2.2. Построение технологического процесса изготовления лопаток компрессора

ЗАГОТОВКИ ЛОПАТОК

Заготовительные технологические процессы производства заготовок лопаток ГТД должны обеспечивать:

требуемые геометрические размеры с необходимыми минимальными припусками;

возможность получения заготовок из теплостойких сталей, титановых и жаропрочных сплавов;

оптимальные структуру и физико-механические свойства материала;

предотвращение появления потенциальных очагов разрушений;

минимальную материалоемкость; минимальную себестоимость и трудоемкость;

минимальную последующую механическую обработку; минимальный объем ручных работ.

В заготовительных цехах моторостроительных предприятий отрасли штампуются заготовки лопаток компрессора длиной до 300 мм. Заготов­ки больших размеров поступают с металлургических предприятий.

В настоящее время в производстве заготовок лопаток компрессора мож­но выделить следующие основные группы технологических процессов:

штамповка на винтовых и кривошипных горячештамповочных прессах;

изотермическая штамповка;

высокоскоростное выдавливание;

холодное и горячее (изотермическое) вальцевание.

Основные операции получения заготовок лопаток компрессора из те­плостойких сталей, титановых и жаропрочных сплавов и применяемое оборудование приведены в табл. 2.1.

Штампованные заготовки лопаток получают из горячекатаных прут­ков. Шероховатость поверхности исходных заготовок перед штамповкой должна быть не ниже Rz = 40 мкм.

Трещины, волосовины, забоины и другие дефекты не допускаются. Мер­ные обточенные заготовки проходят 100 %-й ультразвуковой контроль.

Чтобы обеспечить наибольшее значение коэффициента использования металла (КИМ) и сокращение количества переходов при штамповке, прибегают к фасонированию заготовок под последующую штамповку. Целью фасонирования является перераспределение объема исходной заготовки между хвостовиком и пером.

Таблица 2.1
		Способ получения заготовки
№	Операции	Высокоскоро­стное выдав­ливание	Деформирование в изотермиче­ских условиях	Штамповка на винтовых прес­сах или КГШП
1	Алитирование исходных заготовок из сталей и жаропрочных сплавов	-	Установка типа УНПЭ1
2	Нанесение эмалей и других защитно-смазочных покрытий на заготовки из титановых сплавов	-	Установка типа НЗС-1
3	Нагрев (выполняется перед каждой деформирующей операцией)	Индукционная бариевая ванна ВИС-70	Механизированная электропечь с защитной атмосферой
4	Выдавливание	-	Пресс К1230 (1 МН) или ГКМВ1132 (1,6 МН)
5	Высадка (электровысадка выполняется без предвари­тельного нагрева заготовок). Может заменить операцию № 4	-	Горизонтально ковочные машины (ГКМ) моделей В1132 (1.6 МН), В1134 (2,5 МН), В1136 (4МН), В! 138 (6,3 МН) или элеюровы- садочная машина HG-125/560 «Хазенклевер» (ФРГ)
6	Горячая вальцовка (вместо операции № 9 предварительная штамповка)	-	Ковочные вальцы моделей С1335, С1336
7	Продольная периодическая прокатка (может заменить операции № 4... 8)	-	Прокатный стан ЧСП-2
8	Высокоскоростное выдавливание	Высокоскоро­стной молот ВСМ-27 (1,6 ... 2,5 т.м)	-
9	Штамповка предварительная	-	Винтовые прессы или КГШП (10, 16,25,40 МН)
10	Штамповка окончательная	-	Гидропресс ПА-2638 (6,3 МН), УИС-280	Винтовые прессы или КГШП (10, 16, 25, 40 МП)
11	Обсечка облоя	-	Пресс К9532 (1,6 МН)

12	Калибровка	-	Гидропресс ПА-2638 (6,3 МН) с УИС-280	Винтовые прессы (10, 16,25,40 МН)
13	Удаление облоя на хвостовике	Отрезной станок	-
14	Очистка поверхностей заготовок корундовыми частицами (для титановых сплавов) и стальными частицами (для сталей)	Пескоструйная камера
15	Травление для удаления газонасыщенного слоя. Размерное травление (выполняется для высокоточных заготовок)	Ванна
16	Термообработка	Механизированная электропечь с защитной атмосферой
Высокотемпературный отжиг заготовок лопаток из сплавов ВТЗ-1, ВТ8, ВТ9, В18, ВТ20. Низкотемпературный отжиг для сплавов ВТЗ-1, ВТ8, ВТ9. Для теплостойких сталей и жаропрочных сплавов: нормализация, высокий отпуск, закалка, отпуск
17	Окончательный контроль геометрии заготовок, твердости, механических свойств и структуры	Оптико-механический прибор ПОМКЛ-4 (или КИМ), прибор «Роквелл», микроскоп

На предприятиях отрасли освоены следующие методы фасонирования заготовок:

высадка на горизонтально-ковочных машинах (ГКМ);

электровысадка заготовок;

горячее вальцевание;

периодическая прокатка.

Высадка на ГКМ. Наиболее распространенный в настоящее время способ фасонирования предварительных заготовок. Обладает низким КИМ.

Стержень высаженной заго­товки имеет постоянное попе­речное сечение, величина ко­торого выбирается по макси­мальному сечению пера заго­товки лопатки из условия ус­тойчивости заготовки при вы­садке хвостовой части. Поэто­му при последующей штам­повке образуется значительный заусенец; КИМ не превышает 0,25.

На рис. 2.7 показан эскиз высаженной на ГКМ заготовки лопатки компрессора с двумя хвостовиками.

Рис. 2.7. Заготовка после высадки на ГКМ

Нагрев заготовок под высадку выполняется в механизированных электрических печах с защитной атмосферой.

Целесообразно сочетать высадку на ГКМ с последующей вальцовкой на ковочных вальцах.

Электровысадка - это технологическая операция горячего деформи­рования, предназначенная для получения утолщений на стержневых за­готовках лопаток компрессора.

Операции электровысадки присущи следующие особенности:

электроконтактный нагрев используется только для деформируемой части заготовки;

деформация осуществляется одновременно с нагревом заготовки.

Электровысадку выполняют на специальных электровысадочных ма­шинах, работающих в полуавтоматическом режиме. Загрузка и съем за­готовки осуществляются вручную или с помощью устройств, не входя­щих в состав машины, а сам рабочий цикл - автоматически по заданному режиму. Для электровысадки стержневых заготовок лопаток компрессора из легированных сталей и титановых сплавов используются, в частности, машины HG-125/560 фирмы «Хазенклевер» (ФРГ) с усилием деформиро­вания до 0,25 МН и трансформатором электроконтактного нагрева мощ­ностью 125 кВА.

На рис. 2.8 показана схема операции электровысадки.

Рис. 2.8. Схема электровысадки

Заготовку 1 за­жимают в радиальных контактах 2 постоянной по величине силой Р₁ и прижимают к упорному контакту 3 высадочным ползуном, развивающим постоянное усилие Р. Одновременно через часть заготовки, размещенную между упорным контактом 3 и радиальными контактами 2, пропускают электрический ток. По мере разогрева этой части заготовки снижается сопротивление ее материала деформированию, и когда сила Р оказывает­ся достаточной, осуществляют вы­садку. Одновременно заготовку 1 проталкивают между радиальными контактами 2, преодолевая силу трения Т. Таким образом, сила де­формирования равна Q = Р - Т. В процессе утолщения упорный контакт 3 может с заданной скоро­стью отходить влево.

Выбор регулируемых парамет­ров цикла электровысадки осуще­ствляется экспериментально. Пра­вильность выбора оценивают по форме и размерам набранного утолщения и по результатам контроля структуры металла в высаженной части заготовки. С помощью электровы­садки можно набирать утолщение как на конце, так и в средней части заго­товки. В последнем случае используют две пары радиальных контактов.

