Введение к работе
Актуальность темы. В современных условиях конкурентоспособность машиностроительной продукции определяется её качеством. Повышение требований к сохранению работоспособности до предельного состояния при одновременной интенсификации режимов эксплуатации приводит к необходимости обеспечения требуемого качества изделия в целом и отдельных его частей. Это в полной мере относится к турбокомпрессорам, в которых распространенным соединением лопаток турбины с диском является замковое соединение с многозубым профилем ёлочного типа (ёлочное замковое соединение - ЕЗС).
Из-за работы ЕЗС в жёстких условиях вибронагружения, воздействия газовой среды происходит процесс постепенного накопления повреждения материала в контактирующих поверхностях, приводящий к образованию микротрещин, их развитию и разрушению детали. Малые циклические относительные перемещения сопряжённых поверхностей деталей могут привести к развитию фреттинг-процесса. Фреттинг-процесс вызывает локальную коррозию, износ поверхностного слоя материала, проникающие вовнутрь поверхности микротрещины. Наиболее тяжёлое последствие этого процесса - фреттинг-усталость, т. е. усталостное разрушение. Развитие фреттинг-процесса приводит к значительному снижению долговечности ЕЗС и как результат аварийному разрушению рабочих лопаток турбин, что сопровождается большими экономическими потерями из-за трудоемкого ремонта и длительного простоя оборудования, а также может привести к человеческим жертвам.
В настоящее время исследованию фреттинг-процесса посвящено достаточно большое количество работ, однако остаётся неизученной взаимосвязь фреттинг-усталости с динамикой дефектной структуры поверхностного слоя, которая во многом определяется технологией изготовления, материалом контактирующих поверхностей и эксплуатационными режимами. Существующий технологический процесс изготовления ЕЗС не может обеспечить необходимую фреттингостой-кость. Таким образом, совершенствование технологического процесса в целях обеспечения необходимой фретгингостойкости, и как результат этого - требуемой долговечности ЕЗС, является актуальной задачей.
РОС НАЦИОНАЛЬНАЯ/
*ИБЛ ПОТЕКА, I
СПетеДОрг // |
Пель работы. Технологическое обеспечение фреттингостойкости ёлочных замковых соединений лопаток с диском турбины на стадии производства путём формирования требуемых свойств поверхностного слоя контактирующих поверхностей, работающих в условиях вибрационного нагружения.
Методы исследования. Результаты работы получены на основе теоретических и экспериментальных исследований с использованием компьютерных технологий. Теоретические исследования проводились на базе основных положений технологии машиностроения, материаловедения, физики твёрдого тела, теории упругости и математической статистики. Экспериментальные исследования выполнялись на специальных стендах, предназначенных для исследований замковых соединений на фреттингостойкость; измерение и расчёт декремента затухания производились с помощью программно-аппаратного комплекса на базе персонального компьютера.
Научная новизна работы.
-
Установлена взаимосвязь технологии изготовления с фреттин-гостойкостью ЕЗС.
-
Определены условия возникновения фреттинг-процесса в замковом соединении лопаток и диска турбины.
-
Разработана математическая модель, характеризующая изменение качества поверхностного слоя контактирующих поверхностей лопатки и диска турбины при вибрационном нагружении замкового соединения.
-
Создана методика обеспечения фреттингостойкости ЕЗС, позволяющая на стадии проектирования определить возможность возникновения фреттинг-процесса и технологическими методами уменьшить его повреждающее влияние.
Практическая ценность работы.
-
Усовершенствован технологический процесс путём введения операции нанесения жаростойких и износостойких покрытий, обеспечивающих фреттингостойкость ЕЗС лопатки и диска турбины.
-
Определен критерий фреттингостойкости замковых соединений, изготовленных с различными изменениями технологического процесса.
, < «nil
3. Создана система САПРТП (система автоматического проектирования технологического процесса), с возможностью интеграции с САПР Solidworks и Nastran, представляющая собой базу знаний кон-структорско-технологической документации, позволяющая автоматизировать процесс выбора технологических операций для повышения фреттингостойкости ЕЗС.
Реализация полученных результатов. Результаты проведенных теоретических и экспериментальных исследований использовались при выполнении гранта Министерства образования Российской Федерации «Комплексное обеспечение физико-химических свойств контактных поверхностей станочных систем», госбюджетной научно-исследовательской работы по заказу Министерства образования Российской Федерации «Научные основы построения систем комплексного обеспечения показателей качества изделий машиностроения» и научно-исследовательской работы «Обеспечение фреттингостойкости замкового соединения лопаток турбин» по заказу ОАО «СКБТ». Результаты работы внедрены в производство на ОАО «СКБТ» г. Пенза и учебный процесс кафедры «Транспортные машины» Пензенского государственного университета.
Основные положения, выносимые на защиту.
-
Математическая модель, характеризующая изменение качества поверхностного слоя контактирующих поверхностей лопатки и диска турбины при вибрационном нагружении замкового соединения.
-
Технологическое обеспечение фреттингостойкости замковых соединений путём формирования требуемых свойств поверхностного слоя контактирующих поверхностей.
-
Система САПРТП с возможностью интеграции с САПР Solid-works и Nastran, позволяющая автоматизировать процесс выбора технологических операций для повышения фреттингостойкости ЕЗС.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на: III Всероссийской научно-практической конференции «Современные технологии в машиностроении» (ПДЗ, Пенза, 2000), Международной научно-технической конференции «Проблемы машиностроения и технологии материалов на рубеже веков» (ПДЗ, Пенза, 2003), Межвузовской научно-практической конференции «Актуальные проблемы науки в России» (КИИУТ,
Кузнецк, 2004), Vm Всероссийской научно-практической конференции «Современные технологии в машиностроению) (ПДЗ, Пенза, 2004), ежегодных научно-технических конференциях 111 У (Пенза, 2000-2004), на заседаниях кафедры «Транспортные машины» Ш У (Пенза, 2001-2004), на постоянно действующем научном семинаре 111 У «Комплексное обеспечение показателей качества деталей машиностроения».
Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 7 печатных работах.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, 4 разделов, общих выводов и рекомендаций, списка использованной литературы из 112 наименований и приложения на 22 страницах. Работа изложена на 126 страницах, содержит 17 рисунков и 6 таблиц.
