книги / Технология автоматизированного производства лопаток газотурбинных двигателей

Станки этой серии наряду со станками других фирм позволяют вес­ ти четырехкоординатную обработку неподвижных деталей различных габаритных размеров. Эрозионную обработку на них осуществляют про­ волочным электродом, протягиваемым через направляющие втулки с высокой скоростью. Перемещение направляющих втулок, удерживаю­ щих проволоку, выполняют в двух координатах, параллельных друг дру­ гу. Это позволяет формировать поверхности детали как перпендикулярно к базовой поверхности, так и под углом к ней. Данное оборудование и его система ЧПУ позволяют: останавливать установку в случае обрыва про­ волоки; автоматически заправлять проволоку; автоматически измерять и корректировать положение проволоки; осуществлять адаптивное управ­ ление процессом обработки и оптимизацию технологических режимов.

Такие технологические возможности данного вида оборудования, возможность его круглосуточной непрерывной работы в автоматическом режиме способствуют широкому внедрению рассмотренной технологии в производство лопаток турбин ГТД.

2.6. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОПЕРАЦИИ ОБРАБОТКИ ПЕРФОРАЦИОННЫХ ОТВЕРСТИЙ НА ВХОДНОЙ КРОМКЕ И

БАНДАЖНЫХ ПОЛКАХ ЛОПАТОК ТУРБИН

Жаропрочные сплавы на никелевой основе, используемые для изго­ товления лопаток турбин ГТД, плохо поддаются резанию. Поэтому про­ шивка перфорационных отверстий во входной кромке и бандажных пол­ ках лопаток ГТД представляет серьезную технологическую проблему. На сегодняшний момент общепризнанной и наиболее широко применяемой технологией получения этих отверстий является электроэрозионная об­ работка.

Схема обработки и используемое для ее реализации оборудование определяются конструкцией лопатки, в частности взаимным расположе­ нием отверстий и их диаметрами. В том случае, если отверстия во вход­ ной кромке лопатки находятся на одной линии, параллельны друг другу, то технологическая схема обработки предусматривает их одновременную прошивку.

Такая схема широко используется и реализуется на эрозионных станках мод. 4Г721, 4Е723 сплошными электродами из меди, латуни, вольфрама. Гребенка электродов набирается в специальной державке, установленной на вертикальном суппорте станка; электроды выравнива-

Наличие параллельной оси 2 на кондукторной втулке обусловлено необходимостью поддержания постоянного зазора между торцом втулки и поверхностью детали. Кинематика станка позволяет формировать про­ жигаемое отверстие путем планетарного движения электрода, что дает высокую геометрическую точность прошиваемых отверстий. Технологи­ ческие возможности станка позволяют обрабатывать отверстия диамет­ ром 0,2...2,0 мм; с углами наклона от -45 до + 45°, толщиной стенок до 10 мм; обеспечиваемая при этом шероховатость поверхности составляет по Яа 3,2.

Обработка глубоких отверстий малого диаметра, характеризую­ щихся соотношением глубины А к диаметру отверстия с! величиной > 10, обеспечивается благодаря струйной электроэрозионной обработке. Суть последней заключается в обработке отверстий полыми электродами, че­ рез которые прокачивается диэлектрическая жидкость под высоким дав­ лением.

Электрод, используемый в процессе эрозионной обработки, гаран­ тирует очень высокую производительность. В качестве рабочей жидкости применяются диэлектрические жидкости на водной основе, что позволяет достичь минимально возможного износа электродов. В качестве электро­ дов служат трубки диаметром 0,2...2,0 мм с толщиной стенки 0,05...

0,1 мм. Материал электродов - латунь, вольфрам. Глубина измененного слоя при струйной обработке составляет порядка 10 мкм и зависит от ее режимов, а именно от частоты импульсов, подаваемых на электрод. При частоте > 200 Гц глубина измененного слоя равна 2...3 мкм.

После перфорации входной кромки и бандажной полки возникает необходимость удаления из отверстий дефектного слоя.

Кроме того, после удаления стержня из охлажденных лопаток тре­ буется выполнить плавные переходы в трактовых полостях лопатки, со­ прягаемых со щелью на выходной кромке. Это тем более обязательно, так как конструкторской документацией на охлажденные лопатки турби­ ны предусмотрена равномерность истечения воздуха по всей длине кромки.

С целью скругления острых кромок во внутренних трактовых по­ лостях лопаток в технологический процесс их изготовления вводят опе­ рации абразивно-жидкостного полирования. Из них наиболее распро­ странен метод гидроабразивной обработки. Он реализуется путем про­ качки через внутренние полости лопатки абразивно-жидкостной смеси.

Рис. 2.48. Схема экструдхонингования внутренних полостей лопатки турбины

Смесь прокачивается под давлением порядка 0,6 МПа через тракто­ вую полость с выходом через щель на выходной кромке. Скорость съема металла определяет давление, под которым подается абразивно­ жидкостная смесь, и зернистость абразива.

Недостатком данного метода является то, что абразивно-жидкостная смесь выходит на выходной кромке через те каналы, где она встречает наименьшее сопротивление.

Соответственно, эти каналы заполировываются гораздо быстрее, чем другие, поэтому и расход охлаждающей среды через них выше, чем у соседних. Все это снижает эксплуатационные характеристики деталей.

Эти дефекты исключаются при полировании внутренних полостей лопаток методами экструдхонингования (рис. 2.48).