Операция электровысадки обладает рядом преимуществ перед опера­цией высадки на горизонтально-ковочных машинах, а именно:

она не требует нагревательного оборудования (печи);

утолщение осуществляется за один переход независимо от его объема, при этом нет опасности потери устойчивости, так как материал заготовки подают в зону нагрева и высадки постепенно;

поскольку время нагрева и высадки относительно невелико (0,5 ... 2,0 мин), нет заметного окалинообразования и изменения химического состава поверхностного слоя заготовки;

технологическая оснастка значительно проще и дешевле, чем в случае высадки на ГКМ.

Горячее вальцевание на ковочных вальцах является одним из эффек­тивных процессов фасонирования заготовок лопаток компрессора. Оно обеспечивает оптимальное перераспределение металла по длине заготов­ки, более равномерную деформацию по поперечным сечениям и длине заготовки лопатки, минимальный выход металла в заусенец при штам­повке и как следствие повышение КИМ. В этом случае, по существу, от­падает необходимость в предварительной штамповке.

В качестве оборудования для горячего вальцевания используются консольные ковочные вальцы моделей С1335 и С1336.

Горячее вальцева­ние позволяет получать заготовки лопаток с малыми припусками по перу при высоком качестве структуры материала, сократить количество пере­ходов штамповки и тем самым освободить дорогостоящее оборудование (винтовые прессы и КГШП) от операций предварительной штамповки. Кроме того, трудоемкость изготовления штампов для горячего вальцева­ния в 2,5 раза ниже, чем на упомянутых прессах.

Горячее вальцевание позволяет:

повысить КИМ с 0,2 ... 0,25 до 0,3 ... 0,35;

снизить трудоемкость кузнечных операций на 15 %;

снизить трудоемкость ручных работ на 15 ... 20 % за счет сокращения зачистных операций.

Продольную периодическую прокатку применяют в качестве проме­жуточной операции для последующей штамповки заготовок лопаток компрессора.

Профильная периодическая прокатка имеет следующие преимущества перед другими методами обработки металлов давлением:

высокая производительность, которая обеспечивается непрерывным вращением инструмента, при этом формообразование происходит одно­временно с перемещением заготовки;

высокая стойкость инструмента по причине кратковременного кон­такта заготовки и деформирующего инструмента;

низкие затраты на исходную заготовку, поскольку из нее получают несколько фасонированных заготовок.

Периодическая прокатка является универсальным методом. С ее по­мощью можно получать заготовки лопаток различных конструкций, в частности с одним и двумя хвостовиками.

Технологический процесс периодической прокатки содержит сле­дующие основные операции:

резка прутка на исходные заготовки;

нанесение защитно-смазочных покрытий;

нагрев заготовок;

подкат;

периодическая прокатка.

Нагрев исходных прутковых заготовок в зависимости от физико-химических свойств материала производится в камерных электропечах или индукционных установках.

Защитно-смазочные покрытия (ЗСП) наносят на прутковые заготовки для защиты металла от окисления, обезуглероживания, газонасыщения и выгорания легирующих элементов при нагреве под деформирование, а также в качестве эффективной смазки и теплоизоляции.

Защитно-смазочные покрытия выбираются в зависимости от марки обрабатывае­мого материала (табл. 2.2).

Таблица 2.2

Материалы заготовки	Режимы нагрева		Марка защитного покрытия
	Температура, °С	Время, ч
Титановые сплавы	950 ... 1050	1	ЭВТ-24, стекло 36
Никелевые сплавы	1080 ... 1130	2	ЭВТ-53
Коррозионно-стойкие сплавы	1200	2	ЭВТ-100

При прокатке на станке типа 4СП-2 дли­на исходной заготовки определяется рабочим пространством нагрева­тельного устройства, но не должна превышать 1800 мм.

Схема закрытой пе­риодической прокатки показана на рис. 2.9. Рабочие кольца (валки) имеют ручьи, профиль и размеры которых рас­считаны исходя из фор­мы и размеров получаемых заготовок. За один полный оборот рабочих колец 1 и 2 прокатывается и отделяется от исходной заготовки несколько заготовок лопаток. Ограничительные' элементы 3, 4 препятствуют обра­зованию облоя. Продольную периодическую прокатку целесообразно использовать при большой программе выпуска изделий.

Рис. 2.9. Конструкция стана закрытой прокатки 4СП-2:

1,2 - рабочие кольца (валки); 3,4 - ограничительные элементы; 5,6- вводная и выводная проводки соответственно; 7-заготовка

Изотермическая штамповка позволяет получать за один или не­сколько переходов высокоточные заготовки лопаток разных конфигура­ций и размеров, включая заготовки лопаток с антивибрационными пол­ками. В качестве деформирующего оборудования применяют универ­сальные гидравлические прессы с регулируемой скоростью рабочего хо­да ползуна или специализированные прессы (модели ПА2634, ПА2638, ПА2642) с усилием 2,5; 6,3 и 16 МН.

Технологический маршрут получения заготовок лопаток компрессора с антивибрационной полкой (из сплава ВТЗ-1) представлен в табл. 2.3.

Таблица 2.3

№ п/п	Наименование основных операций	Температура нагрева заготовок в печах, °С	Температура нагрева штампов, °С	Деформация, %	Оборудование
1	Фасонирование исходной заготовки электровысадкой или высадкой на ГКМ				Электровысадочная машина «Газенклевер» или ГКМ мощности 2.5 МН
2	Предварительная штамповка	930 ± 10	150... 200	50 ... 60	Винтовой пресс или КГШП мощности 1,6 МН
3	Изотермическая штамповка	930 ± 10	930 ± 10	40 ... 60	Гидропресс ПА-2638 мощ­ности 6.3 МН с УИС-280
4	Обрезка облоя	850 ± 30	130 ... 150		Пресс мод. К9532 мощности 1.6 МН
5	Термообработка (отжиг 900 0С в течение 1 ч)				Электропечь с защитной атмосферой
6	Изотермическая калибровка	920 ± 10	920 ± 10	до 10	Гидропресс ПА-263 мощности 6.3 МН с УИС-280
7	Термообработка (отжиг 650…680 0С в течение 2 ч)				Электропечь с защитной атмосферой
8	Травление для снятия альфированного слоя				Травильная ванна
9	Контроль геометрии				Прибор ПОМКЛ или координатно- измерительная машина

Технологический процесс включает ряд вспомогательных операций: нанесение защитно-смазочных покрытий, межоперацион­ную зачистку возможных дефектов поверх­ности, межоперационный контроль и др.

На рис. 2.10 приведены фотографии тита­новых лопаток компрессора, полученных тра­диционной и изотермической штамповками.

Рис. 6.10. Заготовки титановых лопаток:

а - изотермическая штамповка; б - обычная штамповка

Высокоскоростное выдавливание заклю­чается в пластическом формоизменении металла вследствие деформирующего уси­лия инструмента, движущегося со скоро­стью порядка нескольких десятков метров в секунду. Высокие скорости деформирования создают более благоприятные схемы напря­женного состояния, что улучшает условия течения металла и способствует заполнению труднодоступных мест формообразующей полости штампа.

Основные преимущества метода применительно к производству лопаток: возможность получения заготовок с тонкими кромками; практически исключается теплообмен между заготовкой и штампом и уменьшается трение между поверхностями заготовки и штампа.

Высокоскоростное выдавливание используется для получения точных заготовок лопаток длиной до 150 мм из титановых сплавов и жаропроч­ных сталей. Припуск по перу для лопаток из жаропрочных сталей состав­ляет 0,05 ... 0,25 мм, а для лопаток из титановых сплавов - 0,2 ... 0,6 мм на сторону.

