CC BY
115
----------------------□ □--------------------------
Розглянуто особливості технологій виготовлення деталей і вузлів газотурбінного двигуна п’ятого покоління, які пов’язані з використанням «блиск» конструкцій компресора, щіточ-них ущільнень, іонної хіміко-термічної обробкою робочих поверхонь зубчатих колес, виробництвом шліцьових з’єднань
Ключові слова: двигун, технологія, напруга, лиття, шліфування
□------------------------------------------□
Рассмотрены особенности технологий изготовления основных деталей и узлов газотурбинного двигателя пятого поколения, связанных с применением «блиск» конструкций компрессора, щеточных уплотнений, ионной химико-термической обработкой рабочих поверхностей зубчатых колес, производством и контролем шлицевых соединений
Ключевые слова: двигатель, технология, напряжение, литье, шлифование
□------------------------------------------□
Habits of manufacturing methods of basic parts and units of the gas-turbine engine of the fifth generation, connected with application «blisk» designs of the compressor, of brush condensation, ionic ^emi -stry-thermal processing of working surfaces of toothed wheels, manufacture and the control of splined joints are observed
Key words: engine, production engineering, pressure, casting, grinding ----------------------□ □--------------------------
УДК 629.7.02
ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА ДВИГАТЕЛЕЙ НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ
В.А. Гейкин
Доктор технических наук, профессор, директор*
Н.И. Шаронова
Кандидат технических наук, начальник отдела* *Научно-исследовательский институт технологии и организации производства двигателей (НИИД) ФГУП «ММПП
«Салют»
пр-т Буденного, 16, г. Москва, 105118 Контактный тел./факс (499) 785-81-74, 785-84-00
E-mail: geikin@salut.ru
Создание современного авиационного двигателя
- комплексный процесс, базирующийся на новейших достижениях в области газовой динамики, горения и теплообмена, конструкционной прочности, теории интегрального управления и диагностики, материаловедения и технологии.
В двигателях пятого поколения предполагается использовать новые конструктивные решения. Так, например, улучшить газодинамические характеристики компрессора и турбины позволит применение в их конструкции моноколес - ступеней, изготовленных по технологии «блиск».
Главное преимущество «блисковой» конструкции
- отсутствие трудозатратных замковых соединений лопаток с диском, а также отсутствием проблем, связанных с обеспечения прочности и долговечности машины (концентрация напряжений в замковых пазах дисков, фреттинг коррозия на контактных поверхностях и снижение вибропрочности лопаток и дисков).
При «блисковой» конструкции кромки лопаток работают в условиях сжатия с напряжением о = -10...-30 кг/мм2 (рис. 1), что создает предпосылки для увеличения ресурсных показателей компрессора ГТД, поскольку уменьшается риск отрицательного влияния неизбежных эрозий и забоин пера лопатки.
Повышение удельных показателей (Руд и Суд) в двигателях нового поколения связывают с применением ламиллоидных лопаток, поскольку это мероприятие позволит увеличить температуру газа перед турбиной до уровня 2000 К.
Рис. 1. Распределение напряжений в «блиск» конструкции, кг/мм2
Замена лабиринтных уплотнений на щеточные, также способствует существенному повышению КПД и тяги двигателя.
Исполнение этих требований «в металле» требует разработки новых технологий.
На ФГУП «ММПП «Салют» имеется большой парк высокоточных станков различного применения ведущих мировых производителей: BOEHRINGER, МАНО, AGIE, OLIVETTI, МАХ MULLER, SIP, LIECHTI и т.д. На указанном оборудовании производится механическая обработка корпусных деталей, высокоточных зубчатых колес (4-5 класс точности), двигательных и самолетных агрегатов, дисков турбин и компрессоров, обработка моноколес и крыльчаток (пяти координат-
€
ные фрезерные станки), электроэрозионная обработка, вибрационная обработка глубоких отверстий в труднообрабатываемых материалах и др.
Разрабатывая новую технологию изготовления детали необходимо параллельно с ней разрабатывать и технологию ее ремонта. Например, наряду с технологией создания «блисков» на предприятии разработана технология и внедрено оборудование для ремонта лопаток моноколес методом электронно-лучевой сварки. Свойства материала после ремонта полностью восстанавливаются, что подтверждено стендовыми испытаниями четырех комплектов «блисков».
