1270

7.2.1. Протягивание торцевых шлиц «Хирта» на дисках турбин

Сложнопрофильные шлицы «Хирта» на торцах дисков предназначены для соединения соседних дисков турбин и передачи крутящего момента с дисков турбин на вал компрессора. Разработан и внедрен процесс протягивания торцевых шлиц «Хирта» на шести плоскошлифовальных станках МСЗ мод. 3451А (рис. 177), на которых прежде производилось окончательное шлифование шлиц.

Рис. 177. Общий вид протягивания торцевых шлиц «Хирта» на плоскошлифовальном станке мод. 3451А

Требования к качеству изготовления достаточно высокие (рис. 178). На большинстве моторостроительных предприятий такие шлицы выполняются за две операции (предварительное фрезерование и окончательное шлифование).

Большая трудоемкость, низкая стойкость фрез и частое появление прижогов на шлицах являлись серьезными факторами, препятствующими нормальной работе и дальнейшему расширению производства дисков турбин (рис. 179).

Первоначально торцевые шлицы протягивались протяжками из быстрорежущей стали Р18 на скорости 1,5 м/мин. Однако стойкость протяжек была низкая, не превышала 96 протянутых шлиц, то есть один диск. Сцельюповышенияпроизводительноститруда, стойкостипротя-

371

Рис. 178. Профиль треугольных торцевых шлиц «Хирта», протягиваемых на дисках турбин

жек, качества обработки и экономии дефицитного дорогостоящего вольфрама исследован и внедрен процесс протягивания протяжками из твердого сплава ВК8. Скорости резания увеличены до максимально возможных величин – 6…8 м/мин. При этом производительность об-

372

Рис. 179. Общий вид диска турбины из сплава ЭИ787-ВД с протянутыми торцевыми шлицами «Хирта»

работки увеличилась в 2 раза, а стойкость протяжек – в 4–7 раз. Кроме того, в результате замены операций фрезерования и шлифования на протягивание торцевых шлиц на участке обработки дисков высвобождено 7 фрезерных станков мод. 6Н83, 14 рабочих и экономится 133 550 кВт/ч электроэнергии ежегодно.

7.2.2.Скоростное протягивание пазов «ласточкин хвост»

вкольцах направляющих аппаратов

Протягивание пазов в кольцах направляющих аппаратов (НА) компрессора и в сопловых аппаратах (СА) турбины из жаропрочных сплавов типа ВЖ102 (Х15Н30ВМТ), ЭИ437БУ-ВД (ХН77ТЮР-ВД) и других производится на горизонтально-протяжных станках мод. 7А520 на скоростях 2…4 м/мин протяжками из быстрорежущей стали Р18.

Особенностью конструкции колец НА и СА является малая жесткость деталей (см. рис. 178), что отражается на стойкости протяжек. Стойкость быстрорежущих протяжек весьма низкая. При протягивании

373

Рис. 180. Общий вид кольца направляющего аппарата после протягивания внутренних пазов «ласточкин хвост»

пазов в кольцах НА из сплава ВЖ102 она составляет 30–50 протянутых пазов, т.е. 0,5…0,8 всего числа пазов в одном кольце. В связи с этим на основании приведенных выше рекомендаций проведены исследования, разработана технология и внедрено протягивание пазов в кольцах направляющих аппаратов 28 наименований деталей твердосплавными протяжкаминаскоростяхрезания26…30 м/мин.

Впервые в отрасли разработаны новые конструкции и технология изготовления твердосплавных протяжек. Протяжки с напайными пластинками ВК8 изготавливались в виде секций и набирались в общий блок. Для обеспечения высокой скорости резания произведена модернизация трех станков мод. 7А520. После внедрения производительность труда повысилась в 3 раза, а стойкость протяжек – в 10 раз. Проведенный расчет показал высокую эффективность нового метода обработки.

374

7.2.3. Протягивание замков лопаток компрессора на скоростных режимах резания

Обработка замка лопатки является одной из первых операций, при которой формируются основные базовые параметры лопатки. Поэтому требования к точности изготовления замка и шероховатости обработанной поверхности достаточно высокие.

