Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Національний аерокосмічний університет ім. М.Є. Жуковського

“Харківський авіаційний інститут”

УДК 621. 438

ТЕХНОЛОГІЧНЕ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ПАРАМЕТРІВ ЯКОСТІ ЛОПАТОК КОМПРЕСОРА ГТД В ПРОЦЕСІ ЇХ ВИГОТОВЛЕННЯ

Спеціальність 05.07.04 -

“Технологія виробництва літальних апаратів”

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Попов Віктор Васильович

Харків 2003

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Національному аерокосмічному університеті ім. М.Є. Жуковського “Харківський авіаційний інститут”

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор Долматов Анатолій Іванович, завідуючий кафедрою технології виробництва двигунів літальних апаратів Національного аерокосмічного університету ім. М.Є. Жуковського “Харківський авіаційний інститут”

Офіційні опоненти:доктор технічних наук, професор Борисевич Володимир Карпович, директор Міжнародного НДІ нових технологій і матеріалів Національного аерокосмічного університету ім. М.Є. Жуковського “ХАІ” Міністерства освіти і науки України

кандидат технічних наук, с.н.с. Будьоний Михаїл Михайлович, головний інженер державного підприємства “Завод ім. Малишева” Міністерства промислової політики України

Провідна установа:ДП “Харківський науково-дослідний інститут технології машинобудування” Міністерства промислової політики України

Захист відбудется “ 30 ” січня 2004 р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д64.062.04 у Національному аерокосмічному університеті ім. М.Є. Жуковського “Харківський авіаційний інститут” за адресою: 61070, м. Харків, вул. Чкалова, 17.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Національного аерокосмічного університету ім. М.Є. Жуковського “Харківський авіаційний інститут”. лопатка кромка механізований формоутворення

Автореферат розіслано “ 22 ” грудня 2003 р.

Вчений секретар спеціалізованої

вченої ради, професор_______________ Г.Л.Корнілов

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Забезпечення високих значень параметрів надійності та ресурсу авіаційних двигунів є важливішою задачею сучасного авіадвигунобудування, оскільки від рівня даних їх експлуатаційних характеристик залежить надійність і безпечність польотів літальних апаратів.

У зв'язку з цим, актуальність теми обусловлено високими вимогами ставлять до надійності і ресурсу лопаток компресора газотурбінного двигуна у процесі його експлуатації, що є найбільш відповідальними, високонавантаженими та масовими деталями.

Параметри якості лопаток компресора визначаються не тільки конструкцією, якістю матеріалу, але значною мірою і технологією їх виготовлення.

Великий внесок у розробку та впровадження ресурсозабезпечуючих технологій у виробництво лопаток компресора ГТД внесли роботи: Біргера І.А., Богуслаєва В.О., Долматова А.І., Євстігнєєва М.І., Качана О.Я., Пєтухова О.І., Суліми А.М, Трощенка В.Т., Омельченка В.І., Яценка В.К., та ін.

Проте, у технологічних процесах виготовлення лопаток компресора ще застосовуються немеханізовані методи їх обробки особливо на фінішних технологічних операціях, а з опублікованих досліджень однозначно не витікає, які варіанти технології треба застосовувати для забезпечення їх високої надійності і ресурсу.

Тому технологічне забезпечення параметрів якості лопаток компресора в процесі їх виготовлення є важливою і актуальною науково-технічною задачею сучасного авіадвигунобудування.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Основні результати дисертації автор отримав при виконанні цільових комплексних програм МАП, науково-технічних програм Міністерства машинобудування, ВПК і конверсії України: (“Розвиток авіаційного комплексу України до 2000 р.”, “Технологія - 96”, “Наука - 2000”), “Державної комплексної програми розвитку авіаційної промисловості України до 2010 р. (Постанова кабінета Міністрів України від 12.12.2001р. № 1665-25) і галузевої науково-технічної програми “Продукція авіаційної промисловості”.

Мета і задачі дослідження. Метою роботи є забезпечення параметрів якості лопаток компресора ГТД шляхом розробки технологічних методів, визначення раціональної структури технологічного процесу їх виготовлення, а також створення технологічного обладнання для формування раціонального сполучення геометричних та фізико-механічних характеристик їх поверхневого шару з урахуванням технологічної спадковості, які підвищують їх опір втомленості і тривалої міцності.