Принципиальная схема высокоскоростного выдавливания приведена на рис. 2.11. Матрица состоит из двух элементов 1,2 и в сборе имеет ко­ническую наружную посадочную поверхность, по которой устанавлива­ется корпус 4. На плоскости разъема матрицы выполнена гравюра штам­па (ручей), определяющая форму пера заготовки лопатки. Процесс фор­мирования заготовки происходит при высокоскоростном ударе бойка по предварительно нагретой до требуемой температуры исходной заготовке. Для извлечения заготовки служит тяга 8, при подъеме которой происхо­дит разъем матрицы. После извлечения отштампованной заготовки, смаз­ки гравюры и втягивания матрицы в гнездо корпуса штампа 6 цикл по­вторяется.

2

3

4

Рис. 2. 11. Принципиальная схема высокоскоростного вылавливания (а) и получаемая заготовка (б): 1,2 - разъемные элементы матрицы; 3 - ручей; 4 - корпус; 5 - исходная заготовка; 6 - деформирующий боек; 7- прижим матрицы; 8 - тяга

Энергию удара изменяют в пределах от 25 до 250 кДж. Максимальная скорость соударения 35 ... 40 мс.

Потребная работа деформации определяется по формуле

где А - работа деформирования, кДж;

к - коэффициент, зависящий от формы и размеров заготовки лопатки (определяется по номограммам);

- динамический предел текучести материала лопаток при начальной температуре деформирования, МПа;

- выдавливаемый объем мате­риала, мм .

Для точной горячей штамповки заготовок лопаток компрессора, в ча­стности, используются штамповочные бесшаботные высокоскоростные молоты модели ВСМ-2, имеющие следующие основные параметры:

расчетная энергия удара 15 ... 25 кДж;

максимальная скорость соударения движущихся частей 40 м/с;

рабочее давление газа в камере 1... 12 МПа;

высота наковальни 465 мм;

габаритные размеры молота в плане 800 х 1400 мм²;

высота над уровнем пола 2850 мм.

В процессе высокоскоростного выдавливания точных заготовок лопа­ток на штамповую оснастку действуют значительные динамические на­грузки, а на гравюру матрицы и высокие температуры. Поэтому она должна иметь жесткую конструкцию с возможно меньшим числом дета­лей без концентраторов напряжений.

При назначении термомеханических режимов высокоскоростного вы­давливания учитываются зависимости пластичности, структуры и меха­нических свойств материала лопаток от температуры, степени и скорости деформации.

При температуре нагрева исходных заготовок 960 ... 1050 °С допус­тимая степень деформации титановых сплавов ВТЗ-1, ВТ8, ВТ9, ВТ18У в условиях высокоскоростной осадки достигает 90 %.

Допустимая степень деформации жаропрочных сталей ЭИ961Ш, ЭП51ТШ в диапазоне температур нагрева исходных заготовок 830 ... 1220 °С составляет более 90 %.

Выдавливание производится в постоянно нагретой до 300 ... 350 °С матрице. Перед выдавливанием каждой заготовки гравюру вставок по­крывают слоем коллоидно-графитового препарата. Нагрев исходных за­готовок проводят в расплавах солей.

Рациональные области применения рассмотренных технологических процессов выбираются с учетом себестоимости, физико-механических и технологических свойств материалов, технологии последующей обработ­ки и многих других факторов.

ОСНОВНЫЕ ОПЕРАЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛОПАТОК КОМПРЕССОРА

Базирование заготовок лопаток. Качество лопаток, особенно полу­чаемых из заготовок с малыми припусками, в большой степени зависит от технологических баз, обеспечивающих правильное распределение припуска по поверхностям профильной части пера. Обычно назначаются следующие черновые технологические базы (рис. 2.12, а).

Установочная база. Опорные точки назначаются в двух сечениях пе­ра лопатки со стороны спинки: две точки (/, 2) в комлевом сечении и од­на (3) в торцевом, ориентирующие перо лопатки в поперечном направле­нии. Для лопаток с двумя хвостовиками эти точки выбираются в прикомлевых сечениях.

Направляющая база. Одна точка на торце хвостовика со стороны входной кромки (4) и одна на технологической прибыли (5) ориентируют лопатку в продольном направлении. Для лопаток с двумя хвостовиками направляющую базу определяют две точки на входной кромке пера.

Рис. 2.12. Схема базирования лопатки с технологической бобышкой:

а - черновые технологические базы для обработки замка; б - базы для обработки пера

Опорная база. Одна точка на подошве хвостовика или точка на трак­товой поверхности полки (б) ориентирует лопатку в осевом направлении.

С помощью черновых баз выполняют обработку основных технологи­ческих баз. Согласно классическим представлениям теории базирования, такими базами являются рабочие поверхности и торцы хвостовиков, ко­торые одновременно служат и конструкторскими базами. Если лопатка имеет один хвостовик, то из-за малой протяженности рабочих поверхно­стей хвостовика в направлении оси лопатки сложно обеспечить жест­кость, необходимую для механической обработки пера. Для увеличения жесткости используют технологические прибыли (бобышки), в которых выполняют центровочные отверстия. Иногда бобышка обрабатывается для получения конуса под обратный центр.

При наличии бобышки технологические базы для обработки пера ло­патки назначаются следующим образом (рис. 2.12, б):

Установочная база - рабочая поверхность хвостовика (две опорные точки (/, 2) и центровочная фаска на торце технологической бобышки (точка (5)); направляющая база - торцевая поверхность замка (точка (4)) и центровочная фаска на торце технологической бобышки (5); опорная база - точка на подошве хвостовика (6).

Разработана схема базирования лопаток по трем центровочным отвер­стиям, получаемым после операции распределения припуска. Три цен­тровочных отверстия (два на торцах хвостовика и одно на бобышке) по­зволяют от одних и тех же баз обрабатывать хвостовик и перо лопатки, что устраняет погрешность базирования, неизбежно возникающую при использовании других схем. Практическое осуществление такой схемы базирования заготовок решено путем создания спецоборудования на базе прибора ПОМКЛ-4, обеспечиваю­щего возможность ориентации ло­патки по перу за счет перемещения и поворота в приборе. После фик­сации оптимального положения заготовки лопатки блок выдвигает­ся из оптической камеры в пози­цию обработки, где на агрегатном настольном станке выполняются центровочные отверстия.

Вследствие износа установоч­ных элементов приспособлений лопатки по профилю пера снижается точность базирования. Кроме того, при закреплении на поверхности пера могут возникать локальные очаги контактных деформаций. Оптимальным выходом из этого положения является использование переходных баз, формируемых при заливке ло­паток в кассеты или брикеты, имеющие технологичную форму паралле­лепипедов (рис. 2.13). В отечественной практике обычно применяется метод бескассетной заливки лопатки в брикет, когда базовые поверхно­сти выполняются из материала брикета.

4. 5

Рис. 2.13. Технологические базы при обработке лопатки в брикете

Использование заливки увеличивает жесткость заготовки, а тем самым и точность обработки хвостовика и лопатки в целом, устраняя объемные и контактные деформации поверхностей пера при зажиме заготовки.

Заливку производят в специальных камерах, в которые по базовым поверхностям устанавливают заготовки лопаток. Установка заготовок выполняется таким образом, чтобы точки теоретического профиля пера располагались на заданном расстоянии от оси, а ось камеры совпадала с осью лопатки. Базовые поверхности брикета образуются за счет копиро­вания стенок заливочной камеры.

Для заливки используются легкоплавкие сплавы (табл. 2.4) или тер­мопласты, которые по своим физико-механическим свойствам не усту­пают легкоплавким сплавам. Таким материалом является, например, на­полненный стекловолокном капрон марки ТСП-6 (ТУ6-1, 1-15-42-76).

