CC BY
17Проектирование и производство летательных аппаратов, космические исследования и проекты
УДК 669.871
Л. А. Оборин, М. Е. Шилова, С. И. Анашкина
Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Россия, Красноярск
НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ПРОИЗВОДСТВА ЛИТЫХ ДЕТАЛЕЙ ТУРБОНАСОСНОГО АГРЕГАТА ДВИГАТЕЛЕЙ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ
Показаны методы повышения качества деталей турбонасосного агрегата двигателей летательных аппаратов литьем по выплавляемым моделям.
Постоянное развитие и совершенствование конструкции летательных аппаратов с целью улучшения их тактико-технических характеристик требует значительного повышения энергетических параметров двигательных установок. В свою очередь, это вызывает необходимость использования новых материалов, обладающих повышенной прочностью, пластичностью, жаростойкостью и жаропрочностью.
Увеличение прочностных и пластических характеристик используемых материалов приводит не только к усложнению конфигурации корпусных деталей двигателей, но и к резкому увеличению трудоемкости механической обработки их из поковок и штамповок, а в некоторых случаях - просто к невозможности механической обработкой получить необходимые профили газового и гидравлического тракта двигательной установки. При этом коэффициент использования металла (КИМ) очень часто не превышает 0,26, а в отдельных случаях, при изготовлении крупногабаритных деталей - 0,05...0,10 [1].
В условиях серийного производства значительно возрастает востребованность заготовок, получаемых литьем по выплавляемым моделям (ЛВМ), поскольку данный прецизионный способ литья обеспечивает КИМ до 0,6...0,8. Переход к технологиям литья позволяет:
- получать оптимальные пространственные профили всех элементов литых заготовок, определяющих гидрогазодинамику;
- существенно сократить количество сборочных единиц;
- совместить многие функции в одном узле или агрегате, что должно приводить к максимальному уменьшению количества сварных швов, повышению надежности и стабильности технологического обеспечения требований конструкторской документации [2].
Производство заготовок методом ЛBM, в рамках интегральной системы технологических основ, позволяет в полной мере реализовать все требования конструкторской документации, главными из которых являются герметичность и прочность деталей (см. рисунок).
Разработанные для ЛВМ высокопрочные нержавеющие стали (типа ВНЛ) и жаропрочные сплавы по уровню механических свойств близки к деформируемым материалам. Однако, обладая высокими прочностными и пластическими свойствами, данные материалы имеют большой интервал кристаллизации, т. е. большое поле двухфазной зоны, что повышает склон-
ность к усадочным рыхлотам и пористости в отливках сложной конфигурации.
Комппекс требований к отливкам силовых установок
I
Конструктивная прочность
I
Герметичность
I
Поиск новых технических решений по созданию и совершенствованию методов про екгир ов ан ия техн ологических процессов отливок литьем по выплавляемым моделям
п:
Подготовка жидкого металла высокопрочных нержавеющих сталей (ВНЛ) и кристаллизации
С ов ерше н ств ов ан ие
технологической подготовки и плавки высокопрочных хромо-никелевых сталей
X
Проектирование литниково-питающей системы и
направленности затвердевания отливок сложной конфигурации
.Высоко температурная обработка
хромо-никелевых расплавов
=С
Совершенствование системы ко мпьютер н ого моделиров ан ия литейных процессов
X
Формирование отливки
Направленное затвердевание отливок
I
п:
В условиях кристаллизации под давлением
Герметизация и высокотемпературная газ о статическая обработка отливок
п:
Комплекс технологически:: методов изготовления отливок с особыми требованиями
Интегральная система технологических основ производства специальных отливок методом ЛБЫ для ДУ летательных аппаратов
Кристаллизация отливок при ЛБЫ характеризуется малыми скоростями протекания процесса, наличием высоких начальных перегревов расплава, значительными размерами двухфазной зоны, охватывающей зачастую большую часть объема отливки, что сопровождается разбросом механических свойств, неоднородностью структуры в сечениях отливок. Это приводит к наличию в отливках дефектов усадочного характера - рыхлот и пористости, что не обеспечивает достижения гарантированных показателей герметичности и конструктивной прочности [3].
