CC BY
19
УДК 621.7.09
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ КОРПУСНЫХ ДЕТАЛЕЙ ТУРБОНАСОСНОГО АГРЕГАТА ЖРД
А. Ю. Володин, Е. А. Грачева, В. В. Харченко, Н. В. Белобородко, А. В. Тропин
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
E-mail: Spi2012@inbox.ru
Рассматриваются инструменты, применяемые при обработке корпусных деталей ТНА жидкостных ракетных двигателей. Приведен анализ режущего инструмента, применяемого при механической обработке жаропрочных сплавов.
Ключевые слова: жидкостный ракетный двигатель, турбонасосный агрегат, механическая обработка, шероховатость поверхности.
TECHNOLOGICAL FEATURES OF MECHANICAL PROCESSING OF CASE PARTS OF TURBO-PUMP AGGREGATE LRE
A. Yu. Volodin, Е. А. Gracheva, V. V. Kharchenko, N. V. Beloborodko, А. V. Tropin
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation
E-mail: Spi2012@inbox.ru
The tools used in the processing the body parts of the TNA liquid rocket engine are considered. The analysis of the cutting tool used in the machining of high-temperature alloys.
Keywords: liquid rocket engine, turbo-pump aggregate, machining, surface roughness.
Турбонасосный агрегат (ТНА) является одним из основных агрегатов жидкостного ракетного двигателя (ЖРД), представляющий собой единый энергетический узел, образованный насосами и газовой турбиной. Комплектующие ТНА детали условно можно разделить на две группы -подвижные (вращающиеся) и неподвижные - корпуса, внутри которых располагается ротор [1].
При производстве изделий для ракетных двигателей в качестве конструкционных материалов широко используется жаропрочные сплавы и стали типа ВЖЛ-12, ЭП202, ЖС6-У, ЖС6-К, ЖС32, ЖС26, ЭП742, 08Х18Н10Т на никелевой основе. Трудоёмкость механической обработки является значительной, при этом токарные операции составляют 20-30 % от всего технологического процесса изготовления изделий типа корпус, ротор турбины и т. д. Изделия из сплава ВЖЛ-14 и стали ВНЛ-6 имеют высокую твёрдость, вязкость, обусловленную химическим составом материала и физико-механическими свойствами отливки. В процессе токарной обработки резцы типа ТК10, ТК15, хорошо зарекомендовавшие себя при механической обработке низколегированных сталей и сплавов. Такие резцы быстро изнашиваются при механической обработке жаропрочных сплавов ЖС6-У, ЖС6-К, ВЖЛ-14. Поэтому рекомендуется использовать резцы с особо мелким зерном повышенной твёрдости, износостойкости на основе WC, TaC, VC, Co [2].
Проблемы совершенствования технологии окончательной (чистовой) токарной обработки связаны с необходимостью обеспечения выполнения высоких требований износостойкости инструмента, к биению и шероховатости плоских, цилиндрических и конических обработанных поверхностей в процессе механической обработки на токарных станках, а также с разработкой технологии обработки сложных поверхностей вращения с криволинейными образующими [3-4].
Решение перечисленных выше задач требует системного подхода в технологии механической обработки и совершенствования применяемых инструментальных материалов, геометриче-
Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2018. Том 1
ской формы режущих инструментов, оптимизации режимов резания и припусков на чистовую токарную обработку [5-6].
Наиболее эффективным путем решения большей части этих технологических задач является теоретический анализ, практические рекомендации выбора рациональных режимов резания, износостойкости режущих инструментов, погрешность обработки, шероховатости обработанных поверхностей, геометрических параметров режущих лезвий с учетом изменения действительных механических свойств жаропрочных сплавов типа ЖС6-К, в процессе резания под влиянием деформаций, нагрузочных характеристик, скоростей деформации и неравномерно распределенных температур [7].
Одной из основных задач совершенствования технологии токарной обработки и интенсификации обработки заготовок из хромоникелевых сплавов является выбор технологических параметров определённых в процессе исследования.
Механическая обработка деталей в большей мере осуществляется лезвийным инструментом. Производительность и точность обработки зависит от многих факторов, таких как: жесткость оборудования, режимы резания, физико-механические свойства обрабатываемой детали, геометрические параметры и материал режущего инструмента и т. д. В процессе обработке жаропрочных сплавов наиболее рациональными инструментами являются твердые сплавы.
Обзор литературных данных и изучение производственного опыта показывают, что при обработке жаропрочных сталей и сплавов твердые сплавы исследованы недостаточно и, особенно, влияние геометрических параметров на стойкость режущего инструмента [8].
В настоящей работе описаны некоторые результаты исследований стойкости твердосплавных режущих пластин CNMG 120404-MF1 890 (Seco) при обработке жаропрочного сплава на никелевой основе ЖС6-К.