Таблица 2.4

№ п/п	Химический состав, %				Температура плавления, °С	Предполагаемая прочность, кг/мм2
	Bi	Sn	Pb	Cd
1	50	12,5	25	12,5	68	2,2
2	52	48	-	-	139	3,4

6

Ориентирование лопатки в камере производится следующим образом. Заготовка лопатки измеряется в «закоординированных» точках профиля пера на модернизированном приборе типа ПОМКЛ. Определяются от­клонения положения точек от теоретического профиля пера. Результаты измерений поступают в компьютер, который рассчитывает оптимальное положение заготовки лопатки относительно теоретического. Для малоприпусковых заготовок лопаток компрессора или заготовок без припуска по перу, имеющих относительно небольшой прогиб, кривизну и закрутку, оптимизацию достаточно производить по трем степеням свободы.

Для обеспечения равномерности распределения припуска по перу со­гласно результатам расчетов выполняется коррекция положения базовых штырей, по которым заготовка лопатки устанавливается в заливочной камере. Ориентирование и заливку заготовки лопатки в брикет выполня­ют на установке УОЗЛ.

Измерительное устройство этой установки представляет собой модер­низированный прибор ПОМКЛ-4, в котором вместо оптической системы регистрации измеренных величин стоят датчики линейных перемещений. Данные с измерительного устройства поступают в компьютер, который рассчитывает оптимальное положение заготовки лопатки. Он же управ­ляет перемещением каретки механизма ориентирования.

ТИПОВЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛОПАТОК КОМПРЕССОРА

Широкая номенклатура лопаток компрессора по формам, размерам, применяемым материалам, а также способам получения заготовок опре­деляет многообразие технологических процессов и специализированного оборудования для их производства.

Технологические процессы изготовления лопаток разрабатываются на основе типовых технологических процессов. Последние разрабатываются для групп лопаток, классифицируемых по ряду следующих основных конструктивно-технологических признаков:

конструктивные особенности пера и хвостовика;

длина пера;

величины припусков и допусков на обработку пера;

определяющие операции по обработке пера и хвостовика.

С учетом конструктивно-технологических особенностей выделяются размерные группы лопаток с высотой до 120; 120 ... 250; 250 ... 850 мм.

Общие рекомендации по разработке типовых технологических про­цессов даны в табл. 2.5.

Таблица 2.5

№ п/п	Конструктивно-технологические признаки (метод получения заготовки)	Определяющие операции обработки
1	До 120 мм с одним хвостовиком типа «ласточкин хвост» Припуск по перу 0,2 ... 0,6 мм (изотерми­ческая штамповка или высокоскоростное выдавливание)	Хвостовик: протягивание или точение (для кольцевых хвостовиков)
2	120 ... 250 мм с одним хвостовиком типа «ласточкин хвост» Припуск по перу 1,5 . . . 2,5 мм (штамповка на винтовых прессах, КГШП или изотермическая штамповка)	Хвостовик: протягивание Перо: фрезерование + шлифование; ЭХО + шлифование; ЭХО
3	250 ... 850 мм с одним хвостовиком типа «ласточкин хвост» или «елка» Припуск по перу 5,5 ... 20 мм (штамповка на металлургических предприятиях)	Хвостовик: протягивание или фрезерова­ние для «елочных» хвостовиков; глубинное шлифование Перо: фрезерование + шлифование; фрезерование + ЭХО + шлифование
4	До 120 мм с одним хвостовиком типа * «цапфа» Припуск по перу 0.2 ... 0.6 мм (изотермическая штамповка или высокоскоростное выдавливание)	Хвостовик: обработка цилиндрической полки хвостовика и хвостовика типа «цапфа» точением Перо: вальцевание; шлифование
5	120 ... 250 мм с одним хвостовиком типа «шарнир» Припуск по перу 1,5 ... 2,5 мм (штамповка на винтовых прессах, КГШП или изотермическая штамповка)	Хвостовик: сверление; фрезерование; протягивание Перо: фрезерование + шлифование; ЭХО + шлифование; ЭХО
6	До 120 мм с двумя хвостовиками типа «призматическая полка» Припуск по перу 0,2 ... 0,6 мм (изотермическая штамповка)	Хвостовик, полка: протягивание Перо: шлифование; ЭХО
7	120 ... 250 мм с двумя хвостовиками типа «призматическая полка» Припуск по перу 1,5 ... 2,5 мм (штамповка на винтовых прессах, КГШП или изотермическая штамповка)	Хвостовик, полка: протягивание Перо: фрезерование + шлифование; ЭХО + шлифование; ЭХО
8	До 120 мм с двумя хвостовиками типа «цапфа» Припуск по перу 0,2 ... 0,6 мм (изотермическая штамповка)	Хвостовик, полка: обработка цилиндри­ческой полки хвостовика и хвостовика типа «цапфа» точением Перо: шлифование; ЭХО
9	120 ... 250 мм с двумя хвостовиками типа «цапфа» Припуск по перу 1,5 ... 2,5 мм (штамповка на винтовых прессах, КГШП или изотермическая штамповка)	Хвостовик, полка: обработка цилиндри­ческой полки хвостовика и хвостовика типа «цапфа» точением Перо: фрезерование + шлифование; ЭХО + шлифование; ЭХО
10	До 120 мм без хвостовиков переменного профиля Припуск по перу 0,2 . .. 0,6 мм (из профильных полос)	Технологический хвостовик: протягивание, вальцевание; ЭХО
11	До 120 мм без хвостовиков постоянного профиля (из профильных полос)	Разделение профильной полосы на заготовки; гибка отдельных заготовок; полирование пера

Типовой технологический маршрут обработки лопаток компрессора с одним хвостовиком типа «ласточкин хвост» с высотой пера до 120 мм приведен в табл. 2.6, а типовой укрупненный технологический процесс изготовления крупногабаритной лопатки компрессора с хвостовиком ти­па «ласточкин хвост» - в табл. 2.7.

Таблица 2.6

№ п/п	Наименование операций	Наименование процесса (определяющие операции)
		Вальцевание	Шлифование	ЭХО
		Наименование оборудования
1	Заготовительная: штамповка; термообработка и пр. Катаная калиброванная полоса (поставка по кооперации)	Технологический комплекс металлургического оборудования -	-
			Отрезной станок
2	Протягивание профиля и торцов хвостовика	Горизонтально-протяжной 7А540, 7А520
3	Протачивание, протяги­вание профиля рабочих поверхностей хвостовика (кольцевые хвостовики)	Ток. MDW-20 (ФРГ) или специальный протяжной МП-57К
4	Шлифование поверхности сопряжения пера с хвостовиком	Специализирован­ный шлифовальный ЗЛШ-91 или ЗЛШ-10 (для лопаток пера длиной до 120 мм)	-
5	Обсечка кромок и конца пера	Кромочный пресс	-	-
6	Фрезерование кромок	-	Специализиро­ванный фрезер­ный ФК-300	-
7	Доработка кромок и сопряжений пера с хвостовиком	Полировальная бабка	-	-
8	Вальцевание пера	Вальцовочный стан ВС-100	-	-
9	Термообработка	Вакуумная печь СЭВ-5,5/11,5-М 1	-	-
В зависимости от пластических свойств материала выполняют от 2 до 5 операций вальцевания, предваряя их операциями № 4, 5, 7, а затем операцию № 9			-	-

Продолжение таблицы 2.6
№ п/п	Наименование операций	Наименование процесса (определяющие операции)
		Вальцевание	Шлифование	ЭХО
		Наименование оборудования
10	Рихтовка	Слесарный верстак	-	-
11	Термообработка (старение)	Вакуумная печь СЭВ-5,5/11,5-М 1	-
12	Шлифование пера	-	Специализиро­ванный шлифо­вальный 3813Д, ЛШ-1А или СПЛ-ЗК
13	ЭХО пера с импульсным источником питания	-		Специализиро­ванные электро­химические станки мод. ЭХО-1, ЭХС-10
14	ЭХО всех проточных поверхностей пера и хвостовика	-		Специализиро­ванный станок для ЭХО
15	Шлифование кромок пера по хорде	Специализированные шлифовальные стан­ки АШК-3 (для лопа­ток с длиной пера до 60 мм), ШКР-2 (для лопаток с дли­ной пера до 120 мм)	-
16	Скругление кромок пера шлифованием	Специализирован­ный шлифовальный станок мод. СК 100-2	-
17	Доработка пера, кромок и сопряжений пера с хвостовиком	Полировальная бабка		-
18	Полирование	Специализированный полировальный станок мод. ЛВП-ЗМ		-
19	Объемная виброабразивная обработка пера	-	-	Установки типа ВГМ-5, ВГМ-6 и др.

