Основные направления развития прогрессивных технологий и металлорежущих станков с ЧПУ Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 621.90-529

А. Я. Качан, В. Ф. Мозговой, С. Б. Беликов, Ю. Н. Внуков, В. П. Карась

ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЯ

ПРОГРЕССИВНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ И МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ С ЧПУ

Представлена классификация основных направлений развития прогрессивной технологии и металлорежущих станков с ЧПУ для обработки деталей ГТД.

Постановка проблемы и ее связь с практическими задачами

Развитие технологии обработки деталей неразрывно связано с совершенствованием авиационных двигателей, которое осуществляется эволюционным путем.

Основными направлениями развития отечественных и зарубежных авиационных ГТД являются непрерывный рост их основных параметров -тяги и степени двухконтурности.

Совершенствование турбореактивных двухкон-турных двигателей (ТРДД) связано с повышением эффективности рабочего процесса, экономичности и с увеличением ресурса. Растут температура газа перед турбиной (Тг до 1665 °К) и давление рабочего тела (пк до 20......35). Повышается топливная эффективность. Повышаются окружные скорости рабочих колес компрессора и турбины, а вместе с ними - и скорости движения рабочих тел.

Возрастает напряженность ступеней вентилятора, компрессора и турбины, что предопределяет необходимость применения высокопрочных материалов, эффективно работающих при рабочих температурах эксплуатации деталей ГТД.

Растет К.П.Д. цикла в авиадвигателях 4-го и 5-го поколений (до 0,425......0,47). Возрастает температура в камере сгорания (Тг,°К до 1900......2200).

Происходит смена поколений применяемых материалов для изготовления деталей ГТД.

Конструкционные и легированные стали заменяют новыми титановыми и жаропрочными сплавами. Сплавы с равноосной структурой - на сплавы с направленной структурой эвтектическими и монокристаллическими, температурный уровень работоспособности которых на 150......170 °С выше.

По удельным характеристикам, особенно по удельному пределу выносливости, титановые сплавы значительно превосходят стали и алюминиевые сплавы.

Доля титановых и жаропрочных сплавов в конструкции авиадвигателя возросла от 31,5 % для двигателей 2-го поколения до 89 % для двигателей 4-го поколения.

Вместе с этим обрабатываемость резанием новых авиационных сплавов в 10......20 раз ниже, чем

у их предшественников. Поэтому в отрасли непрерывно наращивают «зубы промышленности». Разрабатывают и применяют новые режущие материалы. Сравнение различных видов режущих материалов по скорости резания, износостойкости, теплостойкости показывает, что новые композитные и керамические режущие материалы значительно превосходят ранее применяемые металлические режущие материалы.

Происходит смена поколений применяемых инструментов технологического оснащения. В конструкции авиадвигателей 4-го и 5-го поколений появляются новые конструктивные элементы, которых раньше не было - это блиски, блинги, широкохорд-ные лопатки, а также сложные корпусные детали, обечайки, валы и т.д. (рис. 1-3).

Повышаются требования к точности и качеству обработки деталей ГТД.

Обзор публикаций и анализ нерешенных проблем

В настоящее время сложнопрофильные и высокоточные детали ГТД обрабатывают на 3.. .6 осевых, многошпиндельных высокоскоростных обрабатывающих центрах с ЧПУ, особенности применения которых подробно отражены в публикациях [1, 2, 3]. Однако до настоящего времени в литературных источниках не представлены современные тенденции развития как прогрессивной технологии обработки деталей авиационных двигателей, так и металлорежущих станков с ЧПУ, что не позволяет определить их перспективные направления.

Цель работы - определить основные направления современного развития прогрессивной технологии обработки деталей ГТД, а также основные тенденции развития конструкции металлорежущих станков с ЧПУ.

Содержание и результаты исследований

Основные направления современного развития прогрессивной технологии обработки деталей ГТД определялись, прежде всего, исходя из опыта ОАО «Мотор Сич», ГП ЗМКБ « Прогресс», родственных заводов России и по информации, имеющейся в открытой печати.

