Введение к работе
Важнейшей задачей современного авиадвигателестроения является повышение тактико-технических характеристик двигателей. Лопатки компрессора являются одними из наиболее нагруженных и ответственных деталей, в значительной степени определяющими эти характеристики и, следовательно, степень совершенства двигателей.
В то же время, несмотря на значительный прогресс в отдельных областях технологии производства лопаток компрессора (получение точных заготовок лопаток, обработка элементов хвостовиков, обеспечение заданного качества поверхности), остается до конца не решенным целый комплекс вопросов, связанный с устранением ручного труда и повышением уровня автоматизации производства лопаток компрессора.
Одно из направлений совершенствования газотурбинных двигателей включает в себя создание высоконапорных малоразмерных компрессоров и связано с применением лопаток небольших габаритов с тонкими кромками и сложной геометрией профиля, часто получаемой в результате, так называемого, пространственного профилирования. Допуск на изготовление таких лопаток не должен превышать нескольких сотых долей миллиметра. Однако, наличие в существующих технологических процессах ручных слесарно-полировальных операций не позволяет решить задачу изготовления таких лопаток в необходимых количествах с приемлемыми эконоь ическими показателями, поскольку необходигая точность изготовления протст,-,01 части лопаток известными методами обработки не может быть с^спечеш,
В настоящее время описание результатов исследований отдельных во
просов технологии изготовления лопаток компрессора можно найти в доста
точном количестве работ. Однако, эти сведения и обобщенные материалы,
представляющие собой описание опыта отдельных предприятий отрасли и
зарубежных фирм , не дают решения всего комплекса вопросов, необходи
мого для создания технологии изготовления лопаток указанного класса.
Имеющиеся в зарубежных источниках сведения о создании автоматизиро
ванного производства лопаток также носят весьма общий характер и не со
держат описаний конкретных технических решений. ,,'._-,.
Таким образом, задача создания новых конкурентоспособных двигателей не может быть решена на основе существующей технологии и в современной литературе не сформулированы в четкой форме какие-либо критерии, которым должна отвечать технология изготовления лопаток, позволяющая в минимальные сроки и с минимальными затратами создавать и осваивать серийный выпуск новых авиационных двигателей. В связи с этим необходимым представляется создание технологии обеспечивающей, во первых, возможность изготовления лопаток высоконапорных малоразмерных компрессоров с приемлемыми для опытного производства экономическими
показателями и, во вторых, преемственность технологии при передаче дви
гателя в серийное производство. .. , : ,
Целью данной работы является разработка принципов проектирования и структуры технологических процессов промышленного изготовления лопаток высоконапорных малоразмерных компрессоров, повышение точности электрохимического формообразования элементов проточной части и уровня автоматизации производства лопаток компрессора.
научная новизна _ ,;'г'__ "';. ;; ''; ;'
Сформулированы принципы проектирования и' определена структура
технологических процессов автоматизированного производства лопаток, по
зволяющие максимально реализовать точностные возможности"методов об
работки проточной части лопаток и обеспечить преемственность технологии
при передаче изделий в серийное производство; .."."" * ..'
выявлены особенности процесса ЭХО пера лопаток и определены соотношения параметров, при которых возможно достижение необходимой точности обработки, предложены математические модели и технологические схемы процесса, позволяющие определить и реализовать эти соотношения;
на основе теоретико-множественного подхода к проблеме выбора и математических моделей разработаны алгоритмы выбора схем технологического оформления и расчёта параметров процесса обработки проточной части лопаток;
определены принципы построения и структура автоматизированной системы технологической подготовки производства и автоматизированных линий для производства лопаток компрессора.
-
На основе анализа размерных связей, существующих в конструкции лопаток предложены варианты базирования и схемы оснастки для их реализации, обеспечивающие совмещение координатных систем, используемых при проектировании и изготовлении лопаток, позволяющие максимально реализовать точностные возможности методов (формообразования элементов проточной части, а также обеспечить необходимую технологическую и временную гибкость лопаточного производства.