Продолжение таблицы 2.6
№ п/п	Наименование операций	Наименование процесса (определяющие операции)
		Вальцевание	Шлифование	ЭХО
		Наименование оборудования
20	Контроль геометрии пера и хвостовика, шерохова­тость поверхностей	Контрольный стол Специальные приборы
21	Отрезка конца пера и технологической прибыли	-	Абразивно-отрезной
22	Дефектоскопическое травление и контроль на зерно, прижоги; метал­лургические дефекты	Ванна Контрольный стол
23	Объемная виброабразивная обработка пера	Установки типа ВГМ-5, ВГМ-6
24	Контроль окончательной геометрии пера и хвостовика, шероховатости поверхностей	Контрольный стол Специальные приборы
25	Контроль ЛЮМ-А	Ванна Специальная установка Контрольный стол

Таблица 2.7

№ п/п	Наименование операций	Наименование рекомендуемого оборудования
1	Заготовительная: штамповка Поставка по кооперации Припуск по перу 5,5 ... 20 мм
2	Предварительное и оконча­тельное протягивание профиля хвостовика типа «ласточкин хвост» Фрезерование профиля хвосто­вика Глубинное шлифование	Горизонтально-протяжной 7А540, 7Б57, СПС40 Продольно-фрезерный ДФ-392М Шлифовальный SS-013L-CD
3	Протягивание торцов хвостовика	Горизонтально-протяжной 7А540 и др.
4	Фрезерование торца техноло­гической прибыли (бобышки)	Горизонтально-фрезерный станок
5	Обработка центрового отверстия в торце бобышки	Радиально-сверлильный станок
6	Фрезерование сопряжений пера с хвостовиком и антивибраци­онной полкой со стороны спинки и корыта	Вертикально-фрезерный с ЧПУ 6Р1ЭФЗ, VMX 64, 6М13ГН-1, ФП-17 Обработка выполняется раздельно в несколько операций (со стороны корыта и спинки, надполочного и подполочного участков пера) или за одну операцию в зависимости от применяемого оборудования
7	Фрезерование кромок пера	Вертикально-фрезерный с ЧПУ 6РПФЗ, VMX64, 6М13ГН-1

Продолжение таблицы 2.7
№	Наименование операций	Наименование рекомендуемого оборудования
8	Фрезерование пера	Специальные копировально-фрезерные: КА-65, КФП-3, КА-1100,4ФСЛ8П, станки с ЧПУ: VMX64, VC650, VC810, MULTIMILL Может выполняться в одну или несколько операций в зависимости от применяемого оборудования
9	Фрезерование контура бандажной полки раздельно со стороны спинки и корыта	Вертикально-фрезерный с ЧПУ бРИФЗ, VMX64, 6М13ГН-1
10	Шлифование профиля пера и поверхностей сопряжения с хвостовиком и бандажной полкой раздельно со стороны спинки и корыта	Ленточно-шлифовальный копировальный станок 4ICK-7. Алмазно-шлифовальный 4ШЛЭ-4; ЗЛШ-52, ЗАШЛ-1000
11	Травление и контроль для выявления прижогов, трещин и других внешних дефектов	Ванна, контрольный стол
12	Стабилизирующий отжиг	Вакуумная печь СЭВ-5,5/11.5-М1
13	Доработка пера, кромок, сопряжений пера с хвостовиком, полок	Полировальная бабка
14	Шлифование контактных по­верхностей антивибрационных полок сопряжения и кромок	Плоскошлифовальный 372Б
15	Виброабразивное полирование пера	Виброустановка ВУД-ЮООДМ
16	Отрезка технологической бобышки	Абразивно-отрезной станок
17	Деформационное упрочнение профиля пера и хвостовика
18	Детонационное напыление покрытия на контактные по­верхности или напайка компо­зиционного материала ВТН-1	Автоматический детонационный комплекс
19	Определение собственных частот колебания лопатки	Специальное оборудование
20	Нанесение серебряного покрытия на рабочие поверхности хвостовика	Гальваническая ванна
21	Окончательный контроль геометрии пера и хвостовика, полок, шероховатости поверхностей. Контроль ЛЮМ-А	Контрольный стол, специальные приборы, установка для ЛЮМ

Обработка хвостовиков лопаток компрессора. При обработке хво­стовиков типа «ласточкин хвост» наибольшее распространение получили следующие методы.

1. Протягивание выполняется на универсальных и специальных про­тяжных станках. При больших объемах производства однотипных лопа­ток могут использоваться специальные протяжные станки-автоматы и автоматические линии.

Протягивание является одним из самых высокопроизводительных ме­тодов обработки металлов резанием, позволяющим получать внутренние и внешние поверхности сложного контура с точностью до 6-го квалитета шероховатостью до Ra = 0,63 ... 1,25 мкм. Стойкость протяжек значи­тельно выше, чем, например, фрез. Протягивание хвостовиков длиной до 100 мм производится за один проход, а свыше 100 мм - за два прохода.

Для обработки хвостовиков наиболее часто используют многосекци­онные сборные протяжки, которые состоят из нескольких секций, смон­тированных в корпусе. Общая длина протяжки в зависимости от размеров хвостовика и припуска может достигать 1000 ... 1200 мм. Первые две сек­ции обеспечивают предварительную обработку фасок; несколько секций, работающих по генераторной схеме, выполняют предварительную обра­ботку одновременно боковых сторон и основания. Окончательная обработ­ка фасок, боковых сторон и основания производится последующими сек­циями по профильной схеме. Черновые секции протяжек изготавливают из быстрорежущих сталей, а чистовые - из твердых сплавов, например ВК8.

В целях повышения производительности предварительных протяжек применяют двухскоростное протягивание. Секции предварительных протя­жек работают со скоростью резания 6 м/мин, секции чистовых протяжек - со скоростью 1,5 м/мин. Стойкость протяжек между двумя переточками со­ставляет 28 ... 35 ч, что обеспечивает их работу в течение 4 ... 5 смен.

Хвостовики крупногабаритных лопаток из сталей и титановых спла­вов обрабатываются за два прохода. Сначала всю партию лопаток под­вергают предварительной протяжке, затем, не нарушая настройки опор­ных штырей кассеты, окончательной протяжке.

2. Фрезерование. Для чистовой обработки поверхностей хвостовиков фрезерованием требуются высокоточные станки, оснащенные механизи­рованными многопозиционными приспособлениями. Для условий реаль­ного мелкосерийного производства двигателей обработка хвостовиков фрезерованием является более гибкой и экономически выгодной, чем протягиванием. Фрезерование характеризуется сравнительно небольши­ми силами резания, что особенно важно для маложестких лопаток, и использованием более дешевого унифицированного режущего инстру­мента. Тем не менее фрезерование замков выполняется сравнительно редко, в основном для опытного производства. В последние годы в связи с расширяющимся применением многокоординатного оборудования с ЧПУ возрос интерес к фрезерованию как процессу комплексной обработ­ки всех основных элементов хвостовиков за одну операцию. В настоящее время для этих целей разработаны специализированные многоцелевые станки фрезерно-шлифовального типа с автоматической сменой инстру­мента (фрез и абразивных кругов).

