CC BY
24
УДК 621.438.002.2
Ю. С. Кресанов, А. Я. Качан, А. В. Богуслаев
ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СПРЯМЛЯЮЩЕЙ ЛОПАТКИ ВЕНТИЛЯТОРА МЕТОДАМИ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ
В работе представлена технология изготовления спрямляющих лопаток вентилятора без припуска по аэродинамическому профилю на механическую обработку. Представлена сущность и характерные особенности технологии.
Изготовление деталей ГТД с минимальными затратами материальных, энергетических и трудовых ресурсов в настоящее время является важным и актуальным, так как снижается себестоимость изготовления авиационных двигателей, которая в значительной мере предопределяет их конкурентоспособность.
Поэтому разработке и внедрению ресурсосберегающих технологий при производстве наукоемких изделий машиностроения в настоящее время уделя -ется особое внимание.
Цель работы - обобщить имеющийся на ОАО «Мотор Сич» опыт разработки и внедрения технологии изготовления спрямляющих лопаток вентилятора (СЛВ) авиационных двигателей методами обработки давлением.
Результаты работ и исследований
На ОАО «Мотор Сич» разработан и внедрен технологический процесс изготовления СЛВ без припуска на механическую обработку по аэродинамическому профилю пера.
Анализ геометрии СЛВ после выполненных преобразований в соответствии с выражениями
(1......5) [1], в которых все сечения повернуты в
горизонтальное положение и определены их новые координаты Х и У, показал, что она представляет
собой идентичный аэродинамический профиль по всем сечениям (рис. 1, табл. 1).
В связи с необходимостью получения радиуса Я по кромкам (см. рис. 1, б) методом шлифования, они на расстоянии 4 мм от кромок имеют припуск и напуск по входной и выходной кромкам.
Для упрощения геометрии инструмента, который формообразует выбранный профиль, он спрямляется таким образом, чтобы корыто представляло прямую линию, а координаты спинки соответствовали толщине профиля в соответствующих сечениях по оси Х (рис. 2, табл. 2).
Таким образом, после проведенных преобразований профиля СЛВ была принята следующая технологическая схема ее изготовления: порезка листа на полосы - штамповка-прокатка-разделение полосы-закрутка профиля пера.
Исходной заготовкой является полоса из титанового сплава ОТЧ-1 толщиной 8 мм, шириной 160 мм и длиной 350 мм с продольным направлением волокон, вырубленная из листа.
Горячая прокатка одинарных полос в одноклетье-вом стане с образованием профиля в одном врезном калибре малопроизводительна по сравнению с прокаткой спаренных заготовок. Заготовки, прокатанные в соответствии с этим способом, имеют сер-повидность и винтообразность вследствие наличия
переменного поперечного сечения пера и, следовательно, различных вытяжек по входной и выходной Таблица 1 - Параметры сечений лопатки, мм кромкам, что требует дополнительных и трудоемких
Поперечные сечения лопатшерйшйправщ Щ.
Ai6* Ai А2 A3 A4 А5 А6 А7 А8 А9 Аю А11 А12 А13 А14 А15
в1 29,43 30,11 30,10 30,03 29,95 29,87 29,80 29,74 29,66 29,60 29,53 29,49 29,45 29,43 29,39 29,40
в * в2 45,3 45,23 45,22 45,22 45,23 45,24 45,23 45,24 45,25 45,24 45,26 45,26 45,26 45,27 45,28 45,27
в 74,8 75,3 75,3 75,2 75,1 75,1 75,0 74,9 74,9 74,8 74,8 74,7 74,7 74,7 74,7 74,7
С ^max 0,4
Таблица 2 - Координаты исходного профиля
Значение координат исходного профиля
*3 0,383 0,766 1,149 1532 1,9155 3,380 4,595 5,745 7660 11,49 15,32 19,15 22,08 26,81 30,64 383 45,961 53621 61,281 68,941 72771 76,601
у3 0,72 1028 1288 1,488 1,666 2296 2512 2782 3,172 3,744 4,096 4310 4,434 4,488 4500 4372 4,000 3,404 2584 1,698 1254 0,45
© Ю. С. Кресанов, А. Я. Качан, А. В. Богуслаев, 2008
ISSN1727-0219 Вестникдвигателестроения№ 2/2008
- 63 -
а
At -А! ...А16-А16
б
Рис.1.