-
Экспериментальными исследованиями установлено, что "при электрохимической обработке пера лопаток, в отличие от обработки гравюр штампов и других массивных деталей, никогда не наступает установившийся режим обработки, поскольку всегда имеет место падение напряжения по длине пера, а вследствие низкой жесткости лопаток и особенностей электрохимической обработки титановых сплавов," применяемых для изготовления лопаток, системы управления современных станков для размерной ЭХО не обеспечивают работу на межэлектродных зазорах менее 0,15мм. В результате этого применение при обработке пера лопаток импульсно^йклических схем формообразования не обеспечивает эффекта повышения точности, аналогичного эффекту получаемому при обработке гравюр ковочных штампов.
-
Получена математическая зависимость для расчёта ожидаемой величины падения напряжения по длине пера лопатки, а также показано, что
точность копирования профиля катод-инструмента зависит не от абсолютной величины падения напряжения по длине пера лопатки, й of непрерывно меняющегося в процессе обработки отношения напряжений в зоне токоподвода и на противоположном конце лопатки;
при проектировании заготовок лопаток под размерную ЭХО припуск на обработку профиля следует располагать не по нормали к обрабатываемой поверхности, как это принято при проектировании заготовок под лезвийную обработку, а в направлении подачи катод-инструментов;
величина минимального припуска на заготовке лопатки, в отличие от заготовок массивных деталей типа штампов или пресс-форм, должна быть увеличена пропорционально соотношению напряжений в зоне токоподвода и на противоположном конце лопатки, соответствующему моменту достижения заданных размеров обработки;
для обеспечения наиболее высокой точности при одновременном формообразовании профиля пера и участков сопряжения пера с хвостовиком подача катод-инструментов должна осуществляться под определённым, зависящим от соотношения точности полки и профиля, углом относительно нормали к продольной оси лопатки, а величина падения напряжения по длине пера не должна превышать подаваемого на заготовку лопатки технологического напряжения умноженного на квадрат синуса этого угла.
-
На основе установленных в процессе экспериментальных и теоретических исследований особенностей процесса электрохимического формообразования пера лопаток компрессора разработаны схемы технологического оформления процесса, позволяющие путём целенаправленного изменения параметров обработки, в зависимости от конкретных конструктивно-технологических особенностей лопаток, обеспечить необходимую точность копирования профиля катод-инструментов, дана методика выбора предложенных схем, основанная на, использовании электронных таблиц Excel for Windows 95.
-
В качестве информационной базы для создания системы автоматизированного проектирования технологических процессов, а в конечном итоге, и для создания автоматизированной системы технологической подготовки лопаточного производства (АСТПП), предложена структура маршрутов изготовления лопаток компрессора при различной серийности и технологической оснащенности производства.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ . "т'.\
1. Предложенные в работе подходы к решению технологических проблем изготовления лопаток открывают возможность и могут быть положены в основу решения вопросов повышения точности изготовления, а также механизации и автоматизации технологических процессов изготовления не только лопаток малоразмерных высоконапорных компрессоров, но и,вс,ех лопаток, входящих в современные газотурбинные установки, ог лопаток ВНА до лопаток турбины.
-
Сформулированы принципы построения и определён состав переналаживаемых и гибких автоматизированных линий для изготовления лопаток компрессора, а также участков для изготовления катод-инструментов'.
-
Для реализации процесса формообразования всех элементов проточной части мало- и среднегабаритных лопаток компрессора за одну операцию предложена компоновочная схема и изготовлен станок, обеспечивающий возможность создания роботизированных технологических комплексов и гибких автоматизированных линий для автоматизации всего лопаточного производства.
-
Определена структура и принципы построения автоматизированной системы технологической подготовки производства лопаток компрессора (АСТГШ). Созданы основные элементы системы автоматизированного проектирования технологических процессов (САПР ТП).