3. Глубинное шлифование является в настоящее время наиболее пер­спективной технологией обработки хвостовиков (см. раздел 4.2). Для глу­бинного шлифования поверхностей хвостовиков лопаток компрессора типа «ласточкин хвост» используют станки мод. SS-13, ЛШ-220 и ЛШ-233. Комбинация на станке фирмы Edgetec Machine Corporation двух методов - фрезерования и глубинного шлифования - позволяет изготавливать слож­ные детали из труднообрабатываемых материалов. Этот 5-координатный станок оснащен делительно-поворотным столом и устройством автомати­ческой смены инструментов, в том числе кругов из КНБ, работающих со скоростью 100 м/с, а также торцевых и пальцевых фрез. Величина хода по оси Z достигает 400 мм. Фирма Bridgeport Machines вместе с фирмами Fellows, Bryant, Jones & Lamson, Hill Acme и Loma Machine выпустила 5-координатный гибкий шлифовальный центр мод. FGC1000 для ком­плексной обработки лопаток газотурбинных двигателей. Он оснащен 30-позиционным магазином, в котором устанавливают шлифовальные кру­ги из электрокорунда диаметром 120 ... 220 мм. Скорость съема припуска в 8 раз выше, чем с кругами КНБ. Время смены кругов от стружки до стружки - 4 с, частота вращения привода (30 кВт) - от 40 до 6000 об/мин. Размеры стола 1150 х 490 мм, перемещения по осям X, Y составляют 40 м/мин, по оси Z- 30 м/мин. Точность позиционирования ± 2 мкм. Станок оснащен системой компенсации тепловых деформаций центра.

Обработка пера лопаток. Сложные пространственные формы пера лопаток компрессора, разнообразие их типов, высокие требования по точности, состоянию базового материала и поверхностного слоя опреде­ляют особенности и многоэтапность процессов их обработки.

Обработка фрезерованием используется для заготовок лопаток сред­них и больших размеров с достаточно высокими припусками по перу. Она производится фрезерованием на многокоординатных универсальных и специализированных станках с ЧПУ. Черновое и чистовое фрезерова­ние выполняется на 5- и 6-координатных станках с ЧПУ, в частности одношпиндельных обрабатывающих центрах TURBOMIL (рис. 2.14, а) и 4 ... 6-шпиндельных высокопроизводительных 5-координатных обраба­тывающих центрах MULTIMILL (рис. 2.14, б).

Рис. 2.14. Фрезерование профиля пера лопаток на одношпиндельном (а) и многошпиндельном (б) станках с ЧПУ

Фрезерование может производиться раздельно для корыта и спинки продольными строками или одновременно со стороны корыта и спинки двумя фрезерными головками узкими поперечными строками.

Для предварительной размерной обработки прикомлевых и припо- лочных участков, контуров антивибрационных полок, кромок пера сред­не- и крупногабаритных лопаток компрессора используются универсаль­ные фрезерные станки с программным управлением.

Обработка может выполняться методом кругового фрезерования тор­цевыми или дисковыми угловыми фрезами с выдерживанием оптималь­ного угла между плоскостью вращения режущих кромок фрезы и каса­тельной плоскостью к обрабатываемой поверхности в мгновенной точке контакта. Величина этого угла колеблется в пределах 8 ... 12°.

Электрохимическая обработка пера лопаток. Особенно эффектив­ным этот процесс оказывается при обработке средне- и крупногабарит­ных лопаток.

Характерной особенностью ЭХО пера лопаток является то, что она не создает в поверхностном слое остаточных напряжений и наклепа. Вслед­ствие избирательности процесса электрохимического растворения, кото­рое не удается в полной мере ликвидировать, происходит растравливание по границам зерен. Глубина измененного слоя в зависимости от материа­ла и условий обработки не превышает 0,03 ... 0,05 мм. Этот измененный слой удаляется в дальнейшем абразивной обработкой.

Для ЭХО пера лопаток используются специализированные станки с подвижными электродами: ЭХО-1, ЭХО-2, ЭХВИС-5000, MOT, AMCHEN, ЭХЛ-100, ЭХС-10Б и др.

Обработка детали обычно производится двумя электродами-инстру­ментами с периодическим контролем и установкой межэлектродного за­зора через каждые 1,5 ... 8 с при синхронном перемещении электродов.

При обработке крупногабаритных лопаток перед операцией ЭХО в целях выравнивания припусков перо лопаток фрезеруют. Точность фор­мообразования при ЭХО зависит от конструктивно-технологических факторов, связанных с точностными параметрами оборудования, приспо­собления и инструмента, и физико-химических факторов (обрабатывае­мый материал, состав и концентрация электролита, режимы и условия обработки), влияющих на процесс анодного растворения. При традици­онных схемах ЭХО лопатки длиной до 150 мм обрабатываются с точно­стью 0,15 мм; с пером высотой до 250 мм - 0,3 мм; с пером высотой до 630 мм -0,5 мм.

Точность копирования поверхностей пера лопаток при ЭХО в значи­тельной степени определяется величиной межэлектродного зазора, на котором происходит обработка поверхности: чем меньше зазор, тем вы­ше точность.

Обработка на малых межэлектродных зазорах (порядка 0,05 ... 0,08 мм) возможна только при использовании импульсных источников питания.

Процесс импульсной ЭХО лопаток компрессора из титановых сплавов обеспечивает стабильность геометрических размеров лопаток в пределах 0,03 ... 0,05 мм при шероховатости поверхности Ra = 0,20 мкм без рас­травливания поверхности. Наиболее перспективной схемой ЭХО являет­ся круговая обработка одновременно всех элементов трактовой поверх­ности лопаток на конечной стадии формирования пера при сомкнутых электродах. Эта схема позволяет производить полную окончательную обработку поверхностей пера, включая радиусы переходов поверхностей пера к хвостовику, полок хвостовика, округление радиусов входной и выходной кромок. Для лопаток из титановых сплавов с длиной пера до 120 мм обеспечивается точность копирования 0,03 ... 0,05 мм при шеро­ховатости поверхности Ra = 0,1 ... 0,20 мкм и скорости удаления металла 0,3 ... 0,5 мм/мин.

Импульсная ЭХО лопаток компрессора по круговой схеме может вы­полняться на станке модели ЭХВИС-5000Ф2. Система ЧПУ станка обес­печивает: стабильность электрических режимов обработки, поддержание постоянной величины межэлектродного зазора, контроль и управление системой подачи электролита, его температуры и скорости, переключе­ние работы станка с прокачки электролита поперек пера лопатки на про­качку вдоль пера на окончательной стадии формообразования поверхно­стей. Фирма Amchem выпустила микропроцессорный контроллер для импульсной ЭХО на случай обработки больших площадей. На современ­ных станках для ЭХО в период пауз в обработке производится пульси­рующая прокачка электролита, обеспечивающая эффективную очистку зазора. Обработка может выполняться при пульсирующем или постоян­ном напряжении и при постоянной величине тока. Источники питания работают при напряжении 5 ... 30 В и обеспечивают изменение тока со скоростью 40 000 А/с при возникновении короткого замыкания или сбоях системы во избежание повреждений электродов и детали.

При использовании ЭХО для лопаток компрессора с осевыми хвосто­виками типа «ласточкин хвост» в качестве исходных заготовок может быть использован калиброванный прутковый прокат прямоугольного профиля.

На рис. 2.15 показана схема обработки трактовых поверхностей ло­патки компрессора методом круговой ЭХО, а на рис. 2.16. приведены электроды для обработки пера лопатки.

Рис. 6.15. Схема круговой ЭХО

Рис. 6.16. Электроды для ЭХО пера Рис. 6.17. Схема холодного вальцевания

лопатки пера рабочей лопатки компрессора

Холодное вальцевание. Это завершающая формообразующая операция в технологическом процессе изготовления лопаток, заключающаяся в том, что предварительно точно обработанную заготовку подвергают пла­стической деформации при комнатной температуре. Холодное вальцева­ние характеризуется распространением деформации вдоль заготовки и локальным очагом деформации.

