1270

Рис. 184. Общий вид скоростного протяжного станка мод. МП2-797 с длиной хода 4,5 метра и максимальной скоростью 50 м/мин

ваны и изготовлены твердосплавные протяжки с напайными пластинками ВК8.

Обработка пазов осуществлялась за четыре прохода четырьмя блоками предварительных и окончательных протяжек. Применение четырех проходов и четырех блоков протяжек увеличило время обработки по сравнению с двухпроходным протягиванием быстрорежущими протяжками за счет увеличения трудоемкости установки

инастройки протяжек.

Всвязи с этим проведена дополнительная модернизация двух горизонтально-протяжных станков мод. 7А540 с установкой четырехпозиционного протяжного поворотного ротора. Конструкция ротора заимствована на Московском МПО «Красный Октябрь».

Врезультате такой двойной модернизации обеспечивается автоматизация процесса протягивания со скоростью резания в диапазоне 1,5…30,0 м/мин при общей длине протяжек 4,5 м. Настройка поворотного блока выполняется один раз на все четыре позиции. Обработка «елочных» пазов производится последовательно по одному пазу за четыре прохода поворотного ротора предварительными и окончательными протяжками. Обратный ход осуществляется

при повороте блока на угол 45° без подъема и опускания диска. Это

381

является преимуществом данного способа, т.к. обеспечивает более высокую жесткость установки диска, что повышает точность пазов. К недостаткам поворотного блока можно отнести уменьшение жесткости самого поворотного ротора, установленного на подшипниках и имеющего значительные габариты и вес.

Расчеты экономической эффективности от внедрения скоростного протягивания пазов в дисках турбин с применением твердосплавных протяжек показали, что трудоемкость обработки снижается в 2 раза, стойкость протяжек увеличивается по сравнению с быстрорежущими в 5–8 раз. При этом обеспечивается требуемое качество и точность обработки «елочных» пазов.

Перевод на скоростное протягивание пазов в дисках турбин двигателей Д30П, Д30Ф6, ПС90А и их модификаций обеспечивает снижение трудоемкости не менее 70 нормо-часов на один моторокомплект. Кроме того, при внедрении скоростного протягивания экономится около 10 тонн быстрорежущей стали Р18. Экономия электроэнергии составляет 961 940 кВт·ч в год. Условно высвобождено более 30 рабочих-станочников. При этом высокоинтенсивном процессе обеспечивается требуемое высокое качество обработки, стабильность работы протяжек, необходимая усталостная прочность и высокая надежность обработанных деталей ГТД.

Процессы скоростного протягивания вошли полностью в технологию изготовления дисков, лопаток турбин и компрессоров нового современного двигателя ПС90А, устанавливаемого на современные магистральные самолеты ТУ204А, ИЛ-96-300, на наземные газоперекачивающие и энергетические установки. Два новых самолета Президента России ИЛ-96-300 оснащены также двигателями ПС90А.

В настоящее время в аэропортах и на авиабазах России и стран СНГ эксплуатируется более 1 500 самолетов и вертолетов различных типов, на которых установлены газотурбинные двигатели с деталями, обработанными новым методом высокоинтенсивного скоростного протягивания. Большое число наземных энергетических и газоперекачивающих установок на базе двигателя ПС90А успешно работают на нефтяных и газовых промыслах России.

382

7.3.Примеры эффективного внедрения интенсификации протягивания на предприятиях моторостроения

Проблемы повышения производительности протягивания замковых соединений дисков и лопаток ГТД, повышения стойкости протяжек, улучшения качества обработки в настоящее время стоят перед всеми моторостроительными предприятиями отрасли.

С целью ускорения внедрения разработанного на ОАО «Пермские моторы» метода скоростного протягивания автором составлены совместно с НИИД технологические рекомендации «Протягивание нержавеющих, жаропрочных и титановых сплавов твердосплавными протяжками на повышенных скоростях резания». Разработанные рекомендации, а также техническая документация на модернизацию го- ризонтально-протяжных станков мод. 7А520 и мод. 7А540, вертикаль- но-протяжных станков мод. 774, 7Б74, на техпроцесс изготовления твердосплавных протяжек различных конструкций переданы на 10 основных предприятий моторостроения отрасли.

Кроме того, по результатам оценки внедрения вышел приказ Министра авиационной промышленности СССР, в котором отмечено важное народно-хозяйственное значение внедрения процесса скоростного протягивания на ОАО «Пермские моторы» и рекомендовано всем предприятиям отрасли перенять передовой опыт и внедрить этот прогрессивный процесс. На проект технологических рекомендаций получены положительные отзывы от всех предприятий отрасли. Руководство и специалисты считают выпуск этих рекомендаций своевременным и целесообразным.

В результате анализа и изучения опыта процесс скоростного протягивания внедрен в том или ином виде на передовых предприятиях отрасли. Так, на Запорожском предприятии «Мотор-Сич» твердосплавные протяжки на повышенных скоростях резания 18…22 м/мин в настоящее время применяются при протягивании замков лопаток и пазов в дисках компрессора из титановых сплавов на модернизиро-

383

ванных протяжных станках. Протягивание деталей ГТД из нержавеющих сталей осуществляется здесь на повышенных скоростях 18…20 м/мин быстрорежущими протяжками.

Опыт скоростного протягивания ОАО «Пермские моторы» был взят за основу при внедрении этого процесса на АО «Рыбинские моторы». В результате внедрено протягивание замков лопаток двух наименований направляющих аппаратов из жаропрочной стали ЭИ736Ш протяжками из ВК8 на скорости 24…27 м/мин. Внедрено протягивание пазов в кольцах направляющих аппаратов 8 наименований из материалов ЭИ962Ш, ОТ4 протяжками из Р18 на скорости резания 21…22 м/мин. Модернизированы несколько протяжных станков мод. 7А540 по полученным чертежам (Г815-0025/17440М). Отмечается низкое качество изготовления твердосплавных протяжек. Требуется привести сведения по оптимальным припоям и режимам пайки твердосплавных протяжек.

В АО «Уфимское моторостроительное производственное объединение» проведена модернизация горизонтально-протяжных станков мод. 7А540 по типу ОАО «Пермский моторный завод» при протягивании замков титановых лопаток. Кроме того, получены два станка-полуавтомата МП2-940 с боковым расположением ползуна для обработки замков лопаток со скоростью до 30 м/мин. В качестве замечаний отмечается необходимость дополнительных рекомендаций по заточке зубьев протяжек, удалению стружки после протягивания, предотвращению хрупкого разрушения зубьев протяжек, особенностям образования отрицательных фасок на зубьях протяжек.

На Самарском АО «Моторостроитель» внедрено скоростное протягивание 11 наименований замков лопаток и пазов в дисках и кольцах компрессоров на модернизированных станках мод. 7А540.

На Московском машиностроительном ПО «Красный Октябрь» скоростное протягивание замков лопаток из титанового сплава ВТ3-1 и жаропрочной стали ЭП517Ш внедрено на непрерывно-протяжном станке НПЛ-1 со скоростями 17…27 м/мин твердосплавными про-

384

тяжками. Экономический эффект от внедрения скоростного протягивания семи ступеней лопаток компрессора составил около 200 тыс. руб. в год.

На АООТ «Казанское моторостроительное производственное объединение» скоростное протягивание внедрено на высокоскоростном вертикально-протяжном станке фирмы «Хоффманн» (Германия) и на двух специальных скоростных станках производства Минского завода ПО при протягивании пазов типа «ласточкин хвост» в дисках компрессора 3–9-й ступеней изделия ТВУиМ из титановых сплавов ВТ8 и ВТ9. Скорость резания при предварительном протягивании 25 м/мин протяжками из твердого сплава ВК8. Специалистами предприятия отмечаются следующие положительные моменты скоростного протягивания: более высокое качество обработанных поверхностей, выше стойкость твердосплавных протяжек, благоприятные условия для стружкоотделения при работе открытыми блоками. К отрицательным моментам относится плохое стружкоотделение в закрытом блоке. Особенностью процесса протягивания на верти- кально-протяжном станке фирмы «Хоффманн» является наличие восьмипозиционного поворотного ползуна с установленными в пазах всех восьми граней многосекционными протяжками, что увеличивает общую длину многосекционных протяжек до 12 м.

Применение твердосплавных протяжек при протягивании замков лопаток из титановых сплавов ВТ3-1, ВТ8М, ВТ9 на максимально возможной скорости протяжных станков 7А540 и СПС40 внедрено на ММПО «Салют». Протягивание же стальных лопаток из стали ЭП718 производится протяжками из быстрорежущей стали Р12Ф2МЗ на скорости 4…6 м/мин. Низкая скорость и стойкость протяжек сдерживают необходимый рост производства авиационных двигателей, поэтому поставлена задача перед специалистами этого предприятия перенять опыт Пермского моторостроительного предприятия по интенсификации процессов протягивания всех замковых соединений дисков и лопаток компрессоров и турбин.

385

Таким образом, использование разработанных теоретических основ и практических методов высокоинтенсивного скоростного протягивания деталей ГТД на предприятиях моторостроения позволило значительно повысить производительность и качество обработки, обеспечить высокую стойкость протяжек, снижение себестоимости изготовления деталей, более высокую стабильность и надежность процесса резания. На всех этих предприятиях получен значительный экономический эффект от внедрения скоростного протягивания, что подчеркивает действительно большое народно-хозяйственное значение внедрения разработанного нового прогрессивного процесса высокоинтенсивного скоростного протягивания.

386

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Анализ состояния и перспектив развития процессов протягивания показал, что основным направлением повышения эффективности этого процесса является интенсификация процесса резания на основе многократного увеличения скоростей резания и применения твердосплавных протяжек. Данное положение реализовано в настоящей работе путем создания теоретических основ и практических методов скоростного протягивания широкой гаммы труднообрабатываемых сплавов твердосплавными многосекционными протяжками на модернизированных и скоростных протяжных станках. На основании выполненных теоретических и экспериментальных исследований можно сделать следующие выводы.

1.Установлено, что в условиях прерывистой многолезвийной обработки протягиванием, имеющей ярко выраженную статистическую природу, существует такое термодинамическое состояние зоны резания каждого режущего элемента, характеризуемое некоторой температурой резания, называемой оптимальной, при котором наблюдаются наиболее благоприятные условия износа инструмента

иформирования качества обработанной поверхности. Обеспечение такого состояния достигается многократным увеличением скорости резания по сравнению с применяемыми на производстве скоростями.

2.Получено экспериментальное доказательство того, что при протягивании процесс изнашивания каждого режущего элемента многолезвийной протяжки соответствует такому же закону изнашивания, что и для однолезвийной обработки резанием. Точки минимума на графиках интенсивности износа зубьев протяжки hо.з.л = f (V) от скорости резания для различных значений подъема на зуб Sz наблюдаются при различных оптимальных скоростях резания, которым соответствует одна и та же оптимальная температура контакта инструментального и обрабатываемого материалов. Эти температуры совпадают с температурами испытаний, при которых наблюдаются минимальные значения характеристик пластичности и резкое

387

снижение прочности соответствующих сталей и сплавов, что и объясняет физическую природу появления минимумов интенсивности износа протяжек. В результате открылись новые возможности совершенствования и интенсификации процесса протягивания

3.Установлено совпадение оптимальных температур резания при скоростном протягивании и продольном точении для одинаковых пар инструментального и обрабатываемого материалов. На этой основе разработана методика ускоренного определения оптимальной скорости резания при протягивании по найденным или известным параметрам резания при точении без проведения исключительно сложных трудоемких и дорогостоящих стойкостных испытаний на протяжных станках.

4.Разработаны комплексные многокритериальные аналитические и экспериментальные математические модели основных опти-

мальных характеристик скоростного резания θо, Vо, hо.з.о для каждой группы и в общем случае для любых труднообрабатываемых сталей и сплавов с учетом известных многообразных условий обработки (Sz, γ, α, ρ1, hз, σb, γ′-фаза, сρ, τр, λρ и др.). В результате этого предложены алгоритмы, их математическое обеспечение и действующие программы расчета. На основе установленных закономерностей разработан новый способ высокоинтенсивного скоростного протягивания, при котором задается такой закон изменения скорости резания на различных секциях сборных блочных протяжек, чтобы на каждом из зубьев обеспечивалась температура резания, близкая к оптимальной. Поэтому при входе в работу чистовых секций протяжек следует не снижать, как принято, а наоборот, увеличивать скорость резания до оптимальных значений.

5. Показано, что решающее влияние на хрупкое разрушение твердосплавных протяжек оказывает резкое многократное усиление контактных давлений и адгезионных явлений на передней и задней гранях зубьев в момент выхода их из детали. Предложен способ снижения этих неблагоприятных явлений путем создания непрерыв-

388

ности резания в момент выхода зубьев протяжки за счет применения опорных чугунных подкладок оптимальной твердости на выходном торце детали.

6.Интенсификация процесса протягивания труднообрабатываемых материалов на основе разработанных методик многократного повышения скорости резания до оптимальных величин и применения твердосплавных протяжек существенно увеличивает эффективность процесса, его стабильность и надежность и обладает следующими достоинствами:

– повышает в 10–27 раз стойкость и в 14–70 раз надежность протяжек за счет работы при минимальной интенсивности износа, реализации методики повышения их хрупкой прочности, значительного снижения адгезионного износа;

– способствует снижению на 20…30 % сил резания и опасных технологических напряжений в обрабатываемых деталях, что гарантирует получение более стабильных и надежных точностных геометрических параметров деталей;

– обеспечивает более высокое и стабильное качество поверхностного слоя деталей за счет снижения величины шероховатости, глубины и степени наклепа и остаточных напряжений, что повышает на 10…60 % усталостную прочность и надежность работы деталей в условиях эксплуатации;

– является более экономичной и более производительной обработкой, чем процессы фрезерования и глубинного шлифования, т.к. при замене этих процессов годовые затраты уменьшаются

в1,7 и 5 раз, а производительность увеличивается в 10 и 5 раз соответственно.

7.Разработаны научно обоснованные рекомендации по практическому применению полученных в работе результатов, которые впервые широко внедрены в производство и прошли длительную промышленную проверку в цеховых условиях ряда моторостроительных предприятий, подтвердив основные теоретические выводы

389

о высокой эффективности, стабильности и надежности процесса высокоинтенсивного скоростного протягивания ответственных деталей современных ГТД для авиации и наземных энергетических и газоперекачивающих установок.

8. На Пермском моторостроительном предприятии ОАО «Пермский моторный завод» внедрено скоростное протягивание на 26 модернизированных протяжных станках около 150 наименований деталей различных газотурбинных двигателей. На новый двигатель ПС90А впервые в практике отечественного авиадвигателестроения получен сертификат авиационного регистра МАК на производство. В настоящее время в эксплуатации находится около 1500 различных типов самолетов и вертолетов с двигателями, детали которых были обработаны методом скоростного протягивания. Большое число наземных энергетических и газоперекачивающих установок на базе двигателя ПС90А успешно работают на нефтяных и газовых промыслах России.

390