Комплексное внедрение результатов работы впервые было выполнено
в опытном производстве ОАО «Рыбинские моторы». В производство были
переданы:
технические предложения по повышению точности и схемы технологического оформления процесса ЭХО, обеспечивающие окончательное формообразование всех элементов пера лопаток за одну операцию;
компоновочные схемы станка для электрохимической обработки всех элементов пера лопаток за одну операцию, предусматривающие возможность создания на его основе роботизированных технологических комплексов; ' : >
функциональная схема системы управления станка, включающая блок фиксации нулевого зазора повышенной чувствительности;
технологический процесс^ изготовления лопаток компрессора с точностью выше первого класса ОСТ 1.00194-75;
-принципиальные схемы оснастки для реализации упомянутого технологического процесса;
- структурная схема системы и алгоритмы автоматизированного про
ектирования технологических процессов изготовления лопаток компрессора.
Эти же материалы, но в переработанном виде были переданы в серийное производство ОАО «Рыбинские моторы».
Техническая документация на разработанный технологический процесс по просьбе предприятий была таюке передана Куйбышевскому НПО "Труд", Научно-исследовательскому институту технологии и организации производства двигателей (НИИД), а также Московскому 'НПО "Сатурн" и Ленинградскому НПО им. В. Л. Климова. "''"
Автор защищает: : '"
1. Принципы проектирования и структуру технологических процессов механизированного и автоматизированного производства лопаток, отличительная особенность которых состоит в том, что они содержат в конкретизи-
рованной форме общие принципы технологии машиностроения, дополненные положениями, отражающими специфику лопаток как класса деталей.
-
Технологические приёмы и методы электрохимического'формообразования элементов проточной части лопаток, в частности, увеличение припуска по перу при обработке с подачей катод-инструментов по нормали к продольной оси лопатки, изменение направлений подачи катод-нструментов, регулирование электропроводности электролига, прокачка газоэлектролитной смеси с определенными параметрами вдоль продольной оси лопатки, поочередная подача импульсов технологического напряжения на корыто и спинку лопатки, уменьшение деформаций лопаток при корректировке величины межэлектродных зазоров, снижение влияния на точность размерной ЭХО упругих и остаточных деформаций пера лопаток, обработка всех элементов проточной части лопаток за один установ, обработка'пера крупногабаритных лопаток методом обката, а также алгоритм их выбора и принципиальные конструктивные схемы оборудования для реализации.
-
Математические модели процесса ЭХО, учитывающие особенности формирования макрогеометрии детали в условиях неравномерного и нестационарного распределения электрического потенциала по обрабатываемой поверхности, анзкой жесткости деталей и ограниченности припусков на обработку.
-
Установленные в процессе экспериментальных исследований особенности формирования макрогеометрии проточной части лопаток, заключаю-щікся в неравномерности и нестациопарности распределения электрического потенциала по обрабатываемой поверхности, низкой жесткости деталей и ограниченности, припусков на обработку.
-
Теоретические положения по разработке оборудования и оснастки для выполнения технологического процесса изготовления лопаток
В диссертации обобщены результаты исследований автора, выполненные в течение 1974-1997 годов в лаборатории электротехнологии РГАТА. Работы выполнялись в рамках плана работ научно-технической программы "Авиационная технология".
Достоверность результатов исследований подтверждается обоснованностью принятых допущений, корректностью выбранных методов исследования, строгими доказательствами отдельных положений, корреляцией отдельных полученных результатов с данными других авторов.
Апробация работы.
Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на Всесоюзных, республиканских и отраслевых конференциях (г. Тула, 1980, 1986, 1997г.г., г. Уфа, 1977, 1983, 1988г.г., г. Иваново, 1988г., г. Казань, 1988г., г.. Санкт-Петербург, 1997г., г. Рыбинск, 1977, 1979, 1980, 1981,1985,1988,1994), а также на НТС предприятий отрасли.
Публикации
По результатам исследований опубликовано 46 печатных работ, в том числе учебное пособие и 12 авторских свидетельств на изобретения.
Структура и объём работы.
Материал диссертации изложен на 275 страницах машинописного текста, иллюстрирован рисунками и таблицами, состоит из введения, семи глав, общих выводов, библиографии из 163 наименований и приложений.
Похожие диссертации на Повышение эффективности технологических процессов производства лопаток компрессора авиационных ГТД путем совершенствования структуры и управления точностью электрохимического формообразования
