Введение к работе
. Актуальность проблемы.
Одной из основных задач производства
является повышение качества выпускаемой
продукции, совершенствование эксплуата
ционных и технологических свойств изделий,
улучшение их технико-экономических
показателей. Успешное решение этой задачи в значительной степени определяется выбором способов и методов технологических решений, направленных на повышение долговечности элементов конструкций, работающих в сложных эксплуатационных условиях.
Одним из важнейших направлений совершенствования технологического процесса изготовления лопаток газотурбинного двигателя (ГТД) является улучшение технологии создания формообразующей оснастки пера лопаток.Ошибка в разработке ведет к увеличению периода изготовления в опытном производстве, увеличению себестоимости изделия. Именно это определяет значительный интерес к использованию автоматизированных методов изготовления лопатки (особенно в условиях опытного производства) для снижения себестоимости и уменьшения трудоемкости данного технологического процесса.
При эксплуатации газотурбинного двигателя
наиболее нагруженными деталями его являются
лопатки турбины, работающие в условиях
высоких и быстросменяющихся температур и в
агрессивной газовой среде. Лопатки
подвергаются большим напряжениям от
центростремительных сил, значительным вибрационным напряжениям изгиба и кручения газового потока. Амплитуда и частота колебаний лопаток меняется в широких пределах. Быстрая и частая смена температуры приводит к возникновению в лопатках значительных термических напряжений. Такие факторы заставляют изготавливать лопатки ГТД из жаропрочных сплавов, а также вести работы по внедрению новых материалов на основе керамики и ситалла. Однако применению этих материалов препятствует ряд технических и экономических трудностей. К техническим трудностям можно отнести преодоление тепловых ударов, нестабильность химического состава материала и др. Экономические трудности сводятся к полной перестройке всего технологического производства. Поэтому при изготовлении лопатки применяют комбинации конструкторских (изготовление охлаждаемых лопаток) и технологических (подбор свойств материала, нанесение покрытий и др.) способов. Все это увеличивает ресурс работы и уменьшает вероятность разрушения лопатки ГТД.
Разрушение лопаток при эксплуатации, как
правило, начинается с поверхности, вследствие
того что поверхностные слои оказываются
наиболее нагруженными при всех видах
напряженного состояния и подвергаются
активному воздействию внешней среды.
Разрушение лопаток ГТД носит усталостный
характер . В ряде работ указывается, что
технологические факторы оказывают
существенное влияние на несущую способность
лопаток ГТД. Задача повышения несущей
способности лопаток ГТД путем
совершенствования технологического процесса остается весьма актуальной.
Цель работы состоит в исследовании факторов, позволяющих увеличить несущую способность лопаток ГТД, выполненных литьем по выплавляемым моделям, и разработке усовершенстованного технологического процесса на основе автоматизации.
В соответствии с поставленной целью были предложены и решены следующие основные задачи:
1. На основе аналитических и экспериментальных исследований определить влияние возможных производственных факторов (влияние формообразующей оснастки, остаточных напряжений и др.) на несущую способность лопатки ГТД.
2. Разработать и предложить процесс создания технологической оснастки, позволяющий увеличить несущую способность лопатки на основе автоматизации процесса проектирования.
3. Разработать математический аппарат , позволяющий автоматизировать расчеты формообразующей оснастки по существующим и предлагаемым методикам.
4. Провести эксперименты, потверждающие эффективность предлагаемых технологических мероприятий и оценить их влияние, направленное на увеличение несущей способности лопаток ГТД.
Научная новизна работы заключается в разработке методик проектирования бормо-
образующей оснастки с учетом технологических
особенностей, позволяющих увеличить
несущую способность лопатки ГТД, в разработке математического аппарата и алгоритмов проектирования.
Практическая ценность. Разработаны алгоритмы и программы, на основе которых создана комплексная автоматизированная система проектирования формообразующей оснастки пера лопатки ГТД. На основе разработанной комплексной автоматизированной системы построен технологический процесс проектирования формообразующей оснастки пера лопатки ГТД, позволяющий ускорить проектирование в два раза по доводке формообразующей оснастки по сравнению с принятой технологией конкретного производства.
Апробация работы. Основные результаты диссертационного исследования доложены:
на Всесоюзной конференции "Геометрические аспекты проектирования,технологии изготовления, деформирования и разрушения элементов летательных аппаратов" в г. Москве в 1990 г., на Всесоюзной конференции "Современные проблемы информатики, вычислительной техники и автоматизации" в г.Москве в 1991 г.,
на Всесоюзной конференции " Современные
проблемы механики и технологии
машиностроения " в г. Москве в 1992 г, на Российской НТК "Композиционные керамические, порошковые материалы и покрытия" в г. Москве в 1994 г. 6
Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, пяти глав,общих выводов , списка литературы и приложения. В приложении приведены фотографии тепловых полей лопаток и литниковой системы, примеры подготовки геометрической информации по перу лопатки и результаты расчета по одной из методик, акты об использовании результатов диссертационной работы на предприятии МПНО "Союз". Работа изложена на 122 страницах машинописного текста, содержит 44 рисунка , библиографических наименований -79.