Задачі дослідження:

класифікація лопаток ГТД та їх вхідних та вихідних кромок;

розробка математичних моделей кромки пера лопатки і механізованого процесу їх формоутворення еластичним абразивним інструментом;

технологічне обгрунтування і розробка технологічних схем механізованого формоутворення кромок;

експериментальне дослідження впливу технологічної спадковості складових технологічного процесу виготовлення і усієї його структури на експлуатаційні властивості лопаток;

експериментальне визначення впливу механізованого формоутворення вхідних і вихідних кромок пера лопатки та поверхневого зміцнення на якість виготовлення лопаток;

розробка і впровадження технологічних рекомендацій, технологічних процесів, оснащення і обладнання для виготовлення лопаток компресора ГТД.

Об'єкт дослідження - лопатки компресора високого тиску, а також технологічний процес їх виготовлення.

Предметом дослідження є установлення закономірностей формування параметрів якості виготовлення лопаток в залежності від структури технологічного процесу їх виготовлення, а також від розроблених технологічних методів формоутворення вхідних і вихідних кромок і зміцнення, які істотно визначають їх експлуатаційні характеристики.

Методи дослідження. Виконані дослідження базуються на фундаментальних основах теорії шліфування, експерименту деформування металів і технології виробництва авіаційних газотурбінних двигунів.

Експериментальні дослідження виконано з використання методів математичного моделювання, математичної статистики, планування одного та багатофакторного експерименту і сучасних фізичних методів дослідження технологічних процесів.

Наукова новизна одержаних результатів.

1. Вперше на основі комплексного і системного дослідження технології виготовлення робочих лопаток осьового компресора високого тиску ГТД з титанових сплавів з урахуванням впливу технологічної спадковості надано наукове обгрунтування технологічного забезпечення високого рівня границі витривалості і тривалої міцності шляхом реалізації розроблених методів і технічних засобів для фінішно-зміцнюючої обробки складнопрофільних аеродинамічних поверхонь пера.

2. Експериментально встановлено ступінь впливу кожної з технологічних операцій і усієї структури технологічного процесу в сукупності з урахуванням впливу технологічної спадковості на параметри якості лопаток компресора ГТД, що дозволило визначити і обгрунтувати раціональні технологічні методи їх обробки і структуру технологічного процесу, які забезпечують підвищення границі витривалості і тривалої міцності.

3. Розроблено математичні моделі кромки пера лопатки і механізованого процесу їх формоутворення еластичним абразивним інструментом, що дозволило розробити технологічні схеми обробки.

4. Експериментально визначено ступінь впливу механізованого формоутворення і режимів обробки вхідних та вихідних кромок пера лопатки і поверхневого зміцнення методом низькотемпературного окислення на параметри якості поверхневого шару пера і експлуатаційні характеристики границі витривалості і тривалої міцності, що дозволило визначити раціональну структуру технологічного процесу їх виготовлення.

Практичне значення одержаних результатів.

На підставі отриманих наукових результатів створено комплекс технічного і технологічного забезпечення для проектування та реалізації технологічних процесів виготовлення лопаток компресора ГТД з високими експлуатаційними характеристиками, який включає:

нові технологічні процеси виготовлення лопаток компресора;

технологічні рекомендації по механізованому формоутворенню кромок пера лопатки;

технологічні рекомендації по поверхневому зміцненню пера лопаток низькотемпературним окисленням;

спеціалізоване технологічне оснащення і обладнання для скруглення кромок і зміцнення.

Впровадження результатів роботи забезпечило підвищення тривалої міцності матеріалу лопаток на 32,5%, а границі витривалості на 12,5% при розсіянні його значень до 26%.

Економічний ефект від підвищення параметрів якості лопаток компресора і зниження трудомісткості їх виготовлення на ВАТ “Мотор Січ” складає 98,6 тис.грн.

Використання конструкторської і технологічної документації передбачено на інших машинобудівних заводах.

Апробація результатів дисертації.

Матеріали дисертаційної роботи докладалися і обговорювалися на Міжнародній науково-технічній конференції “ Современные материалы, технологии, оборудование и инструмент в машино- и приборостроении” (Киев, 21-22 серпня 2001 р.); на VI, VII Міжнародних конгресах двигунобудівників України “Авіаційно-космічна техніка і технологія” ( Крим, 2001, 2002 р.).

