Введение к работе
Актуальность работы. Повышение производительности обработки при обеспечении требуемой точности и качества деталей авиационных двигателей является важнейшим направлением отрасли авиационного двигателестроения.
Технологии профильного глубинного шлифования позволяют получать сложные по форме фасонные поверхности различных деталей с высокой точностью и производительностью, за счет совмещения в одной операции предварительной и финишной обработки.
В области глубинного шлифования отечественными и зарубежными учеными было выполнено огромное количество исследований, по результатам которых достигнуто повышение производительности процесса до 5 раз по сравнению с применяемой ранее лезвийной обработкой.
В значительной степени эффективность процесса глубинного шлифования лопаток газотурбинных двигателей определяется эксплуатационными возможностями режущего инструмента.
Повышение номера структуры (уменьшение объемного содержания абразивного зерна в инструменте) оказывает благоприятное влияние на термодинамику глубинного шлифования и создает предпосылки для повышения производительности процесса при достижении требуемого качества обработки. При этом повышается эффективность резания каждого зерна, а дополнительные поры являются емкостью для размещения срезаемой стружки и частиц смазочно- охлаждающей жидкости. Уменьшается работа трения при шлифовании и, как следствие, интенсивность теплообразования. В результате чего температура в зоне резания снижается.
Абразивные заводы в России используют технологию изготовления абразивного инструмента с применением фруктовой косточки. По такой технологии изготавливают круги со структурой N=10...12. При этом, например, при изготовлении кругов с номером структуры 12 твердостью G по причине повышенной усадки и растрескивания мог возникать брак, достигающий до 40% выпуска, что существенно увеличивало себестоимость их производства.
Для сравнения, известные на мировом рынке абразивного инструмента зарубежные фирмы, такие как Carborundum (Германия), Norton (США-Франция), Rappold Winterthur (Австрия-Швейцария), Tyrolit (Австрия) и др. предлагают для глубинного шлифования высококачественные высокопористые шлифовальные круги с номерами структуры до 22 и выше с повышенной твердостью и разрывной прочностью, обеспечивающей рабочую скорость до 75 м/с.
Применение абразивного инструмента с высокими номерами структуры позволяет интенсифицировать процесс профильного глубинного шлифования фасонных (в том числе и тонкостенных) поверхностей лопаток турбины авиационных двигателей за счет снижения термодинамической напряженности процесса шлифования, а также возможности применения форсированных режимов обработки, что является весьма актуальным для современного машиностроения.
Работы по тематике диссертации выполнялись по хозяйственным договорам с ФГУП «НПЦ газотурбостроения «Салют» и ОАО «Волжский абразивный завод» (2010-2012гг).
Результаты работы были представлены на 3-ей Международной Конференции инноваций и изобретений (3rd International Innovation and Invention Conference (IIIC-2012)) г. Тайбэй (Тайвань), где были отмечены дипломом с отличием.
Целью работы является повышение эффективности процесса профильного глубинного шлифования лопаток газотурбинных двигателей из жаропрочных никелевых сплавов за счет применения высокопроизводительного абразивного инструмента с повышенной структурностью и пористостью.
Для реализации поставленной цели в работе решались следующие задачи:
-
Анализ теоретических предпосылок и резервов повышения эффективности процесса глубинного шлифования за счет использования шлифовальных кругов с более высокими номерами структуры от 16 до 22 в отличие от применяемых кругов с N=10.. .12.
-
Анализ технико-экономических показателей процесса глубинного шлифования лопаток газотурбинных двигателей кругами с повышенной структурностью.
-
Проведение экспериментальных исследований технологических и эксплуатационных свойств шлифовальных кругов для глубинного шлифования с номерами структуры 16, 18, 20 и 22.
-
Изготовление опытных образцов высокопористого абразивного инструмента с повышенными номерами структуры и анализ эффективности его применения на операциях глубинного шлифования лопаток газотурбинных двигателей.
-
Производственные испытания и внедрение высокоструктурных шлифовальных кругов на операциях профильного глубинного шлифования.
Методика исследований. Исследования, выполненные в работе, опирались на научные положения теории резания материалов, основ шлифования и проектирования абразивного инструмента. Достоверность полученных результатов подтверждается заводскими испытаниями и их внедрением в производство.
Научная новизна работы заключается в:
-
установленных взаимосвязях показателей эффективности процесса глубинного шлифования (производительности, энергоемкости и экономичности процесса, расхода абразива и др.) со структурностью применяемого абразивного инструмента;
-
модели для анализа распределения удаляемого припуска по проходам, обеспечивающего оптимальные значения технико-экономических показателей глубинного шлифования инструментом с повышенной структурностью;
-
математических моделях связи технологических (плотности и прочности сырца, деформации и потери массы при обжиге) и эксплуатационных (плотности,
твердости и разрывной прочности после обжига) свойств абразивно-керамических композиций для номеров структуры 16.. .22.
Практическая значимость работы состоит в:
-
сформулированных технологических решениях для повышения эффективности процесса глубинного шлифования;
-
полученных результатах производственных испытаний и внедрений, а также разработанных рекомендациях по применению для профильного глубинного шлифования турбинных лопаток высокопроизводительных шлифовальных кругов с повышенной структурностью и пористостью.
Реализация работы. Производственные испытания абразивного инструмента, а также технологии с его применением проведены на машиностроительных предприятиях в России: НПЦ «Газотурбостроения «Салют» (г. Москва), заводе «Турбодеталь» ф-л ОАО «Газэнергосервис» (г. Наро-Фоминск, Московская обл.), ООО «Самоточка» (г. Москва).
Апробация работы. Основные положения работы были представлены на всероссийской научно-образовательной конференции «Машиностроение - традиции и инновации (МТИ-2010)» (Москва, 2010г.), всероссийской научно- образовательной конференции «Методы повышения технологических возможностей металлообрабатывающего оборудования с ЧПУ» (Уфа: УГАТУ, 2010г.), всероссийской молодежной научно-практической конференции с международным участием «Инженерная мысль машиностроения будущего» (Екатеринбург, 2012.), международной научно-практической конференции «Достижения и перспективы естественных и технических наук» (Ставрополь, 2012г.), международной научно-практической конференции «Техника и технология: новые перспективы развития» (Москва, 2012г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 печатных работ, в том числе 6 статей в рецензируемых российских изданиях, включенных в обязательный перечень ВАК РФ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы /128 наименований/ и приложения, содержащего акты производственных испытаний. Общий объем диссертации 168 страниц, содержит 40 рисунков и 22 таблицы.