Холодное вальцевание (рис. 2.17) применяют при изготовлении одно- замковых и беззамковых лопаток длиной до 400 мм из сталей, титановых и жаропрочных сплавов. Вальцеванием формируют окончательный про­филь пера лопатки из заготовок, полученных изотермической штампов­кой, предварительным точением на специальных оправках, шлифованием или фрезерованием. Для эффективного вальцевания необходимо обеспе­чить требуемый характер распределения припуска, обычно он составляет 0,1 ... 0,3 мм на сторону. Вальцевание выполняется в калиброванных фа­сонных валках (рис. 2.18), обеспечивающих окончательную форму пера за один или несколько переходов. Оно сопровождается объемным пере­распределением материала с увеличением поперечных размеров про­фильных сечений и удлинением пера до требуемых размеров.

При многопереходном вальцевании лопатку подвергают промежуточ­ным отжигам для снятия деформационного упрочнения и остаточных напряжений. Число переходов устанавливается в зависимости от величи­ны припуска (обычно предусматривается 1 ... 4 перехода) и свойств де­формируемого материала (допустимой степени деформации). Например, допустимая степень деформации заготовок из стали 13Х12Н2В2МФА за один переход не должна превышать 35 %, а титанового сплава ВТЗ-1 - 16 ... 17 %. Скорость вальцевания зависит от обрабатываемого материа­ла: для стали 13X11Н2В2МФ (ЭИ961) она составляет 10... 20 м/мин, а для стали 15Х16К5Н2МВФАБ (ЭП866Ш) и сплава ХН45МВТЮБР (ЭП718ИД) - 0,5 ... 1 м/мин при длине до 100 мм и 1 ... 2 м/мин при дли­не 200 ... 250 мм.

После последнего перехода предусматривается термообработка в инертном газе или вакууме.

Рис. 2.18. Конструкция валков для вальцевания лопаток: 1 - верхний валок; 2 - нижний валок; 3 - зубчатые колеса; 4 - рейка; 5 - заготовка; 6 - тяга; 7 - опора

Шероховатость поверхности пера после холодного вальцевания Ra = = 0,32 мкм. Вальцевание позволяет исключить из технологического про­цесса изготовления лопатки операции шлифования, полирования и де­формационного поверхностного упрочнения пера. Снижает трудоемкость изготовления лопатки на 35 ... 40 %, объем ручных полировальных ра­бот- на 50 ... 55 %, повышает КИМ с 0,2 до 0,35.

Вальцевание производят на специальных установках типа УДЛ-100-7 (для лопаток длиной до 100 мм), ВС-2, ВС100М и др.

Оборудование имеет повышенную жесткость системы станина - валки - деталь и обеспечивает строгую синхронизацию всех рабочих движений.

При холодном вальцевании лопаток может наблюдаться ряд специфи­ческих отклонений:

изгиб в сторону спинки или корыта;

саблевидность, проявляющаяся в провале по кромкам (ширине пера) или в искажении формы сечений (разнотолщинность);

утолщение сечений у кромок;

несоответствие сечений заданным углам закрутки (перекрутка или недокрутка);

утолщение сечений по длине пера;

изменение формы (кривизны) се­чений;

искривление кромки (гофрирование).

Все перечисленные отклонения могут проявляться одновременно или в различных сочетаниях, что усложня­ет анализ причин, их вызывающих.

Основными факторами, влияющи­ми на точность вальцованных лопаток, являются:

форма и точность заготовки под холодное вальцевание;

жесткость системы СИД;

кинематическая схема вальцовки;

точность инструмента для вальце­вания;

технологическая смазка.

Можно выделить три характерные схемы вальцевания (рис. 2.19):

со свободным натяжением вдоль пера (а);

с гарантированным подпором (б);

с заданным опережением (в).

Рис. 6.19. Базовые схемы вальцевании

В случае свободного натяжения снижается точность изготовления ло­паток вследствие неопределенности опережения. Для лопаток, изготав­ливаемых из материалов с высокой пластичностью, оптимальным являет­ся вальцевание с заданным опережением, а схема вальцевания с подпо­ром наиболее приемлема для лопаток, изготавливаемых из материалов с пониженными пластическими характеристиками, например титановых сплавов.

Правильность проектирования и точность изготовления рабочего профиля вальцовочного инструмента являются главными условиями по­лучения лопаток требуемых размеров.

Наиболее распространенный материал для изготовления вальцован­ных лопаток - жаропрочный сплав ЭП718ИД.

Вальцевание выполняется от окончательно обработанных конструк­торских базовых поверхностей, что обеспечивает взаимное расположение профиля пера и хвостовика лопатки.

Лопатки с высотой пера до 120 мм обрабатываются на вальцовочном станке ВС100М с заданным опережением 0 или 3 %. Опережение при отработке процесса проверяется экспериментально и учитывается при проектировании вальцовочного инструмента. На станке опережение ре­гулируется сменой шестерен и реек. Последовательность получения ло­паток вальцеванием иллюстрирует рис. 2.20.

Рис. 2.20. Последовательность изготовления лопатки компрессора из сплава ЭП718ИД:

а - исходная заготовка; б - выдавливание; в - точная штамповка; г - холодная вальцовка; д - готовая лопатка

Горячее вальцевание. Достоинствами горячей вальцовки являются: обеспечение необходимой величины деформации и получение в усло­виях равномерного и стабильного температурного поля профилей тол­щиной до 0,1 мм;

снижение сил деформирования и достаточная стабильность процесса вальцевания;

высокое качество поверхности пера;

получение мелкозернистой равноосной структуры материала, обла­дающей высокими механическими свойствами.

В процессе вальцевания заготовку нагревают до требуемой темпера­туры электрическим током, пропускаемым через зону деформации. Оп­тимальная температура изотермического вальцевания зависит от мате­риала. Например, титановый сплав ВТЗ-1 вальцуют при температуре 920 °С. Ток подводится к штампам, вальцующим заготовку. Нагреву под­вергается только зона деформации, перемещающаяся вдоль пера. Для нагрева используется регулируемый источник питания переменного тока с напряжением 10 ... 20 В, мощностью 120 ... 200 кВт.

Технологический процесс горячего вальцевания лопаток из титановых сплавов включает следующие технологические операции:

получение исходной заготовки;

подготовка заготовки к вальцовке;

покрытие заготовки технологической смазкой, устраняющей схваты­вание контактирующих поверхностей, образование налипаний и вырывов металла и обеспечивающей защиту от окисления;

вальцовка;

контроль геометрии, структуры и механических свойств лопатки. Обработка абразивным инструментом. Основным методом оконча­тельного формообразования сложных криволинейных трактовых поверх­ностей лопаток компрессора является шлифование абразивной лентой. Существуют различные кинематические схемы методов обработки и со­ответствующее им оборудование для механизированного шлифования поверхностей пера лопаток (рис. 2.21).

Рис. 2.21. Схемы процесса ленточного шлифования криволинейных поверхностей:

1 - деталь; 2 - абразивная лента; 3 - копир

Ленточное шлифование может выполняться широкой и узкой абра­зивной лентой.

Обработку деталей с линейным контактом осуществляют методом об­катки по заданной траектории вокруг копира So6 (рис. 2.21, а, б). Движе­ния инструмента и детали связаны между собой.

Сложной операцией является шлифование пересекающихся поверхно­стей деталей, сопряженных по радиусу поверхностей прикомлевых и при- полочных участков лопаток компрессора, которое выполняют методами обкатки и копирования (рис. 2.21, в - е). Слой металла, снимаемый абразив­ной лентой, составляет при предварительном шлифовании 0,05 ... 0,2 мм, а при окончательном - 0,04 мм на сторону на один проход.

Шлифование производится с охлаждением СОЖ. Например, при шлифовании лопаток из легированных сталей и жаропрочных сплавов применяется трансформаторное масло с добавлением 3 ... 5 %-й олеино­вой кислоты.

