для обработки дисков. Технологическими базами при механической обработке дисков являются центрирующие (посадочные) пояски или отверстие в диске и торцы.
Технологические базы в дисках турбины — центрирующие пояски или отверстия, торцы фланцев и в ряде случаев технологический бурт с отверстием с одной стороны полотна (рис. 15.3, а).
Технологические базы в дисках компрессоров с центрирующими поясками (барабанного типа) -- центрирующие пояски и торцы диска (рис. 15.3, в), а в дисках с торцевыми шлицами — отверстие и торцы диска (рис. 15.3, г).
Малая жесткость дисков компрессоров требует частой правки технологических баз, например, в ряде конструкций дисков торцы обрабатывают до трех раз.
Диски компрессоров и турбин являются ответственными высоконагруженными деталями ротора, на них действуют центробежные силы, а также знакопеременные вибрационные нагрузки, то есть в дисках могут возникать усталостные трещины.
Диски турбины являются достаточно жесткими деталями, часто не имеют внутреннего отверстия. Диски компрессора являются более ажурными, они имеют небольшую жесткость, которую при закреплении и обработке необходимо принимать специальные меры для уменьшения деформации.
Диски компрессора могут быть двух видов: плоские кольцевые диски, а также диски с развитыми барабанными пим-ми.
Элементы дисков: ступица, обод, диафрагма (полотно). КБ: торцы дисков, посадочные пояски и опорные торцы. Рабочие поверхности: замки, лабиринтные поверхности, радиальные, осевые отверстия.
В двигателях пятого-шестого поколений применяются моноколеса, то есть диск изготовлен совместно с лопатками двух типов моноколес: типа «блиск» (есть диафрагма) и «блтнги» (уменьшение до 30% ротора). Моноколесо не имеет диафрагмы, для уменьшения прочности по окружности обод изнутри армирован углепластиком.
Технические требования: КБ – 5,6 квалитеты, рабочие поверхности – 6,7 квалитеты, свободные поверхности – 7,8 квалитеты.
Биение КБ и рабочих поверхности 0,02…0,04. Радиальное и торцовое биения остальных поверхностей , 0,8…1.
Шероховатость поверхностей: рабочие поверхности, контрповерхности – 1,25; свободные поверхности – 2,5.
Материалы компрессора: первые ступени (КНД) – титановые сплавы ВТ8 и т.д., рабочая температура до 380°С, новые сплавы ВТ189. В КВД – хромоникелевые стали ЭИ961, ЭП517, температура до 450°С. На последующих ступенях – хромоникелевые сплавы ЭП718.
Для турбины – хромоникелевые сплавы ЭИ437Б, ЭП741.
Общие принципы построения технологического процесса.
Заготовка дисков получается методом горячего деформирования. После нормализации и очистки заготовки проводится черновая обработка: технологический процесс разбивается на этапы:
В черновом этапе проводится подрезка одного из торцев и 100% ультразвуковой контроль на выявление внутренних дефектов.
В черновом этапе обработки в качестве баз используется торец и наружный диаметр обода. Обработка происходит в патроне. В получистом и чистом этапах реализуется вторая технологическая схема, то есть заготовка устанавливается по КБ. Чаще всего эти базы реализуются как проверочные, то есть проводится обработка с выверкой. Пазы для установки лопаток и точные отверстия для соединения ступеней обрабатываются после окончательной обработки КБ по второй технологической схеме.
В отделочно-упрочняющем этапе проводится полировка диафрагмы, упрочнение методами выглаживаний (обкатка шариками, роликами, алмазное выглаживание), лабиринтного уплотнения. Обрабатываются методами абразивно-жидкостной обработкой, затем уплотняются микрошариками.
Вместо выглаживания может применяться виброгалтовка и дробиструйная обработка. Для уменьшения доли ручного труда применяется абразивно-жидкостная обработка и гидроабразивная.