Дисертація докладалась і отримала позитивну оцінку на науковому семінарі кафедри “Технологія виробництва авіадвигунів” Національного аерокосмічного університету “ХАІ” (2003р.).

Публікації.

Результати роботи опубліковано в 7 наукових статтях, збірнику наукових праць і тезисах доповідей до міжнародних конференцій.

Структура і обсяг дисертації.

Дисертаційна робота складається зі вступу, 6 розділів, висновків, списку використаних джерел інформації та додатків. Роботу виконано комп'ютерним набором в обсязі 191 сторінок, містить 83 ілюстрації, 39 таблиць, додатків на 2 сторінках і 114 використаних літературних джерел на 11 стор.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обгрунтовується актуальність теми дисертації, сформульовано ціль і задачі досліджень, визначено наукову новизну і практичне значення отриманих результатів, а також представлено інформацію щодо апробації, структури і обсягу роботи.

У першому розділі проведено аналіз і представлено класифікацію відомих методів і технологічних схем механізованої обробки вхідних та вихідних кромок пера лопаток ГТД, на основі яких зроблено висновок, що їх формоутворення у процесі виготовлення в теперішній час на заводах галузі відбувається ручним способом.

Проаналізовано вплив пошкоджень на руйнування робочих лопаток компресора, де показано, що вхідні та вихідні кромки найбільш піддані дії механічних ушкоджень як при експлуатації двигунів, так і в процесі їх вироблення, які потім є осередками розвитку тріщин від втомленості, що приводять до руйнування і деталей, і літального апарата в цілому.

Розглянуто відомі методи зміцнення робочих лопаток компресора, надано їх класифікацію, наведено технологічні схеми статичних та динамічних методів поверхнево-пластичної обробки, проведено їх аналіз, вказано технологічні можливості, а також зроблено висновок про те, що конструктивні особливості робочих лопаток компресора високого тиску (КВТ) визначають як технологічні методи їх зміцнення, так і режими обробки.

Показано, що відомі технологічні рішення не повною мірою забезпечують вищий рівень експлуатаційних характеристик даних деталей.

Проведений аналіз дозволив зробити загальні висновки, на основі яких сформульовано основні задачі для досягнення поставленої мети.

В другому розділі представлено методику і планування експериментальних досліджень.

Методика і план експериментальних досліджень включають:

- математичну модель процесу формоутворення кромок пера лопаток;

- основні фактори процесу, які суттєво визначають основну експлуатаційну характеристику - границю витривалості;

- матрицю планування експериментів;

- опис образців, експериментальних установок, застосовуваного ріжучого інструмента;

- опис приладів та спеціальних стендів для визначення шорсткості, залишкових напруг, дослідження механічних властивостей, опір втомленості, тривалої міцності та ін.

Процес формоутворення кромок пера лопатки описувався математичною моделлю:

,(1)

де N, Q , Х, Ф - потужність шліфування, інтенсивність шліфування матеріалу, припуск, що знімається, погрішність форми відповідно;

- швидкість шліфування , питомий натяг стрічки, частота подвійних коливань, поздовжня подача, радіус скруглення на кромці відповідно;

- постійні і параметри, які підлягають визначенню.

При проведенні досліджень для кожного з вихідних параметрів, відповідно до прийнятої математичної моделі процесу було реалізовано матрицю планування повного факторного експерименту типу 2⁵.

Адекватність прийнятих моделей перевірялася за критерієм Фішера

,

а оцінювання значущості коефіцієнтів регресії проводилося за допомогою критерію Стьюдента.

У третьому розділі дано конструктивно-технологічну характеристику лопаток ГТД і класифікацію їх вхідних та вихідних кромок, що стало основою для розробки математичної моделі кромки пера.

(2)

Де O X Y Z - вихідна система координат;

O₁ X₁ Y₁ Z₁ - локальна система координат, яка зв'язана з кромкою;

b_i- половина товщини кромки у і- тому поперечному перерізі профілю пера ;

- кут відносного повороту кромочної ділянки і-го поперечного перерізу профілю пера лопатки;

- координати точки O₁ у системі координат O X Y Z для і-го поперечного перерізу профілю пера лопатки.

