Установочных поверхностей заготовки



 

 

118

 


 

Рис. 3.19. Схема последовательности удаления припуска

На черновом этапе обработки

 

 

119

 


 

 

На рис. 3.19 представлена схема последовательности удаления при-

пуска на черновых операциях первой части технологического процесса.

Показанные сечения, номера операций и удаляемых элементов позво-

ляют раскрыть порядок обработки, применяемое оборудование, режу-

щий инструмент и способы контроля необходимых параметров.

Для рассматриваемого примера для удаления припусков на сложных

пространственных поверхностях используются горизонтально – фре-

зерные станки (операции №100 – 125) со специальными поворотными

приспособлениями. Обработка этих поверхностей осуществляется дис-

ковой фрезой шириной 60 мм, диаметром 160 … 200 мм. На этих опе-

рациях удаляется значительный слой металла, который определяется

напусками, полученными за счет штамповочных уклонов, смещения по

линии разъема штампов и других особенностей изготовления исходной

заготовки.

Режимы резания для удаления такого слоя металла следующие: ско-

рость резания v = 20–25 м/мин (частота вращения n = 30 мин-1); про-

дольная подача = 65 мм/мин; число проходов – 4.

На операциях №130 – 135 используются вертикально-фрезерные

станки с ЧПУ модели 6М13ГН1. Обработка фасонных поверхностей

заготовки производится концевыми (пальцевыми) фрезами диаметром

∅48…50 мм по специальным управляющим программам. Режимы ре-

зания при этом: скорость резания v = 50 м/мин (n =315 мин-1); продоль-

ная подача = 60 мм/мин.

Операции №140–145 выполняются на копировально-фрезерных

станках модели КА–65. При обработке используется метод строчного

фрезерования узкой дисковой фрезой. Ширина строки составляет 3 мм.

Диаметр фрезы равен 185–200 мм. Образующая профиля фрезы в попе-

речном направлении выполнена в виде радиуса. Режимы резания, при

этом соответствуют: v = 30 м/мин (n =315 мин-1); продольная подача

= 150 мм/мин; число проходов – 1.

При обработке карманов, облегчений и предварительного профиля

замка (операции №155 – 175) используются горизонтально– и верти-

кально-фрезерные станки.

При выполнении этого комплекса операций технологического про-

цесса осуществляется снятие основного слоя металла. Контур заготов-

ки приближают к контуру готовой детали. При этом создают мини-

мально возможный слой припуска на дальнейшую получистовую и

чистовую обработку. Величина этого слоя и его неравномерность в

партии заготовок зависит от многих причин. При обработке крупнога-

120


 

 

баритных компрессорных лопаток первой ступени такими причинами

являются:

точность ориентирования и закрепления заготовок в технологиче-

ских системах на операциях;

величина коробления от обработки и изменения напряженного со-

стояния заготовок.

С целью снижения этих влияний в процессе формирования профиля

заготовок на черновом этапе используется распределение припусков,

оптимизация режимов обработки на операциях и проведение стабили-

зирующей термической обработки.

 

136


 

 

ИЗГОТОВЛЕНИЕ ДИСКОВ ГТД

 

 

КОНСТРУКЦИЯ,

ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ И МАТЕРИАЛЫ

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 нагруз-

ки, 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 воз-

духа 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 турбины ГТД работают при очень высоких силовых и темпе-

ратурных нагрузках. Напряжения, возникающие в дисках, достигают

500 МПа. Температура газов на входе в турбину Тг кр = 1300 К и

Тг. мax = 1600 К, поэтому диски турбин в основном изготавливают из

хромоникелевых сплавов с высоким содержанием никеля (62 – 73 %).

Периферийная часть диска (обод) воспринимает действие высоких

температур. 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 ус-

ловия работы дисков при значительных частотах вращения требуют высо-

кой сбалансированности элементов роторной части и отсутствия значи-

тельных перетеканий газов в лабиринтных уплотнениях ГТД.