В связи с вышеуказанными проблемами центральной научно-технологической задачей, определяющей
Решетневскце чтения
как герметичность, так и прочность литых заготовок, является исключение дефектов усадочного характера, рыхлоты и пористости с одновременным решением проблемы равновесности исходного расплава металла и остаточной пористости.
Решение этой задачи в настоящий момент возможно только на основе комплексного подхода к соз -данию интегральной системы производства литых заготовок методом ЛВМ, путем разработки физико-математических и физических моделей процессов кристаллизации и затвердевания отливок, компьютерного прогнозирования свойств литейных сталей, сплавов и огнеупорных материалов.
Библиографические ссылки
1. Технология производства жидкостных ракетных двигателей : учебник / В. А. Моисеев, В. А. Тарасов, В. А. Колмыков, А. С. Филимонов. М. : Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2008.
2. Литье по выплавляемым моделям : учеб. пособие / Л. А. Оборин, Н. М. Чернов, К. А. Медведев, А. А. Иванов / Сиб. федер. ун-т. Красноярск, 2009.
3. Оборин Л. А., Сутягин А. В. Обеспечение качества сложных литых заготовок изделий ракетно-космической техники // Решетневские чтения : материалы Междунар. науч. конф. : в 2 ч. Ч. 1. Красноярск, 2011. С. 348-349.
L. A. Oborin, M. E. Shilova, S. I. Anashkina Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev, Russia, Krasnoyarsk
TECHNICAL-SCIENTIFIC PRINCIPLES TO IMPROVE QUALITY OF TURBOPUMP ASSEMBLY CASTING MANUFACTURING OF AIRCRAFT ENGINES
The methods to improve the quality of turbopump assembly items of aircraft engines by investment casting are demonstrated.
© Оборин Л. А., Шилова М. Е., Анашкина С. И., 2012
УДК 669.871
Л. А. Оборин, М. Е. Шилова, С. И. Анашкина
Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Россия, Красноярск
ОСНОВЫ КАЧЕСТВЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА ОТЛИВОК, ПОЛУЧАЕМЫХ МЕТОДОМ ЛИТЬЯ ПО ВЫПЛАВЛЯЕМЫМ МОДЕЛЯМ ТУРБОНАСОСНОГО АГРЕГАТА ДВИГАТЕЛЕЙ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ
Рассмотрены факторы, влияющие на качество отливок, и предложены методы возможного исключения дефектов.
Формирование физико-механических свойств отливок начинается уже в процессе конструирования детали и продолжается на всех этапах технологического процесса. В конечном счете в литейном цехе создается единая технология изготовления всей номенклатуры отливок. В технологических процессах для каждой отливки задаются конкретные условия производства и технологические регламенты, которые в статистическом аспекте можно рассматривать как допустимые отклонения случайных величин в интервале параметров технологического процесса. Поэтому в решении задач получения литых заготовок гарантированной герметичности и заданной конструктивной прочности необходимо комплексное рассмотрение всех вопросов, связанных с технологическим процессом. Сложность и большое число не поддающихся учету воздействий на технологический процесс дают основание отнести его в целом к классу вероятностных систем, для которых характерно получение различных (в определенных пределах) величин резуль-
тирующих характеристик при одном и том же наборе внешних (учитываемых) воздействий.
В силу вышеизложенного, влияние индивидуальных способностей рабочих, выполняющих отдельные операции технологического процесса литья, а также технологов, документально определяющих параметры процесса и доверительные его интервалы, является чрезвычайно важным фактором, чтобы получать отливки с заданными свойствами, в конечном счете. Отдельные технологические факторы различно влияют на изменение качественных показателей (однородность и равновесность структуры, внутренние усадочные дефекты и т. д.) и физико-механических свойств. Таким образом, технологический процесс производства литых заготовок может быть рассмотрен как сложная вероятностная система, в которой входными параметрами являются конструктивно-технологические факторы, а выходными - качество литья (наличие дефектов) и механические свойства [1].