Ресурс моноколес должен составлять не менее 2000 часов. Без упрочнения входных и выходных кромок, одной лишь механической обработкой, такого ресурса не достичь. ФГУП «ММПП «Салют» совместно с ФГУП ЦИАМ, Институтом ядерной физики (г. Томск) ведет работы по следующим направлениям: упрочнение микрошариками в ультразвуковом поле (на установках SONATC)•, упрочнение с помощью высококонцентрированных импульсных потоков энергии (ионно-лучевое и ионно-плазменное воздействие).
На ФГУП «ММПП «Салют» производится литье деталей различного назначения, как для авиационных двигателей, так и для газоперекачивающих и энергетических установок наземного применения. Среди всего спектра деталей большая их часть применяется в высокотемпературных узлах двигателей: турбина, сопло и т.д.
Можно выделить несколько основных прогрессивных направлений литейного производства. Сюда следует отнести: монокристаллическое литье по выплавляемым моделям в керамические формы, обеспечивающее получение заданной кристаллографической ориентации отливок; литье по выплавляемым моделям в керамические формы различных жаропрочных сплавов с равноосной структурой, позволяющее получить регламентированный размер зерна по поверхности и объему отливки; литье корпусных и фасонных деталей из алюминия и специальных сталей.
Существующие технологии получения поковок дисков ГТД являются весьма затратными, т.к. требуют изготовления дорогостоящих штампов и наличия соответствующего штампового оборудования. Изотермическая раскатка дисков позволяет избежать этих проблем и повысить коэффициент использования металла (КИМ) минимум в 2 раза. При этом также улучшается точность получения заготовок (припуск
0,05...0,15 мм), повышается стабильность свойств заготовок за счет полной повторяемости процесса, снижается металлоемкость дисков на 20.30% и объем механической обработки на 30.40%, а также возникает возможность получать регламентируемые свойства материала диска от полотна к ступице.
Помимо известного технологического процесса га-зостатирования на ФГУП «ММПП «Салют» разрабатывается технология изготовления дисков турбины путем жидкофазного спекания жаропрочных порошков с последующим газостатированием и изотермической раскаткой. Преимущества данной технологии заключается в следующем: упрощается конструкция капсулы, возможность ее многоразового применения; увеличивается ресурс дисков; возрастает КИМ до 40%. Предполагается, что применение этой техноло-
гии позволит изготавливать диски с ресурсом не менее 2000.2500 часов.
Лазерные технологии успешно развиваются и находят всё более широкое применение при производстве ГТД. В опытном производстве и на стадии внедрения новых технологий лазерный раскрой практически вытеснил операцию штамповки. С помощью лазера осуществляются сварка деталей авиадвигателей и наплавка изношенных поверхностей пресс-форм.
Специалистами НИИД была разработана технологическая операция лазерной зачистки керамических литьевых стержней для рабочих лопаток ГТД. Ручная зачистка стержней не даёт возможности получить стабильное качество, поэтому уже при литье в лопатке могут закладываться дефекты, вызванные концентраторами напряжений, находящимися в керамических стержнях.
Для точного центрирования и соединения дисков компрессоров и турбин ГТД на ФГУП «ММПП «Салют» внедрены шлицевые соединения типа «Си^УГС» и разработана технология их изготовления. Шлицы выполняются из цельной заготовки методом профильного глубинного шлифования высокопористыми шлифовальными кругами. Это обеспечивает гибкость технологического процесса и высокую точность обработки. Из технологического процесса исключаются операции нарезания шлицов, что исключает затраты, связанные с проектированием, изготовлением, контролем и заточкой сложного лезвийного инструмента. Методом глубинного шлифования изготавливаются также различные зубчатые колеса. Разработана технология и внедрено оборудование для ионной химикотермической обработки рабочих поверхностей зубчатых колес, повышающей ресурс деталей в 1,2...1,3 раза. Разработано собственное программное обеспечение для моделирования и расчета зубчатых зацеплений «Салют-Полигон», позволяющее определять глубины и величины напряжений в зубе и на основании этого производить выбор оптимального метода химико-термической обработки.
Вопрос создания щеточных уплотнений — один из основных для специалистов НИИД ФГУП «ММПП «Салют» при разработке технологий для двигателя пятого поколения. Новые уплотнения позволят уменьшить утечки охлаждающего воздуха примерно в два раза, сохранять КПД и поддерживать другие параметры ГТД неизменными в процессе его работы.