Низкие скорости протягивания (1,5…2,0 м/мин) и малая стойкость быстрорежущих протяжек (40–70 шт. обработанных лопаток из ЭИ787-ВД между переточками) в практике очень часто сдерживают продвижение деталей по следующим операциям.

Разработанные рекомендации по применению высокоинтенсивных оптимальных режимов резания внедрены при протягивании 90 наименований замков лопаток на пяти основных авиационных двигателях и их модификациях или более двух миллионов деталей в год. В процессе внедрения разработаны и опробованы протяжки

снапайными твердосплавными пластинами (рис. 14), а также протяжки с механическим креплением пластинок твердого сплава ВК8. Сравнительные производственные испытания показали, что напайные пластинки меньше выкрашиваются, чем пластинки, закрепленные механически, вследствие малой жесткости корпуса протяжек

смеханическим креплением. Однако большим преимуществом протяжек с механическим креплением является возможность замены отдельных выкрашенных пластинок непосредственно на рабочем месте протяжника. Еще больше увеличивается ресурс работы таких протяжек при использовании неперетачиваемых пластинок высокой точности в пределах 0,005…0,015 мм.

Для переключения скорости резания в момент входа оконча-

тельных секций протяжек между секциями предусмотрен разрыв на 50…100 мм в зависимости от длины протягиваемого замка лопатки.

Внедрение скоростного протягивания более 2 млн замков лопаток в год осуществлено на 12 модернизированных протяжных станках мод. 7А540. Производительность труда при этом повыси-

375

лась в 3–4 раза. Стойкость протяжек увеличилась в 10 раз и более. Значительно увеличилось и стало более стабильным качество обработки замков.

В результате внедрения высвобождено 4 протяжных станка, 10 рабочих и 100 м2 производственных площадей. Получена значительная экономия электроэнергии.

7.2.4.Автоматизация протягивания замков лопаток

Сцелью сокращения трудоемкости вспомогательных работ, связанных с установкой лопаток в зажимное приспособление и снятием их с операции, совместно с СКБ ПС (г. Минск) были спроектированы

иизготовлены два скоростных специальных протяжных станка с боковым расположением ползуна мод. МП2-1021 и МП2-1031 (рис. 181). Станок МП2-1021 имеет гидропривод и максимальную скорость протягивания до 30 м/мин. Станок МП2-1031 имеет электромеханический привод с максимальной скоростью протягивания до 50 м/мин. На ползуне станков устанавливается два блока протяжек для обработки

Рис. 181. Скоростной специальный протяжной станок с боковым расположением ползуна мод. МП2-1031

376

на первой позиции профиля «ласточкин хвост», а на второй позиции – лопатки плоскопараллельных торцев замка. Загрузка лопаток производится по специальному лотку из магазина на 20–30 шт.

Предусмотрена и ручная установка лопаток при настройке станков. В процессе обработки лопатка подается из магазина по лотку в зажимное приспособление с помощью манипулятора, устанавливается с зажимом по перу с помощью ложементов и протягивается верхним блоком протяжек вдоль замка с образованием профиля «ласточкин хвост». Затем с помощью манипулятора лопатка подается на нижнее зажимное приспособление с разворотом на угол 125°. Нижним блоком протяжек производится протягивание торцевых скосов замка с двух сторон. После этого лопатка разжимается и по наклонному лотку подается в бункер.

Процесс обработки полностью автоматизирован. Для удаления стружки предусмотрена высоконапорная подача СОЖ, свободные «карманы» в блоках для сбора стружки и вращающиеся капроновые щетки.

В процессе резания предусмотрено переключение скорости резания до оптимальных значений на различных секциях блока протяжек. Производительность протягивания составляет 220–250 деталей в час, что в 2–3 раза выше, чем протягивание на горизонтальнопротяжных станках мод. 7А540.

К недостаткам станков мод. МП2-1021 и МП2-1031 нужно отнести большую сложность и трудоемкость настройки станков на двухпозиционное протягивание, а также управление процессом не от системы ЧПУ, а от конечных переключателей различных гидромеханизмов, имеющих невысокую надежность при длительной эксплуатации. В то же время эти станки имеют преимущество перед станками непрерывного действия типа НПЛ-1 из-за возможности обработки большей номенклатуры деталей.