Выполнение основных операций.
Обработка точных отверстий.
Проводится на радиально-сверлильных станках с использованием накладного зеркального кондуктора. Кондукторная плита центрируется по конструктивной поверхности, которая обработана окончательно.
При обработке отверстий необходимо выдерживать следующие размеры: диаметры отверстий, смещение отверстий от номинального положения, размер по углу расположения отверстий.
Точность всех этих размеров обеспечивается за счет следующих технических решений:
- диаметр отверстий обеспечивается набором переходов (сверление, зенкерование и т.д.);
- смещение от номинального положения обеспечивается за счет реализации второй технологической схемы и повышенной точности посадочной поверхности кондукторной плиты, а также использование фиксатора (16), который устанавливается после обработки первого отверстия;
- совмещение осей отверстий двух сопрягаемых деталей обеспечивается за счет их обработки по одному и тому же кондуктору. Посадочные диаметры с двух сторон кондуктора имеют взаимное биение не более 8;
- глухие отверстия под презонные втулки в дисках турбины обрабатываются по той же схеме, но выдерживается еще дин операционный размер H по глубине. Размер обеспечивается за счет использования специального зенкера, на оправке которого имеется резьба и две гайки для настройки размера. После настройки полученные гайки (14) фиксируются контргайкой (13).
Диски компрессора могут быть конструктивно 2-х типов:
o Диски с тонким полотном;
o Диски с развитыми барабанными поверхностями.
Конструкторскими базами являются пояски посадочные и торцы опорные.
Рабочими поверхностями являются пазы для установки лопаток.
Точность конструкторских баз и поверхностей 5,6 квалитет, биение 0,02 мм, шероховатости 0,32 – 1,25.
Свободные поверхности обрабатываются с точностью7,8 квалитета, шероховатость 1,25 – 2,5 все диски балансируются.
Замки чаще всего “ласточкин хвост”
Биение по свободным поверхностям 0,4 – 0,25
Диски турбины имеют более массивный овод, утолщенное полотно диска. Конструкторскими базами являются посадочные пояски и опорные торцы. Все диски имеют полки с лабиринтными уплотнениями.
В угловом положении конструкторская база – отверстия под призонные втулки.
Биение, точности, качество поверхностей такое же, как и на дисках поверхности компрессора.
Пазы для лопаток “елочного типа”
Материалы для изготовления дисков компрессора: первые ступени – титановые сплавы, последние – хромоникелевые стали. (ВТЗ – 1, ЭИ 961) .
Материал дисков турбины – Хромоникелевые сплавы (ЭИ 437Б).
Основные принципы построения технологического процесса.
Заготовка – штамповка с припуском 5 – 6 мм на сторону. Группа контроля 1.
На механическую обработку заготовки поступают в нормализационном очищенном виде осуществляется 100 % ультразвуковой контроль материалов дисков на отсутствие внутренних дефектов.
Технический процесс разделяется на этапы: заготовительный, черновой, получистовой, чистовой, отделочный.
В качестве наружных баз используется наружная поверхность и теория обода.
На чистовом и получистовом этапах используются конструкторские базы. При этом используются универсальные планки заготовка устанавливается с выверкой по базовым поверхностям. Пазы дисков обрабатывается обычно протягиванием на горизонтальных и вертикальных протяжных станках. Эта операция проводится в основном в чистовом этапе. Шлифование в дисках не применяются практически.
В отделочном этапе производится полировка полотна диска и переходных радиусов поверхностности, а также упрочнение методами выглаживания или виброгалтовки. Скругление острых кромок проводится часто вручную, но высокоэффективным является применение турбоабразивных и абразивно-жидкостных обработок.
Выполнение основных операций.
Диски обрабатываются на токарно-карусельных и токарно-лобовых станках. Получистовая и чистовая обработка проводится с использованием проверочной установочной базы с выверкой по индикатору. Подробно рассмотрим операции обработки точных отверстий и пазов диска.