Критерием изнашивания режущего инструмента было принято изменение шероховатости обработанной поверхности и износ по задней поверхности, равный 0,5 мм. Износ режущих пластин измерялся и контролировался с помощью цифрового микроскопа MiViewCap. По результатам исследования установлено, что характер износа по главной задней поверхности твердосплавных пластин при точении жаропрочного сплава ЖС6-К нормальный и равномерный во всех случаях.
Изменение величины фаски при глубине резания T = 1 мм позволяет получать различную глубину, приходящуюся на фаску пластины и на основную режущую кромку. Поэтому для более равномерного распределения нагрузки следует выбирать размер фаски, учитывая глубину резания. По полученным результатам, можно сделать вывод, что более рациональной геометрией для обработки жаропрочного сплава ЖС6-К является геометрия с фаской по задней поверхности. При этом было установлено, что наиболее оптимальный размер фаски составляет H = 0,75 мм при глубине резания T = 1 мм [9].
При производстве корпусных деталей ТНА из стали ВНЛ-6 и жаропрочного сплава ВЖЛ-14 механическая обработка проводится на токарных станках Hyperturn и MDW-23. Режимы черновой обработки: скорость резания V = 100 м/мин; подача S = 0,1 мм/об и глубина резания T = 1 мм. Режимы чистовой обработки: скорость резания V = 200 м/мин; подача S = 0,06-0,08 мм/об и глубина резания T = 0,1-0,5 мм. Режимы сверления: скорость резания V = 200 м/мин; подача S = 0,1 мм/об. Применяется смазочно-охлаждающая жидкость BLASER-2000.
Для обработки корпусных деталей ТНА используются пластины из твёрдосплавных материалов типа: YBG205 (ультрамелкозернистая твердосплавная подложка с уникальной поверхностной обработкой в сочетании с нанопокрытием TiAlN), YBM253 (с технологией нанопокрытия CVD, модифицированным ультратонким зерном и подложкой из градиентного сплава с высокой жесткостью) и YBC151 (износостойкая подложка с многослойным покрытием Ti(CN)/TiN и толстым слоем Al2O3).
Физико-химические свойства материалов типа: YBG205, YBM253 и YBC151 обеспечивают твердосплавному инструменту высокий предел пластической прочности, повышенную сопротивляемость адгезионно-усталостному, химико-окислительному, диффузионному и абразивному изнашиванию. Такие свойства позволили существенно повысить производительность обработки труднообрабатываемых материалов по сравнению с обработкой быстрорежущим инструментом.
Для обеспечения формоустойчивости пластины режущего лезвия при точении сплава ЖС6-К, целесообразно затачивать на задней поверхности фаску предварительного притупления оптимальной ширины. Для устранения отрицательного влияния высокой температуры на структуру обрабатываемого изделия и служебные свойства резцов использовалась смазачно-охлаждающая жидкость (СОЖ) «Аквол-2» (ТУ38 УССР 2-01-220-79), предназначенная специально для обработки деталей из жаропрочных хромоникелевых сплавов [10].
Библиографические ссылки
1. Конструкция и проектирование жидкостных ракетных двигателей : учебник для студентов вузов / Г. Г. Гахун, В. И. Баулин, В. А. Володин и др. / под общ. ред. проф. Г. Г. Гахуна. М. : Машиностроение, 1989. 424 с.
2. Баженов М. Ф., Байчман С. Г., Карпачев Д. Г. Твёрдые сплавы : справ. М. : Металлургия, 1978. 184 с.
3. Балакшин С. Основы технологии машиностроения. М. : Машиностроение, 1969. 559 с.
4. Бобров В. Ф. Основы теории резания металлов. М. : Машиностроение, 1975. 334 с.
5. Кушнер В. С. Изнашивание режущих инструментов и рациональные режимы резания : учеб. пособие. Омск : ОмГТУ, 1998. 138 с.
6. Макаров А. Д. Оптимизация процессов резания. М. : Машиностроение, 1976. 278 с.
7. Кушнер В. С., Фролов С. В. Эффективные режимы резания и геометрические параметры инструмента при черновом точении сталей // Вестник машиностроения.
8. Режущая способность инструмента из сплава КНТ20 при точении деталей из сплава 35ХМФЛ и 12Х18Н9Т // Станки и инструмент. 1981. № 6. С. 25.
9. Балова Д. Г., Артеменко Н. С. Исследование геометрии токарных твердосплавных пластин для обработки жаропрочного сплава ХН65КМВЮТЛ.
10. Моргунов А. П., Чумаков А. П., Рогачев Е. А. Оптимизация процесса токарной обработки поверхностей изделий из жаропрочных хромоникелевых сплавов ; Омск. гос. техн. ун-т.
© Володин А. Ю., Грачева Е. А., Харченко В. В., Белобородко Н. В., Тропин А. В., 2018