377

7.2.5Скоростное протягивание пазов «ласточкин хвост»

вдисках компрессоров

В результате сравнительных исследований динамики процесса резания, качества и усталостной прочности дисков компрессоров с пазами, протянутыми на серийной и повышенной скоростях резания, получено убедительное доказательство преимущества скоростного протягивания твердосплавными протяжками перед применяемым на производстве низкоскоростным процессом. В связи с этим после тщательного изучения результатов исследований получено разрешение представителей заказчика и генерального конструктора на внедрение нового процесса в серийное производство деталей авиадвигателей.

В настоящее время на 28 наименований дисков компрессора различных газотурбинных двигателей имеется разрешение на обработку скоростным протягиванием на 3 модернизированных протяжных станках мод. 7А540 (рис. 182). Обрабатываемые материалы дисков компрессора: нержавеющая жаропрочная сталь ЭИ961Ш, титановые сплавы ВТ3-1, ВТ9, ВТ18У, жаропрочный сплав на никелевой основе ЭП742-ПД.

Рис. 182. Общий вид протягивания пазов в дисках компрессора на станке 7А540

378

Для обработки этого были впервые в отрасли спроектированы и изготовлены предварительные прорезные и окончательные фасонные протяжки с напайными пластинками ВК8. Скорость резания увеличилась с 1,5 до 30,0 м/мин. При этом стойкость твердосплавных протяжек увеличилась в 6–8 раз по сравнению с быстрорежущими, а производительность труда – в 2,5–3 раза. Например, если прежде протягивание диска компрессора из ВТ18У производилось за 590 мин (9,8 ч), то после внедрения скоростного протягивания фактическое время обработки составило 180 мин (3 ч). Общее снижение трудоемкости по всем изделиям составило более 35 000 часов в год. За счет повышения стойкости протяжек и снижения трудоемкости обработки получен крупный экономический эффект.

7.2.6. Испытание процесса скоростного протягивания «елочных» пазов в дисках турбин

Протягивание сложных «елочных» пазов в дисках турбин – наиболее сложный процесс в производстве газотурбинных двигателей. Трудоемкость операции протягивания составляет 30…40 % от всей трудоемкости механической обработки дисков турбин. Особенно трудное положение сложилось с появлением таких новых труднообрабатываемых материалов, как жаропрочные сплавы ЭП742-ПД, ЭП741-НП, ВЖ122, ЭК79 и др. Чрезвычайно низкая стойкость протяжек и низкие скорости резания значительно увеличивают трудоемкость и затраты производства, препятствуют быстрому освоению новых изделий.

Так, время протягивания 73 пазов в дисках турбин из сплава ЭП741-НП первой ступени двигателя ПС90А составляет 1 473 мин, или 24 часа. При этом стойкость быстрорежущих протяжек из наиболее износостойкой стали Р12Ф2К5М3 – не более одного диска, или 2–3 метра пути резания. Скорости протягивания быстрорежущими протяжками при этомсоставляют от0,025 до0,060 м/с(1,5…2,5 м/мин).

Решение проблемы найдено после проведения широкого комплекса исследований теплофизики, кинематики, динамики процесса

379

резания и качества обработки методом скоростного протягивания с особой методикой применения разработанных впервые в отрасли оригинальных конструкций твердосплавных протяжек (рис. 183).

Рис. 183. Общий вид твердосплавных протяжек для протягивания пазов в дисках

Для реализации процесса скоростного протягивания совместно

станок мод. МП2-797 с электромеханическим приводом (рис. 184) и с боковым расположением ползуна. Диапазон скоростей резания станка 1,5…50 м/мин; тяговое усилие 10–15 т, длина хода протяжного блока 5 м. В процессе движения протяжек предусмотрено переключение скорости резания до оптимальных значений на каждой секции протяжного блока для соответствующих значений подач на зубьях протяжек. Общая длина протяжек в блоке составляет 4 м. За один рабочий ход производится предварительная прорезка паза на глубину 18…20 мм и окончательное профилирование «елочного» профиля с помощью напайных твердосплавных протяжек из сплава ВК8.

Для интенсификации процесса протягивания дисков турбин других изделий был модернизирован горизонтально-протяжной станок мод. 7А540 на повышенные скорости до 30 м/мин. Спроектиро-

380