Процес формоутворення кромок пера лопаток запропоновано описувати диференціальним рівнянням:

,(3)

деК- постійний коефіцієнт для обраного режиму і умов обробки;

р- нормальний тиск у зоні обробки;

V- швидкість шліфування.

Нормальний тиск у зоні обробки вільною віткою абразивної стрічки визначається за формулою:

,(4)

де- натяг стрічки на веденій її вітки;

- радіус кривизни осі стрічки;

b- ширина стрічки;

- коефіцієнт шліфування;

- кут охвату кромки;

С- вигинна жорсткість абразивної стрічки при її вигині на робочу поверхню.

Проведено кінематичний аналіз процесу формоутворення профілю кромки вільною віткою абразивної стрічки, на підставі якого встановлено аналітичний зв'язок величини кінематичної погрішності з погрішностями формоутворюючих переміщень, жорсткістю інструмента, основними елементами схеми обробки, а також зі зміненням радіуса округлення і кута сполучення кромки.

На базі отриманих математичних моделей, які описують кромку пера лопатки і процес її механізованого формоутворення, розроблено технологічні схеми обробки з застосуванням абразивної стрічки і еластичного абразивного круга (рис. 2-4 ).

В четвертому розділі приведено результати експериментальних досліджень впливу технологічної спадковості варіантів технологічного процесу виготовлення лопаток КВТ з титанового сплаву ВТ 8 на їх експлуатаційні властивості.

Показано, що проявлення несприятливої технологічної спадковості після виконання технологічних операцій гарячого деформування матеріалу лопаток пов'язано з утворенням поверхневого дефектного шару, який на глибині 0,05…0,7 мм від поверхні має підвищену твердість порівняно з іншим поперечним перерізом пера, що знижує технологічну пластичність деталей. Наступна технологічна операція травлення повністю видаляє дефектний шар і піднімає технологічну пластичність лопаток, які отримано гарячим деформуванням.

Проявлення технологічної спадковості і після виконання слідуючого холодного вальцювання лопаток характеризується значним наклепом поверхні пера, який знижує технологічну пластичність і може привести до утворення тріщин, більшість яких розташовано на вихідній кромці у кореневих перерізах. Спостерігається значне підвищення між поверхнею і перерізом у порівнянні з лопаткою до виконання технологічної операції вальцювання (від 3040 до 3500 МПа). Наступний високотемпературний відпал при 920С у вакуумі знижує наклеп поверхні пера і підвищує технологічну пластичність матеріалу лопаток.

Установлено, що найбільше короблення мають лопатки, що вальцьованні без проміжних відпалів (варіант 4, рис. 5). Основною причиною короблення є наявність після вальцювання внутрішніх об'ємних напруг.

Значення залишкових напруг, які утворюються в поверхневому шарі пера лопатки, для різних варіантів технологічного процесу її виготовлення, змінюються у широкому діапазоні від 0 до - 830 Мпа. Найбільш раціональним варіантом технологічного процесу є виконання вальцювання лопаток з проміжним відпалом між перехідами, який забезпечує величину залишкових напруг у поверхневому шарі в інтервалі -87,0…274 Мпа без макро і мікроструктурних змін (рис. 6).

Раціональний варіант технологічного процесу виготовлення лопаток компресора забезпечує високу тривалу міцність матеріалу лопаток (до 350, год при нормі за ТУ 100 год.) і границю витривалості лопатки МПа при базовому числі циклів N = 100 10⁶ (варіант 4, табл. 1).

Таблиця 1 Значення характеристик втомленості матеріалу лопаток, які виготовлено за різними варіантами технологічного процесу

	Характеристики втомленості
	Напруга, МПа	Кількість циклів
	400	128,0106
2.Лопатки, які виготовлено точним штампуванням + мірне травлення + вакуумний відпал при Т = 920С - 1 год + вальцювання за 1 перехід + відпал при Т = 590С - 1 год + глянсування пера	400	19,5106
3. Лопатки, які виготовлено за п.2 + віброгалтування	400	6,3106
4.Лопатки, які виготовлено точним штампуванням + мірне травлення + вальцювання за 2 перехіда + відпал 590С -1год + глянсування + віброгалтування	400	100106
ТУ	400	100106

У п'ятому розділі представлено результати експериментальних досліджень механізованої обробки вхідних та вихідних кромок еластичним абразивним інструментом і зміцнення лопаток низькотемпературним окисленням (температура 590С - видержка на повітрі).