Абразивным материалом для шлифования жаропрочных сплавов и ле­гированных сталей служит электрокорунд белый. При обработке титано­вых сплавов используется карбид кремния зеленый.

Одним из направлений повышения эффективности шлифования пера является шлифование кругами из алмаза и кубического нитрида бора. Обработку производят на копировальных станках или специализирован­ных станках с ЧПУ.

При шлифовании жесткими кругами на копировальных стан­ках вследствие износа инструмен­та возникает разница в диаметрах алмазного круга и копировально­го ролика, что отражается на точ­ности обработки. В станках с ЧПУ предусмотрена программная коррекция износа круга.

Для устранения засаливания круга, в частности при шлифова­нии титановых лопаток, используется обработка с наложением постоянного тока (анодом является алмазный круг). Анодное растворение связки круга и титана с поверхности круга позволяет поддерживать его режущие свойства.

На рис. 2.22 показана схема шлифования радиуса перехода от пера к хвостовику. В данном случае роль копира играет предварительно шлифо­ванная поверхность пера.

Рис. 2.22. Схема алмазно-электроэрозионного шлифования радиуса перехода от пера к хвостовику на станке мод. 12ШС-82М

Последующая обработка (в зависимости от принятого технологиче­ского процесса) включает следующие операции: виброполирование, виб­рогалтовку и ручное полирование.

Полирование пера лопаток. Полирование пера лопатки - финишная операция изготовления всех видов лопаток ГТД, обеспечивающая задан­ную шероховатость пера Ra = 0,08 ... 0,63 мкм, минимальные остаточные напряжения и наклеп. При­меняют следующие методы полирования: механиче­ское, гидроабразивное, виб­роабразивное и электролитическое.

Механическое полиро­вание производят вручную на полировальных бабках с использованием фетровых и войлочных кругов, абра­зивных паст и покрытий или на специальных стан­ках виброконтактным спо­собом (рис. 2.23). Наиболее распространено виброконтактное полирование абразивной лентой на станках типа ЛВП-ЗМ, ЛВП-350М, ВПЛ-4 и др. Полирование производится в процессе сложного вибрирующего движения лопатки между двумя абразивными лентами, прижимаемыми к перу резиновыми профильными колодками. Абразив­ные ленты по мере износа периодически протягиваются специальным устройством подачи. Обычно перо полируют в три перехода лентами различной зернистости, а на последнем переходе - пастой ГОИ. Толщина удаляемого слоя достигает 0,05 мм.

Рис. 2.23. Схема виброконтактного полирования: 1 - абразивная лента; 2 - резиновая профилированная колодка

Способ виброконтактного полирования профиля пера абразивной лентой обладает рядом недостатков, связанных с возможностью возник­новения прижогов, налипанием на поверхность детали клея и большим расходом абразивной ленты.

Для устранения этих недостатков в ОАО «Рыбинские моторы» вне­дрена технология виброконтактного полирования алмазными эластичны­ми пластинами (АЭП) на каучуковых связках, созданных в Институте сверхтвердых материалов АН Украины. АЭП предназначены для дово­дочных работ с применением СОЖ и работают в совокупности с эла­стичными копирами из полиуретана. АЭП наклеиваются на полиуретано- вые ложементы с рабочей поверхностью, соответствующей профилю ко­рыта или спинки обрабатываемой лопатки (рис. 2.24).

Рис. 2.24. Схема виброконтактного полирования пера лопатки эластичными пластинами

По сравнению с виброполированием абразивными лентами обработка алмазными эластичными пластинами обеспечивает более высокую про­изводительность при меньшей шероховатости (Ra = 0,16 ... 0,24 мкм). Стойкость АЭП в 3 ... 5 раз превышает стойкость абразивных лент.

Для финишной обработки пера лопаток компрессора используются также методы объемной виброабразивной обработки, подробно рассмот­ренные в разделе 5.

Основное преимущество объемной вибрационной обработки заключа­ется в том, что она обеспечивает равномерные шероховатость и упрочне­ние трактовых поверхностей лопатки. В процессе виброабразивной обра­ботки удаляются заусенцы, оставшиеся после механической обработки, скругляются входная и выходная кромки и полируется перо лопатки.

В зависимости от материала лопаток и технических условий в качест­ве рабочих сред используют абразивные гранулы различной формы и массы, стальные или фарфоровые шарики и др. Обработку проводят с частотой вибраций от 20 до 50 Гц и амплитудой (полуразмахом) от 1,0 до 10 мм.

Исходя из конструктивных особенностей оборудования лопатки мож­но не закреплять, закреплять неподвижно к стенкам контейнера или вращать в рабочей среде.

Различают:

объемное виброшлифование, характеризуемое скоростью съема ме­талла с обратываемой поверхности 0,01 ... 0,1 мм/ч, шероховатостью до Ra = 1,25 мкм и средним значением глубины упрочненного слоя 0,05 ... 0,15 мм;

объемное виброполирование, отличающееся незначительным съемом металла с обрабатываемой поверхности (до 0,01 мм/ч), шероховатостью Ra = 0,16 ... 0,63 мкм и малой величиной деформированного (упрочнен­ного) слоя;

объемное виброупрочнение, характерной особенностью которого яв­ляется применение в качестве рабочей среды стальных полировальных шариков или других тел с большой массой. Условия обработки в этом случае обеспечивают деформационное упрочнение и создание в поверх­ностных слоях остаточных напряжений сжатия. Стальные шарики при пластическом деформировании снижают шероховатость обрабатываемой поверхности с Ra = 1,25 мкм до Ra = 0,32 ... 0,63 мкм.

Основными технологическими направлениями повышения ресурса и надежности работы лопаток компрессора являются: деформационное упрочнение; нанесение защитных покрытий; ионное легирование; сереб­рение рабочей поверхности хвостовика рабочих лопаток.

Способ поверхностного упрочнения назначается исходя из размеров, формы сечения пера, толщины входной и выходной кромок, материала лопатки и т.д. Для упрочнения пера лопаток помимо описанного объем­ного виброупрочнения используют гидрогалтовку, пневмогидродробе- струйный и гидродробеструйный методы, а также обработку микрошари­ками. Следует учитывать, что в процессе упрочнения возможен «рас- клеп» пера. В связи с этим лопатки с тонкими кромками и малыми радиу­сами кромок должны обрабатываться дробью или шариками малого диа­метра на щадящих режимах упрочнения.

Для обеспечения работоспособности лопаток компрессора из титано­вых сплавов с антивибрационными полками производятся операции на­пайки на контактные поверхности полок износостойких материалов, на­пример ВТН-1. Это связано с тем, что по мере увеличения износа умень­шается натяг между лопатками и антивибрационные полки получают возможность более свободно перемещаться друг относительно друга как вдоль, так и поперек контактной поверхности.

Композиционный материал ВТН-1 состоит из твердых частиц карбида вольфрама (релита) и припоя на титановой основе ВПр16 в качестве связ­ки. Он сочетает высокую твердость армирующих частиц карбида вольфра­ма с прочным их соединением как между собой, так и с подложкой.

Для напайки ВТН-1 создана специальная установка, состоящая из ка­меры, в которую одновременно загружается 40 ... 50 деталей, высокочас­тотного генератора и вакуумной системы. Перед напайкой на поверх­ность обезжиренной антивибрационной полки наносится паста, состоя­щая из смеси в соотношении 1:1 порошков релита (WC) и припоя ВПр16, замешанная на 5 ... 6 %-м растворе акриловой смолы БМК-5 и раствори­теле Р-5 или Р-648. Пайка осуществляется токами высокой частоты с по­мощью индуктора, расположенного внутри камеры. Для контроля темпе­ратуры имеется фотопирометр. Максимальной износостойкости добива­ются при содержании релита 50 ... 70 %.