Диски турбины ГТД представляют собой равнопрочную конструк-

цию, учитывающую воздействие осевых, центробежных и температур-

ных напряжений и неравномерность их воздействия по всему профилю

(рис. 4.1).

Диск турбины первой ступени двухконтурного ГТД изготавливают из

хромоникелевого сплава ЭИ698ПД (ХН62БМКТЮ-ПД) получаемого ме-

тодом вакуумного дугового переплава. Этот сплав весьма трудно подвер-

гается механической обработке, но благодаря комплексу хороших физико-

механических свойств используется для дисков турбины ГТД:

 

137


 

 

Рис. 4.1. Диск турбины первой ступени

 

138

 


 

Механические свойства сплава:

– твердость НВ 302...375 единиц,

– временное сопротивление разрыву óв = 1150 Мпа (117 кг/мм2),

– относительное удлинение äs = 13%;

– относительное сужение ø = 14%;

– деформируемость при температуре 1160…1000°С.

Химический состав сплава, %:

– углерод – 0,03…0,07%,

– кремний – 0,5%,

– марганец – 0,4%,

– сера – 0,07%,

– фосфор – 0,015%,

– хром – 13,0…16,0%,

– никель – 70% (основа),

– титан – 2,32…2,75%,

– алюминий – 2,8…3,2%,

– ниобий – 1,9…2,2%,

– железо – 2%,

– свинец – 0,01%,

– бор – 0,005%,

– церий – 0,005%.

Содержание сурьмы, олова, висмута, мышьяка – не более 1 балла по

шкале спектрального анализа. Благодаря добавлению 0,005% бора

сплав существенно превосходит по жаростойкости другие сплавы.

Этот сплав отличается хорошим сочетанием прочности и пластич-

ности, а так же высокой коррозионной стойкостью.

Диск турбины первой ступени имеет следующие основные элементы:

– усиленную массивную ступицу;

– центрирующие пояски для ориентирования диска в роторе;

– равнопрочное, конусообразное полотно диска;

– обод диска, в котором расположены пазы для установки и закреп-

ления лопаток;

– элементы центрирования и закрепления дифлекторных и лаби-

ринтных колец;

– высокоточные отверстия для установки и крепления дисков к ва-

лам с помощью призонных болтов.

Основными конструкторскими поверхностями диска являются по-

верхности К1 и К2, которые определяют положение диска относитель-

 

139


 

 

но передней опоры ротора. Поверхности Р1 и Р2 служат для соедине-

ния диска с элементом вала для задней опоры ротора ГТД.

Точность выполнения этих поверхностей и точность расположения

их относительно друг друга обеспечивается в пределах IT5…IT6. Пло-

скостность 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 торцовой по-

верхности вала в процессе сборки ротора и определяет координатную

плоскость ZOY.

Центрирование диска выполняется по поверхности К2. Она создает

координатную ось 0X детали, обеспечивает при сборке ротора безза-

зорное соединение по поверхности Д1, выполняется по IT5. Посадка

262 Н6/k5. Эта обеспечивает возможные предельные значения натягов

от – 0,003 мм до – 0,058 мм. Поверхность Д2 диаметром 266 – 0,035 мм

и прилегающий торец Р1 обеспечивают соединение диска с валом для

задней опоры.

Представленные поверхности К1, К2 создают координатную систему

XYZ диска ГТД. Относительно координатной системы XYZ в диске тур-

бины расположены основные рабочие элементы:

– поверхности елочного замка диска I;

– поверхности для центрирования и закрепления колец лабиринтных

уплотнений и дефлекторов II;

– отверстия для соединения диска с валом III.

Ось елочного паза (вид А) повернута к оси диска на угол á = 8o. До-

пуск 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 дис-

ка, 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 обеспечивается в

следующих пределах:

– допуск на шаг зубьев паза (размеры h1, h2, ...hn) 0,02 мм;

– допуск на угол профиля паза â = 10′;

– допуск на положение паза относительно оси (угол ã = 10′;

– допуск на ширину паза (размеры В0, В1, ...Вn) 0,08 мм.