Експериментально визначено технологічні умови, параметри контактування кромки, яка обробляється, і інструмента, а також сполучення режимних факторів, що забезпечують високу точність округлення, мікроструктуру поверхневого шару відповідно до технічних умов і якість поверхневого шару, а також границю витривалості матеріалу лопаток =420 МПа при розсіянні його значень до 32% (рис.7, табл.2).

Таблиця 2 Погрішність форми, шорсткість поверхонь кромок, осьові залишкові напруги, мікротвердість і границя витривалості після обробки еластичним абразивним інструментом механізованим способом

Режим термообробки	Погрішність Форми Ф,мм	Шорсткість Rа,мкм	Осьові залишк. поверх. напруги, ,МПа	Макс. залишк. напруги,,МПа	Мікротвердість, МПа	Границя витривалості ,МПа	Розсіяння границі витривалості,%
Без відпалу	0,015…0,02	0,4…0,2	-125	-525	2360…3410	420	32,0
Після відпалу	0,015…0,02	0,4…0,2	-75	-100	-

Встановлено, що поверхневе зміцнення лопаток низькотемпературним окисленням забезпечує підвищення тривалої міцності на 32,5% (табл.3).

Таблиця 3 Тривала міцність зразків з окисленою поверхнею і зразків без окислення

Умов. № зразка	Характеристика зразків	Напруга, МПа	Температура випробування, С	Кількість годин до руйнування	Середнє значення, год	Середнє відхилення, %
0-1	Зразки з окисленою поверхнею	650	450	60730		+13,3 -14,7
0-2		650	450	72530
0-3		650	450	72530
0-4		650	450	54600
0-5		650	450	59730
II-1	Зразки без окислення	650	450	58030		+20,1 -33,16
II-2		650	450	51505
II-3		650	450	58800
II-4		650	450	32300
II-5		650	450	41000
Норма ТУ	650	450	100	-	-

В шостому розділі приведено основні результати розробки, освоєння і впровадження технології і устаткування для виготовлення лопаток компресора ГТД.

Результати виконаних досліджень використано на всіх етапах проектування і супроводження у виробництві технологічних процесів виготовлення лопаток компресора ГТД.

Розроблено технологічні рекомендації по механізованому формоутворенню вхідних та вихідних кромок пера лопаток компресора і технологічні рекомендації щодо зміцнення вказаних деталей методом низькотемпературного окислення для конструкторів і технологів серійних авіадвигунобудівних і ремонтних заводів.

Створено гнучкий виробничій модуль для округлення вхідних та вихідних кромок пера лопаток з висотою пера до 250 мм і інші технічні засоби для реалізації розробленої технології.

Впровадження розробленого технологічного устаткування, нових технологічних процесів і технологічних рекомендацій забезпечило:

- підвищення тривалої міцності лопаток компресора на 32,5%;

- підвищення границі витривалості на 12,5% в порівнянні з серійними лопатками;

- підвищення продуктивності обробки;

- підвищення стабільності параметрів якості лопаток;

- отримання економічного ефекту - 98,6 тис. грн.

Розвиток отриманих результатів передбачено в рамках Державної комплексної програми розвитку авіаційної промисловості України до 2010 року в напрямку розширення класів оброблюваних лопаток і удосконалення засобів реалізації технологічних процесів.

У додатку до дисертації є акти впровадження результатів.

ВИСНОВКИ

1. Науково обгрунтовано і вирішено прикладну науково-технічну задачу технологічного забезпечення параметрів якості лопаток компресора ГТД розробкою технологічних методів і створенням засобів для раціонального формування структури технологічного процесу, геометрії профілю пера і фізико-механічних та геометричних характеристик поверхневого шару з урахуванням впливу технологічної спадковості, які підвищують їх опір втомленості.

