5. Выбор и обоснование объекта вкр
В качестве объекта выпускной квалификационной работы выбрано кольцо наружное соплового аппарата 1 ступени турбины высокого давления (ТВД) двигателя ПД-14. Материал детали — жаропрочный никелевый сплав ХН50ВМТЮБ-ВИ.
Кольцо наружное соплового аппарата является ответственной деталью горячего тракта двигателя. Оно формирует наружный обвод газовоздушного тракта, воспринимает высокие газодинамические и тепловые нагрузки и служит базой для установки сопловых лопаток. От точности его посадочных поверхностей (торцевых, цилиндрических и пазов под лопатки) зависят равномерность зазоров, КПД турбины и вибрационная надёжность ротора. Деталь изготавливается из сплава ХН50ВМТЮБ-ВИ, который труднообрабатывается резанием из-за высокой вязкости, склонности к наклёпу и низкой теплопроводности. Сложная тонкостенная конструкция (толщина стенок 1,5–3 мм) требует многооперационного технологического процесса с высокой долей слесарно-подгоночных работ и специальной оснастки для предотвращения деформаций.
Рисунок 2 – Чертёж кольца наружного соплового аппарата
5.1. Изучение базового техпроцесса и выявление противоречий
В ходе практики изучен типовой технологический процесс механической обработки кольца наружного соплового аппарата:
Заготовка – точное литьё по выплавляемым моделям (литьё в керамические формы) с припусками 1,0–1,5 мм.
Основные операции:
Токарная обработка (черновая и чистовая) наружных и внутренних цилиндрических поверхностей на токарном станке с ЧПУ.
Фрезерная обработка пазов и окон под лопатки на 5-координатном обрабатывающем центре.
Сверление охлаждающих и крепёжных отверстий (диаметры 2–6 мм, глубина до 15 мм).
Слесарная подгонка пазов по сопрягаемым лопаткам.
Контроль – промежуточный и окончательный с применением координатно-измерительных машин (КИМ), а также контроль биений на специальных приспособлениях.
Выявлены следующие противоречия (недостатки):
Нестабильность точности цилиндрических поверхностей и торцов. Из-за малой жёсткости тонкостенного кольца при зажиме в стандартных токарных патронах возникают упругие деформации, приводящие к овальности (до 0,05 мм) и неплоскостности торцов после снятия усилий зажима.
Высокая трудоёмкость фрезерования пазов под лопатки. Обработка пазов в сплаве ХН50ВМТЮБ-ВИ сопровождается повышенным износом инструмента, вибрациями и необходимостью использования пониженных режимов резания. Доля ручной подгонки пазов достигает 20–25% от общего времени мехобработки.
Повышенный износ инструмента и вибрации при сверлении. Сверление малых диаметров (2–6 мм) в жаропрочном сплаве приводит к частым поломкам свёрл, отводу оси отверстия и появлению заусенцев на выходе.
Большой объём ручных доводочных операций. Ручная зачистка заусенцев, притирка посадочных мест и подгонка пазов занимают до 30% трудоёмкости, исключают возможность автоматизации контроля и снижают стабильность качества. [8]
5.1.1. Анализ дефектов при изготовлении
Для уточнения производственных проблем, связанных с механообработкой кольца наружного, совместно с технологом цеха был проведён анализ наиболее часто встречающихся дефектов. Основные виды брака и их причины систематизированы ниже.
Овальность наружного диаметра (отклонение от круглости свыше 0,03 мм). Возникает из-за недостаточной жёсткости зажима при токарной обработке, неравномерного снятия припуска и перераспределения остаточных напряжений после литья.
Отклонение от плоскостности опорных торцов (неплоскостность до 0,025 мм при допуске 0,01 мм). Причина – термические деформации при механической обработке и отсутствие стабилизирующей термообработки перед чистовыми проходами.
Увод оси глубоких отверстий (отклонение от прямолинейности более 0,08 мм на длине отверстия). Вызывается уводом сверла при входе в литейную корку и неоптимальными режимами резания.
Несоответствие шероховатости дна пазов под лопатки (требование Ra 1,6, фактически достигается Ra 3,2–4,0). Обусловлено вибрациями при концевом фрезеровании тонкостенных перемычек и недостаточной жёсткостью крепления детали.
Микротрещины в зоне кромок отверстий после сверления. Вызваны перегревом материала из-за низкой теплопроводности сплава ХН50ВМТЮБ-ВИ и недостаточного охлаждения зоны резания.
Повышенный процент брака (до 9–12%) на операциях слесарной подгонки – подрезка пазов «по месту», перекосы сопрягаемых плоскостей. Связан с несовмещением литейной и механической баз, а также с человеческим фактором при ручной доводке.
Каждый из перечисленных дефектов напрямую связан с ранее выявленными противоречиями и подтверждает необходимость модернизации техпроцесса. Согласно данным журнала контроля ОТК за I квартал 2026 года, доля деталей с отклонениями по перечисленным позициям достигала 12% от партии.