 

140


 

 

В процессе установки лопаток в диск осуществляется селективная

сборка. При этом пазы диска разбиваются на три группы по размерам,

мм:

1) 14,19 + 0,04;

2) 14,23 + 0,04;

3) 14,27 + 0,04.

Перед установкой лопаток в диск каждая лопатка проверяется на на-

личие качки в замке, которая на полной длине лопатки должна состав-

лять 0,3 мм.

Постановка лабиринтных и дифлекторных колец производится по

основным К1 и Р1 и дополнительным поверхностям Р4, Р5 с правой сто-

роны диска (элемент Б) и Р6, Р7 с левой стороны диска (элемент С). В

процессе установки выступы колец вводятся в пазы П1 (вид Г), а за счет

поворота кольца создают натяг – 0,08 мм в зоне размера 4,5 для правой

стороны и 0,07 мм в зоне размера 0,65 для левой стороны. Такая сборка

лабиринтных колец обеспечивает их неподвижное соединение с дис-

ком.

Отверстия для крепления дисков с помощью призонных болтов вы-

полняются в пределах IT5 (14+0,017 мм, 14,5+0,019 мм). Свободные

поверхности этого отверстия выполняется в пределах IT10 (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 про-

цессе изготовления и сборки. В связи с этим точность расположения

поверхностей роторной части двигателя, включая свободные поверхно-

сти, повышенная. Так, 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 поверх-

ностей их подвергают абразивно-жидкостной обработке, а на профиль

рабочей замковой части диска воздействуют микрошариками для соз-

дания в поверхностном слое сжимающих напряжений.

 

 

141


 

Рис. 4.2. Диск пятой ступени компрессора

 

142

 


 

 

На рис. 4.2 представлен диск пятой ступени, который расположен в

средней части ротора осевого компрессора.

Диски компрессора имеют следующие основные элементы:

– центрирующий поясок К1 и торец К2 для ориентирования диска в

роторе компрессора;

– наружный обод (ширина 47 мм), служащий для установки и закре-

пления лопаток;

– тонкостенное полотно диска (толщина полотна диска 3,5 мм);

– усиленный поясок в средней части диска (толщина пояска 8 мм) с

30 отверстиями диаметром 10 мм для закрепления диска в роторе ком-

прессора смешанного вида [1].

По наружному диаметру диска под углом 35° к оси расположены 65

пазов трапецеидальной формы (сечение а–а). Эти пазы обеспечивают

ориентирование лопаток и их закрепление в осевом и радиальном на-

правлениях.

Конструкторскими поверхностями являются центрирующий поясок

диаметром 330 мм (поверхность К1) и прилегающий торец К2. Они вы-

полняются с высокой точностью. Для изготовления таких дисков ис-

пользуется титановый сплав ВТ-9, ВТ-20 и др.

Преимуществом титановых сплавов являются высокие механиче-

ские свойства и корозионная стойкость при малой плотности материа-

ла. Эти сплавы обладают термической стабильностью и не охрупчива-

ются при длительной работе под нагрузкой в условиях нагрева

400…500ºС. Сплав ВТ-9 является жаропрочным.

Механические свойства сплава ВТ-9:

– твердость 269–363 НВ;

– временное сопротивления разрыву óв = 1029…1225 Мпа (105…125

кгс/мм2).

– относительное удлинение äs = 9%,

– относительное сужение ø = 25%.

Химический состав сплава ВТ-9,%:

– 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 0,2).

143


 

 

При работе ГТД в дисках компрессора возникают значительные на-

пряжения от центробежных сил, массы самих дисков и массы лопаток,

установленных на ободе. В дисках компрессора действуют также тем-

пературные напряжения, вызываемые неравномерным нагревом диска

по радиусу и толщине. Напряжения от сил газов вызывают изгиб дис-

ков.

Диски компрессора относятся к деталям, имеющим ажурные, тонко-

стенные, высоконагруженные элементы.

 

 

ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ


Дата добавления: 2018-05-12; просмотров: 573; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:






Мы поможем в написании ваших работ!