5.2. Постановка цели и задач вкр

Цель ВКР: Повышение точности и снижение трудоёмкости механической обработки кольца наружного соплового аппарата 1 ступени из сплава ХН50ВМТЮБ-ВИ за счёт оптимизации технологического процесса и внедрения элементов автоматизации.

Задачи проекта:

1. Провести анализ существующего техпроцесса и выявить ключевые проблемы.

2. Выполнить литературный и патентный обзор по методам решения аналогичных задач для тонкостенных колец из жаропрочных сплавов.

3. Предложить новый маршрут обработки с применением специализированного инструмента и оснастки (в том числе гидрофицированного приспособления с регулируемым поджимом).

4. Провести инженерные расчёты (режимов резания, усилий закрепления, погрешности базирования, деформаций при зажиме).

5. Разработать 3D-модель детали с учётом предлагаемых изменений и комплект конструкторской документации на специальное приспособление.

6. Оценить экономический эффект от внедрения предложений.

5.3. Литературный и патентный обзор

В ходе патентного поиска по базам ФИПС и Google Patents (РФ, МПК B23B, B23C, B23P) с ретроспективой 15 лет найдено 14 охранных документов, из которых для детального анализа отобрано 8. Анализ литературных источников по проблемам обработки тонкостенных жаропрочных колец позволил выделить ключевые мировые тренды.

Основные результаты обзора:

Способы повышения точности:

1. Использование гидропластовых оправок и цанг с равномерным распределением усилия зажима, что снижает овальность тонкостенных колец в 2–3 раза.

2. Применение системы активного контроля размеров в процессе точения (датчики контактного типа) для компенсации тепловых деформаций.

3. Базирование по предварительно обработанной базовой поверхности (расточке) с поджатием торца — обеспечивает стабильность установки.

Методы снижения трудоёмкости:

4. Оптимизация режимов резания при фрезеровании пазов в сплавах на никелевой основе (использование фрез с износостойким покрытием TiAlN/TiSiN, увеличение подачи на 15–20%).

5. Применение криогенного охлаждения (жидкий азот) в зону резания для снижения наклёпа и повышения стойкости инструмента.

6. Использование роботизированной зачистки заусенцев (абразивные щётки с ЧПУ) вместо ручной.

Альтернативные методы:

1. Для получения пазов сложной формы предлагается применять электроэрозионную обработку (проволочную или прошивную), что исключает вибрации и даёт высокую точность без ручной подгонки.

5.4. Пути решения выявленных противоречий

Для решения поставленных в ВКР задач предлагаются следующие направления:

1. Замена стандартного трёхкулачкового патрона на гидропластовую оправку с автоматическим регулированием усилия зажима для черновой и чистовой токарной обработки кольца. Это позволит снизить овальность и исключить деформации тонких стенок.

2. Проектирование специального приспособления для фрезерования пазов с прижимом по всей торцевой поверхности (вакуумный стол или многозонная пневмоприжимная плита) для борьбы с вибрациями и повышения жёсткости системы.

3. Внедрение в маршрутный техпроцесс операции получистовой обработки пазов концевыми фрезами на 5-осевом обрабатывающем центре с оставлением припуска 0,02–0,04 мм под последующую чистовую электроэрозионную прошивку (или финишное фрезерование с УЗ-колебаниями).

4. Оптимизация режимов резания на основе аналитического расчёта сил резания и моделирования методом конечных элементов (MSC Nastran, Ansys) для обеспечения виброустойчивости.

5. Применение специализированного инструмента (монолитные микрофрезы с алмазоподобным покрытием, направляющие втулки для сверления малых отверстий) и системы подачи СОЖ высокого давления (70–100 бар) в зону резания.