а - спрямляющая лопатка вентилятора; б - расчетные сечения лопатки
Рис. 2. Исходный профиль лопатки (приближенный)
Способ изготовления сопловых и направляющих лопаток газотурбинных двигателей, при котором осуществляют прокатку в несколько проходов, расположенных симметрично и соединенных перемычкой сдвоенных заготовок лопаток [2], не позволяет получить профиль с особо точными допусками при прокатке, а также выполнять операцию разделения лопаток. В связи с тем, что при прокатке заготовок лопаток без припуска по перу на механическую обработку в несколько проходов необходимо обеспечить точное направление прокатываемой полосы, особенно на первых проходах, а также создать технологическую базу для фиксации разделяемых лопаток на последующих высокопроизводительных разделительных операциях, какими являются вырубка или резка на роликовых ножках, профиль соединили К-образной перемычкой.
Прокатка несимметричного профиля нетехнологична и требует строгого соблюдения обжатий (степеней деформации) по всем координатам Х-У. Поэтому для предотвращения искривления полосы при прокатке в направлении оси Х (см. рис. 2) и образования серповидности профиль соединили перемычкой К-образной формы по выходной (тонкой) кромке пера (рис. 3). К-образную форму перемычке придают до начала прокатки или в первом походе при прокатке.
1
Рис. 3. Соединение профиля лопатки: 1 - профиль пера; 2 - перемычка
В связи со сложностью получения перемычки методом прокатки ее получают горячей штамповкой при температуре 870 °С в нагретом до
150......350 °С штампе на кривошипном прессе уси -
лием 6,3 мН.
При этом выдерживают толщину перемычки (в) в пределах 0,4 мм и происходит небольшая деформация входной и выходной кромок.
Получение СЛВ без припуска по профилю тре-
бует на всех технологических переходах ее изготовления обеспечения высокого качества поверхности, не допуская ее повреждения.
Поэтому предварительно отформованные на прессе заготовки подвергают гидропескоструйной обдувке для удаления окалины, которая приводит к ухудшению шероховатости и повреждениям поверхности на последующих переходах прокатки. Вместе с тем, при нагреве в электропечи необходимо обеспечивать чистоту пода, не допуская наличия на нем огнеупорной крошки, окалины и прочее, что может привести к загрязнению полосы.
При этом сама полоса не должна иметь следов масла, наличия грязи и абразивного порошка. Производится 100 % контроль качества поверхности при каждом переходе изготовления, связанного с нагревом и формообразованием, после которого следует удаление выявленных несоответствий.
Предварительно отформованный профиль прокатывается в горячем состоянии за 6 переходов на стане 330. При прокатке относительные обжатия (деформации) по ширине полосы распределяются неравномерно и наибольшие значения наблюдаются у входной и выходной кромок (рис. 5).
Неравномерное распределение обжатий по переходам обусловлено тем, что прокатка СВЛ осуществляется и в валках, геометрические размеры которых для уменьшения количества инструмента выполнены по окончательным размерам профиля, и из полосы, имеющей равнозначную толщину по ширине.
Профильные полосы СЛВ на первом и втором переходах задаются в валки одним и тем же концом, на третьем - противоположным, а на 4......6
переходах более полным по Стах концом для того, чтобы уменьшить неравномерность толщин по длине полосы.
( А
\
V )
АН 350
Рис. 4. Предварительная формовка перемычки на полосе ISSN1727-0219 Вестникдвигателестроения№ 2/2008
АЬ_
ь
0,30 0,25
0,20 0,15 0,10 0,05
^^ / ^ / *
! ^ / /
\ \ ><
/ ж / ^
Ам
вых. кроша _ 30,6 __ Стах ВХОДН. кро 86,6
Рис. 5. Деформация полосы по переходам (1......6) прокатки
После прокатки полосы на кривошипном прессе усилием 600 кН производится обрезка торцев на участке А (рис. 6) и облоя, при которой базой служит К-образная перемычка. Затем производится горячая правка ее кривизны в спецустановке с температуры 750 °С до полного охлаждения. Все операции нагрева проводятся в окислительной воздушной атмосфере, которая на поверхности прокатанной полосы образует альфированный слой, недопустимый в готовом изделии. А так как полоса изготавливается без припуска и по большей части поверхности не имеет съема металла, то на окончательных операциях технологического процесса предусмотрена операция удаления поврежденного слоя поверхности методом травления.