Здесь абразивная масса 1, смешанная с жидкостями на основе мине­ ральных масел (медиум), продавливается через внутренние полости ло­ патки 2 под действием гидравлического поршня 5, совершающего воз­ вратно-поступательные перемещения. Выдавленная масса благодаря спе­ циальной конструкции поршня 3 и гильзы 4 перетекает при обратном ходе поршня в рабочую камеру и вновь продавливается через внутренние полости лопатки.

Процесс протекает с небольшими скоростями, равномерность рас­ хода продавливаемой массы по длине выходной кромки контролируется визуально. В случае необходимости отверстие, через которое наблюдает­

ся наибольший расход, "глушится" Соответственно, вся продавливаемая масса направляется в более узкие каналы. Это позволяет избирательно проводить процесс полирования. Шероховатость внутренних полостей по Яа в процессе хонингования может быть повышена с 3,2 до 0,2...0,3 мкм в течение 10... 15 мин обработки.

После экструдхонингования проверяется расход охлаждающей сре­ ды через внутренние полости лопатки. Проверка осуществляется на спе­ циальных установках под постоянным давлением. В ходе операции кон­ тролируется общий расход охлаждающей среды (воды) через внутрен­ нюю полость лопатки. Расход измеряется количеством прокачанной жид­ кости в единицу времени. Одновременно фиксируется равномерность истечения жидкости через выходную кромку лопатки. Этот параметр контролируется на соответствие установленному конструктором эталону. В случае несоответствия задаваемым параметрам лопатка подвергается повторному хонингованию. Если она признается годной, то на нее нано­ сят соответствующее покрытие.

2.7.СПЕЦИАЛЬНЫЕ И КОНТРОЛЬНЫЕ ОПЕРАЦИИ

2.7.1.Технологические операции нанесения покрытий

Технологический процесс изготовления лопаток турбины заверша­ ется осуществлением специальных операций, связанных с нанесением на рабочие поверхности лопаток (прежде всего на проточную часть лопат­ ки) жаропрочных покрытий.

В целях дальнейшего улучшения рабочих характеристик газовых турбин и, в частности, повышения надежности лопаток, которые работа­ ют при высоких (1000... 1300 °С) температурах, подвергаются коррози­ онному и эрозионному разрушению и испытывают знакопеременные на­ грузки, в настоящее время применяют теплозащитные покрытия, состоя­ щие из жаростойкого металлического подслоя системы Ме-Сг-А1-У и термобарьерного керамического покрытия гЮг-УгОз-

Их применение обусловливается тем, что металлический подслой защищает материал лопатки от интенсивного окисления при воздействии высоких температур, а керамический слой обладает коррозионной стой­ костью и противостоит эрозионному воздействию частиц пыли, кокса и окалины, содержащихся в газовом потоке. Такие покрытия обеспечивают повышение долговечности лопаток ГТД в 2,5...3 раза по сравнению с лопатками без покрытий.

Поворотный стол, на котором располагается деталь, может переме­ щаться как в непрерывном режиме, так и дискретно. Параметрами вра­ щения управляет контроллер робота-манипулятора. Установка оснащена плазмотроном мод. ¥4 мощностью 55 кВт. Плазмотрон охлаждается дис­ тиллированной водой, циркулирующей в замкнутом контуре охлаждения. Заданная температура воды поддерживается специальным блоком охла­ ждения. Дозатор порошка данной установки имеет две линии подачи по­ рошка, которые могут работать раздельно и совместно. Установка имеет четыре линии плазмообразующих газов, в качестве которых можно ис­ пользовать аргон, водород, азот, гелий.

Комплекс плазменного напыления оснащен системой программного управления режимами напыления и роботизированным манипулятором перемещения плазмотрона. Система А-3000Б может работать в ручном и автоматическом режимах. В автоматическом режиме параметры напыле­ ния выбираются из памяти компьютера, которая позволяет хранить до 100 параметров процесса. Благодаря этому каждую последующую деталь в партии и каждую следующую партию деталей можно обрабатывать на строго определенных режимах с возможностью вывода параметров про­ цесса напыления на принтер для контроля.

Перед нанесением покрытия лопатки должны проходить струйно-абразивную обработку электрокорундом. В НПО "Сатурн" для этой цели используют установку для пескоструйной обработки мод. КБА У-700 Н800 швейцарской фирмы Би1гег Ме1со (рис. 2.50).

Установка позволяет осуществлять автоматическую обработку как трехмерных, так и плоских деталей. Габаритные размеры камеры 1100 х х 1100 х 600 мм; масса детали до 100 кг. После обдувки абразивом дан­ ная установка дает возможность удалить его остатки дополнительным обдувом сжатым воздухом. При этом программируемый контрольный блок Б табс Б7 со всеми параметрами процесса сохраняет в памяти до 50 программ обдувки различных деталей. Установка оснащена двумя писто­ летами N10 100 с соплами из карбида бора, коллектором пыли N10 2000 для удаления мелкой фракции пескоструйного материала. В установке могут использоваться все промышленные пескоструйные материалы. Применение данной установки позволяет подготавливать под напыление тонкостенные детали (толщиной 0,8... 1,0 мм) без коробления, что ис­ ключает их последующую правку [1].

После обдувки в установке плазменного напыления на детали нано­ сят покрытие с использованием порошков системы Со-Сг-А1-Б1-У и гЮг + У20з, например производства НПФ "Материалы-К" (г. Тула). Тол-