Тенденции развития металлорежущих станков

© А. Я. Качан, В. Ф. Мозговой, С. Б. Беликов, Ю. Н. Внуков, В. П. Карась, 2007 - 82 -

с ЧПУ выявлялись при анализе конструктивных особенностей современных станков с ЧПУ, которые получили распространение в странах СНГ и за рубежом.

Особенностями современной технологии обработки деталей ГТД являются (рис. 4):

- высокая концентрация технологических операций;

- применение высокоскоростной обработки, в том числе и финишной;

- смена поколений применяемых инструментов, технологического оснащения и оборудования;

- применение интегрированных систем технологической подготовки производства;

- интегрированная технологическая подготовка производства осуществляется в единой сети корпорации: разработчика ГТД и серийного завода изготовителя;

- интеграция и управление технологическим оборудованием осуществляется в единой корпоративной сети предприятия;

- интеграция производственных технологий с информационными;

- развитие технологии происходит в направлении обеспечения всех этапов жизненного цикла изделия (CALS технологии) с представлением в электронном виде в едином информационном пространстве.

Основные тенденции развития металлорежущих станков с ЧПУ представлены на рис. 5, которые условно можно разделить на два вида: технологические и конструктивные.

Рис. 2. Корпусные детали ГТД

Рис. 3. Обечайки и валы ГТД

Я

к о

И § :

и о о

я т

Особенности современной технологии обработки деталей ГТД

л «

ё р I

Рис. 4. Особенности современной технологии обработки деталей ГТД

Технологические тенденции:

- повышается производительность и точность обработки;

- комплексная обработка на одном станке;

- высокоскоростное фрезерование, точение, шлифование.

- возможности черновой и чистовой обработки на одном станке;

-твердое точение;

- измерение деталей непосредственно на оборудовании;

- интеграция производственных технологий с информационными.

Конструктивные тенденции:

- станки со встроенными измерительными системами на основе лазерных технологий;

- с контролем вибраций на шпинделе;

- интегрированное оборудование с горизонтальной и вертикальной компоновкой;

- высокомоментные, прямые приводы, линейные двигатели, станины из минерального литья, гидростатические направляющие и опоры из керамики и т.д.;

- наращивание вычислительных возможностей и быстродействия процессоров систем управления станков с ЧПУ;

Рис. 5. Основные тенденции развития металлорежущих станков с ЧПУ

- расширяются возможности систем управления станков с ЧПУ за счет создания специальных функций;

- встроенная система диагностирования технического состояния инструмента и станка.

Перспективы дальнейших исследований

Дальнейшие исследования должны быть направлены на:

- углубление анализа мировых тенденций развития прогрессивных технологий применительно к конкретному типу деталей авиационных двигателей;

- определение мировых тенденций развития всего парка технологического оборудования, применяемого при изготовлении деталей авиационных двигателей;

- установление новых тенденций развития прогрессивных технологий, технологического оснащения, инструмента и оборудования.

Выводы

Представлена классификация основных направлений развития прогрессивных технологий и металлорежущего оборудования с ЧПУ для изго-

товления сложнопрофильных и высокоточных деталей современных авиационных двигателей.

Перечень ссылок

1. Качан А.Я., Петров С.В., Панасенко В.А., Мозговой С.В., Карась Г.В. Технология обработки моноколес высокоскоростным фрезерованием // Вестник двигателестроения. - № 1. - 2006.

- С. 106-117.

2. Качан А.Я., Панасенко В.А., Мозговой С.В., Карась Г.В. Особенности применения твердосплавного инструмента при токарной обработке дисков авиационных ГТД на станках с ЧПУ // Вестник двигателестроения, - № 1. - 2006 .

- С. 130-135.

3. Панасенко В.А., Качан А.Я., Карась Г.В., Мозговой С.В. Особенности обработки корпусных деталей ГТД на обрабатывающих центрах с ЧПУ // Вестник двигателестроения, - № 1. -2007 . - С. 90-97.

Поступила в редакцию 7.06.2007

Представлено класиф'1кацю основних напрямкв розвитку прогресивних технолог'1й та металорiзальних верстатiв i3 ЧПК для виготовлення деталей ГТД.

The primary development directions of CNC equipment and technology for GTE's parts manufacturing is classified and presented.