Проведенные металлографические исследования и измерение микротвердости показали, что глубина альфированного слоя по всем операциям нагрева технологических переходов не превышает 0,1 мм, которая положена в основу технологического процесса травления.
После отжига полосы и обдувки при травлении в растворе азотной и плавиковой кислот удаляется слой 0,15......0,25 мм.
После травления для придания требуемой толщины в сечениях Х-У возможна холодная прокатка за 1-2 перехода.
Готовый профиль для СЛВ (см. рис. 6, рис. 7) имеет неплоскостность профиля пера относительно оси Х не более 0,8 мм, серповидность до 1 мм и кривизну в направлении оси У до 5 мм на длине 315 мм.
Толщина готового профиля в сечении А-А (см. рис. 6) соответствует размерам табл. 3, а Стах (на размере Х, равным 30,6 мм) контролируется только в пределах 640 мм, то есть на длине, кратной двум лопаткам.
640
1...5
А-А О
Предел контроля Сшах
Рис. 6. Профиль СЛВ
Рис. 7. Профиль для изготовления СЛВ
Таблица 3 - Параметры готовой детали
Значения параметров готовой детали, мм
х 0 4,6 5,7 11,5 30,6 61,3 68,9 72,8 76,6
у 10+0,2 -0,1 251+0,2 2, -0,1 2,78-0,25 3,74-0,25 4,50-0,25 2,58-0,25 1,70-0,25 1 25+0,2 0,90+0'2
На заключительных операциях механической обработки производится разделение полосы на отдельные лопатки с использованием К-образной перемычки. Разделенный профиль получает затем закрутку на прессе в горячем состоянии (см. рис. 1). После обсечки торцев пера, обработки кромок фрезерованием, виброшлифования и виброполирования пера лопатки она приобретает окончательные размеры, заданные конструкторской документацией.
Разработанный способ изготовления СЛВ штамповкой с последующей прокаткой позволил снизить общую трудоемкость изготовления лопатки за счет исключения механической обработки профиля фрезерованием и шлифованием, а также резко снизить расход дорогостоящего титанового сплава, получив коэффициент использования металла, равный 0,55, а коэффициент использования заготовки, характеризующий удаление металла при механической обработке, довести до 0,7.
Выводы
В работе дано описание технологии изготовления спрямляющих лопаток вентилятора без припуска по аэродинамическому профилю на механическую обработку.
Представлена сущность и характерные особенности технологии.
Перечень ссылок
1. Кресанов Ю.С., Богуслаев А.В., Качан А.Я. Периодическая прокатка заготовок лопаток компрессора газотурбинных двигателей с аэродинамическим профилем пера // Вестник двигателе-строения, 2006. - № 2. - С.95-101.
2. Авторское свидетельство СССР № 229415, Кл. В2В 1/08 от 18.10.65.
3. Патент СРР № 51943, Кл. В21С 23/16 от 16.03.70.
4. Омельченко В.И., Кресанов Ю.С. и др. «Способ изготовления сопловых и направляющих лопаток газотурбинных двигателей», Авторское свидетельство СССР №788522, Бюлл.инф. № 46, 1980 г.
Поступила в редакцию 21.04.2008
В po6omi дано опис технологи виготовлення спрямляючих лопаток вентилятора без припуска по аеродинамiчному профшю на механiчну обробку. Представлено сутнiсть та характернi осо6ливостi технологи
The description of technology of manufacturing guide vanes of the fan without allowance on an aerodynamic section on machining is submitted. The essence and characteristics of technology is submitted.
ISSN1727-0219 Вестникдвигателестроения№ 2/2008
- 67 -