Обработка точных отверстий.
Отверстия обрабатываются на радиально-сверлильных станках по накладному зеркальному кондуктору. При этом выдерживаются следующие размеры: диаметр отверстий, обеспечивается инструментом в 4-е перехода: сверление, зенкерование, 2-а развертывания (Н5); смещение от номинального положения обеспечивается тем, что в качестве установочной базы используется конструкторская база диска (Æ d1, поверхность А), а установочная поверхность кондукторной плиты имеет высокую точность (пункт 4 требований). Точное совмещение осей отверстия в диске с осью отверстия на проставке обеспечивается тем, что отверстие в проставке обрабатывается по этому же кондуктору, При установке кондуктора по d2. Точное угловое расположение отверстий обеспечивается точностью кондуктора и использованием фиксатора 16.
Обработка пазов
Протягивание пазов. В дисках компрессора формируются замки типа «ласточкин хвост» или «ёлка». Пазы обрабатываются главным образом методом протягивания, на горизонтально – протяжных или вертикально - протяжных станках.
При протягивании пазов выдерживаются следующие размеры:
1. все размеры пазов обеспечиваются инструментом;
3. смещение пазов от номинального положения обеспечивается настройкой станка и настройкой блока протяжек;
4. точность по шагу пазов обеспечивается точностью делительного устройства, приспособления (фиксатор 15) и обработкой пазов через 1;
5. точность по углу наклона паза обеспечивается настройкой приспособления;
6. размер, связывающий положение пазов относительно отверстий, обеспечивается за счет использования в приспособлении установочного пальца и настройки приспособления. После настройки приспособления на заданный типоразмер диска протягивается образец и контролируется.
Обработка зубчатых колес
В двигателе используется большое количество зубчатых передач, которые работают при высоких оборотах и высоких нагрузках; имеют минимальную массу, т.е. сложную конфигурацию, а также высокое качество всех поверхностей, что обеспечивает высокую надежность. Широко применяются азотируемые и цементируемые зубчатые колеса.
Классификация зубчатых колес самостоятельно.
Конструкция, технические требования, материалы
В двигателях применяются зубчатые колеса, выполненные совместно с валами (вал - шестерня), применяются блоки шестерен (2, 3 шестерни из одной заготовки), 2 – 3 венца в одной детали. Конструкторские детали: посадочные отверстия, - по которым шестерня сажается на вал, шейки под подшипники, рабочие поверхности – зубчатые венцы. Для зубчатых колес применяются материалы трех групп:
1. термоулучшаемые (38ХВА);
2. цементируемые (18ХНВА, 12ХМ3А);
3. азотируемые (38ХНМЮА).
Точность зубчатых колес
Зубчатые колеса являются ответственными и сложнопрофильными деталями, их точность характеризуется рядом геометрических параметров:
1. точность по углу расположения зуба;
4. wt0 – точность по шагу;
5. wf – точность эвольвенты;
На практике точность зубчатых колес задается комплексными параметрами: по ГОСТу установлено 12 степеней точности:
1. с 1 по 3 – сверхточные;
2. с 4 по 12 – точность снижается;
3. 4 – в приборах;
4. 5, 6, 7, 8 – в авиации.
Пример: СТ 5 – 6 - 5 - Е
5-я степень – оценивается степень кинематической точности величиной погрешности по углу поворота при полном обороте зубчатого колеса;
6-я степень точности по плавности хода оценивается величиной погрешности по углу поворота, многократно повторенной при полном обороте зубчатого колеса;
5 – точность по контакту зубчатых колес оценивается по величине площади пятна контакта;
Е – норма бокового зазора.
Опора деревянной одностоечной и способы укрепление угловых опор: Опоры ВЛ - конструкции, предназначенные для поддерживания проводов на необходимой высоте над землей, водой.
Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого.
Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).
Читайте также: