3329

30

Обеспечение конструктивной преемственности изделия

31

32

Вопросы для самоконтроля

1.Дайте определение параметрической оптимизации объектов производства.

2.Что представляет собой блочно-модульное построение систем и устройств?

3.Понятие агрегатирования составных частей.

4.В чем заключается оптимизационный метод выбора

иназначения конструктивных элементов деталей и материалов?

5.С какой целью применяется размерный анализ конструкции изделия?

6.Зачем проводят функционально-стоимостной анализ при создании изделия?

7.Область использования экономико-математиче- ского моделирования конструктивных элементов деталей и материалов.

8.Из чего складывается обеспечение конструктивной преемственности изделия?

9.Приведите основные слагающие технологической преемственности конструкции изделия.

4. ПОВЫШЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧНОСТИ

33

ВЗАГОТОВИТЕЛЬНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ

4.1.Конструкторско-технологические проблемы заготовительного производства

Широта и разноплановость задач, решаемых при выборе конструкционных материалов для нагруженных элементов наукоемких изделий, привела к необходимости использования не только новых материалов с повышенными механическими характеристиками, способных сопротивляться воздействию циклических нагрузок широкого спектра частот и совместимых с водородом, но и совершенно новых технологий, ранее не применяемых в производстве.

Традиционные технологические и материаловедческие приемы литье, ковка, штамповка, дополнительное легирование, термообработка и т. п. практически полностью исчерпали себя и не могут обеспечить радикального повышения служебных характеристик сталей и сплавов.

Кроме того, дополнительное легирование приводит, как правило, к снижению технологических свойств жаропрочных сплавов, затрудняет горячую деформацию (ковку и штамповку) и обработку резанием, что в свою очередь вызывает уменьшение коэффициента использования металла, как для деталей, изготавливаемых из поковок и на станках с ЧПУ штамповок с очень низким коэффициентом использования материала (рис. 4.1).

В связи с этим на первый план выходят принципиально новые технологические процессы обработки материалов и изготовления деталей. К таким процессам, в частности, относится технология металлургии гранул в сочетании с горячим изостатическим прессованием (ГИП). Гранульная технология используется главным образом при изготовлении деталей ответственного назначения из сплавов на основе никеля и титана.

34

штамповкой. Кроме того, в сравнении с литейными аналогами гранульные сплавы на основе никеля имеют в 1,3 1,5 раза большую прочность и в два с лишним раза большую пластичность. Механические характеристики гранульных титановых сплавов находятся на уровне деформированного металла. В связи с этим процесс ГИП стал неотъемлемой частью при производстве деталей ответственного назначения. Часто РК изготавливают из титановых или алюминиевых сплавов. В таблице для некоторых материалов РК приведены механические характеристики материалов при температуре 293 К и 20 К.

Таблица 3 Механические характеристики материалов

36

В заготовках, получаемых методом ГИП, не только обеспечивается высокая прочность и пластичность материала, но и практически отсутствуют дефекты, достигается однородная мелкозернистая структура материала в сравнении с литым вариантом изготовления.

Заготовка основного диска РК штампованная. Лопатки РК формируются и одновременно сращиваются с основным диском методом ГИП. После прессования заготовки межлопаточные каналы РК не подвергаются механической обработке ввиду отсутствия технологических методов и средств. При испытаниях РК получены скорости, соответствующие разрушению, до 800 м/с в воздушной среде нормальной температуры и до 900 м/с в среде водорода при рабочей температуре. Разница между максимальной и минимальной разрушающими скоростями при комнатной температуре составляет всего 8%, для криогенных температур (60 К) значение разрушающей скорости вращения на 20 25% выше разрушающей скорости вращения при комнатной температуре. Диск, лопатки и бандаж колеса турбины выполняются из гранул за одно целое.

Качество турбины контролируется ультразвуковым методом. В турбине, как и в других высоконагруженных деталях, механические характеристики материала контролируются испытаниями на растяжение стандартных образцов. При испытаниях в воздушной среде нормальной температуры получена скорость, соответствующая разрушению, до 725 м/с. При длительных испытаниях двигателей на повышенных режимах наблюдались дефекты на лопатках рабочего колеса второй ступени турбины, причиной которых явилось сочетание действующих высоких напряжений от центробежных сил бандажа и высокотемпературного водорода. К тому же, метод ГИП не позволяет получать заготовки с узкими глубокими полостями и каналами. В связи с этим широкое применение нашла технология изготовления рабочего колеса турбины из заготовки, получаемой методом

37

газостатического прессования с последующей электрофизической обработкой узких межлопаточных каналов (рис. 4.2).

Рис. 4.2. Детали, из заготовок, получаемых методами ГИП с последующей ЭФО каналов

Одним из эффективных способов устранения внутренних литейных дефектов усадочного и газового характера является высокотемпературная газостатическая обработка (ВГО). Такой обработке подвергаются отливки из нержавеющих сталей, никелевых и алюминиевых сплавов после устранения внешних дефектов. После ВГО производится дополнительный контроль литейных дефектов в заготовках. С помощью ВГО устраняется до 50% дефектов типа рыхлот в отливках из нержавеющих сталей и до 80% в отливках из

38

никелевых сплавов. При этом наблюдается повышение плотности материала до 0,5%. В отливках из алюминиевых сплавов количество внутренних дефектов после ВГО уменьшается более чем на 50%.

Как правило, ВГО назначается для ответственных деталей, к которым предъявляются повышенные требования по герметичности. В силу отмеченных достоинств высокотемпературная газостатическая обработка является неотъемлемой частью процесса производства высококачественных отливок (рис. 4.3).

Рис. 4.3. Заготовки, получаемые методами литья по выплавляемым моделям

39