Щёточное уплотнение имеет довольно простую конструкцию, но достаточно сложную технологию изготовления. Они находятся в постоянном контакте с ротором, поэтому для них отсутствует процесс приработки, как в случае лабиринтных или сотовых уплотнений. Поэтому ни частые запуски, ни режимы приёмистости не могут привести к потере изолирующих свойств щёточных уплотнений. Отдельные конструкции щёточных уплотнений при эквивалентно циклических испытаниях подтвердили ресурс порядка 40 тыс. часов без проведения каких-либо доработок.
Технология изготовления щеточных уплотнений включает в себя несколько технологических процессов: намотку проволок, их раскрой, крепление, обработку по контуру и т.д. С другой стороны, для каждого конкретного двигателя должны быть точно заданы параметры и отработан расчет щеточных уплотнений, показывающий: должны ли они быть однорядными
3
или двухрядными, каков допустимый перепад давлений. Но без этих уплотнений создание двигателя нового поколения будет проблематичным.
Помимо разработки новых технологий, необходимо иметь достоверные методы контроля технологических процессов, работоспособности и надежности изготавливаемых деталей. Контроль поверхностных остаточ-
ных напряжений является мероприятием, гарантирующим оптимальный выбор технологии. НИИД накопил богатый опыт в разработке средств контроля поверхностных остаточных напряжений. Создан первый в России сертифицированный комплекс МерКулОН
- «Тензор» для измерения поверхностных остаточных напряжения разрушающим методом.
Наведена послідовність розробки планетарної головки, яка дозволяє здійснювати високопродуктивне плоске шліфування важкооброблюваних матеріалів, на прикладі дослідно-промислового зразка для верстата 3Е711. Розроблена конструкція чотирьохшпиндельної планетарно-шліфувальної головки для кругів діаметром 80 мм Ключові слова: планетарно-шліфуваль-
ний інструмент, адсорбційно-пластифікуючий ефект, важкооброблювані матеріали
Приведена последовательность разработки планетарной головки, позволяющей осуществлять высокопроизводительное плоское шлифование труднообрабатываемых материалов, на примере опытно-промышленного образца для станка 3Е711. Разработана конструкция четырехшпиндельной планетарной шлифовальной головки для кругов диаметром 80 мм
Ключевые слова: планетарно-шлифовальный инструмент, адсорбционно-пластифицирующий эффект, труднообрабатываемые материалы
Reduced order of working out of the epicyclic head, allowing to realise a flat grinding, hard-to-machine materials, on an example of the trial sample for the machine tool 3E711. Four-spindle an epicyclic grinding head the construction is developed for wheels in diameter of 80 mm
Keywords: epicyclic-grinding tool, adsorption-plasticization effect, hard-to-machine materials
УДК 621.92: 621.135
СОЗДАНИЕ ПЛАНЕТАРНОЙ ГОЛОВКИ ДЛЯ ПЛОСКОГО ШЛИФОВАНИЯ ТРУДНООБРАБАТЫВАЕМЫХ МАТЕРИАЛОВ
Н.В . Сурду
Кандидат технических наук, старший научный сотрудник* Контактный тел.: (057) 754-55-47 Е-mail: surdu@ipmach.kharkov.ua
А.А. Тарелин
Заведующий отделом, член-корреспондент НАН Украины* Контактный тел.: (0572) 95-96-09 Е-mail: tarelin@ipmach.kharkov.ua
А.В. Телегин
Кандидат технических наук, младший научный сотрудник* *Отдел общетехнических исследований в энергетике Институт проблем машиностроения им. А.Н. Подгорного НАН
Украины
Контактный тел.: (057) 754-55-47 Е-mail: telegin@ipmach.kharkov.ua ул. Дм. Пожарского, 2/10, г. Харьков, 61046
А.Г. Фистик
Главный технолог ГП НПКГ «Зоря-Машпроект» пр. Октябрьский, 42А, г. Николаев, 54018 Контактный тел.: (0512) 49-40-20 Е-mail: agf@zorya.com.ua
1. Введение
Одним из направлений, позволяющих значительно расширить технологические возможности процесса шлифования труднообрабатываемых материалов (ТОМ), является применение прогрессивного планетарного инструмента. Исследования [1, 2, 3], прово-
димые в этом направлении, показывают, что эффективность процесса стружкообразования во многом зависит от обеспечения условий для проявления адсорбционно-пластифицирующего эффекта (АПЭ), механизм которого рассмотрен в работах [4, 5]. В работе [6] разработаны критериальные требования, обеспечение которых необходимо для проявления
Е