2. Прийнятий у роботі науковий підхід до технологічного забезпечення параметрів якості виготовлення лопаток компресора ГТД здійснено на основі уявлення про технологічний процес їх виготовлення, як про складну технологічну систему, для вивчення якої переважаючим є розчленування її на окремі частини - технологічні операції від отримання заготовки до фінішної обробки, яка зміцнює, і вивчення їх як окремо, так і у взаємозв'язку. Оцінювання найбільш раціональної структури технологічного процесу здійснювалося на основі їх експлуатаційних характеристик границі витривалості і тривалої міцності.

3. Розроблено математичну модель кромки пера лопатки і математичну модель процесу її механізованого формоутворення, а також теоретичні передпосилки, на основі яких запропоновано технологічні схеми обробки, що є основою для створення технологічного обладнання.

4. Експериментально визначено раціональну структуру технологічного процесу виготовлення лопаток компресора з титанового сплаву ВТ8, яка включає етапи їх формоутворення гарячим та холодним деформуванням, які виконуються послідовно, а також бар'єрні технологічні операції, які усувають негативний вплив технологічної спадковості, що в сукупності забезпечують короткочасну і тривалу міцність і границю витривалості відповідно до технічних умов на виготовлення вказаних деталей при розсіянні тривалої міцності від - 20,6 до +26,0% від середнього значення, а границі витривалості - до 38%.

5. Експериментально визначено основні параметри процесу, раціональні режими обробки і параметри якості механізованого формоутворення кромок пера лопатки еластичним абразивним інструментом і поверхневим зміцненням, низькотемпературним окисленням.

Встановлено, що при включенні в вихідну структуру технологічного процесу механізованого формоутворення кромок і зміцнення низькотемпературним окислення забезпечує підвищення короткочасної і тривалої міцності матеріалу відповідно на 5,9 і 32,5%, а границі витривалості лопаток до 450 МПа, тобто на 12,5% при розсіянні його значень до 26%.

6. Створено комплекс технічного і технологічного забезпечення для проектування та реалізації технологічного процесу виготовлення лопаток компресора ГТД з високим рівнем параметрів якості, який включає:

- нові технологічні процеси виготовлення лопаток компресора;

- технологічні рекомендації щодо механізованого формоутворення кромок пера лопаток;

- технологічні рекомендації щодо поверхневого зміцнення пера лопаток низькотемпературним окисленням;

- спеціалізоване технологічне оснащення і обладнання для скруглення кромок і зміцнення.

Впровадження результатів роботи забезпечило економічну ефективність - 98,6 тис.грн.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Долматов А.И., Маркович С.Е., Попов В.В. Условия возникновения текстурных неоднородностей и их влияние на усталостную прочность лопаток из титановых сплавов // Авіаційно-космічна техніка і технологія: Зб. наук. пр. - Харків: Нац. аерокосмічний ун-т “Харк. авіац. ін-т”; Миколаїв: Вид-во МФ НаУКМА, 2002.- Вип.31.- Двигуни та енергоустановки.-С.154-157.

2. Богуслаев А.В. Качан А.Я., Попов В.В. Влияние повреждений на выносливость рабочих лопаток компрессора ГТД при эксплуатации // Авіаційно-космічна техніка і технологія: Зб. наук. пр. - Харків: Нац. аерокосмічний ун-т “Харк. авіац. ін-т”; Миколаїв: Вид-во МФ НаУКМА, 2002. - Вип.34.- Двигуни та енергоустановки.- С.115-118.

3. Гончаренко А.Д., Маркович С.Е., Попов В.В., Яковлев В.Г. Текстура поверхности лопаток из титановых сплавов и их устойчивость к циклическим нагружениям // Вопросы проектирования и производства конструкций летательных аппаратов: Темат. сб. науч. тр.-Вып.21(4).-Харьков, 2000. - С.77-87.

4. Ткаченко В.В., Попов В.В., Матюхин В.А., Куципак В.И. Эффективность поверхностного упрочнения титановых сплавов // Вопросы проектирования и производства конструкций летательных аппаратов: Темат. сб. науч. тр. -Вып. 21(4). - Харьков, 2000. - С.111-124.

5. Багмет М.Н., Попов В.В. Определение характеристик трещиностойкости сплавов при циклическом нагружении // Труды Международной научно- технической конференции “Современные материалы, технологии, оборудование и инструмент в машино- и приборостроении”.-21-22 августа 2001г.- Киев-Киев: АТМ Украины.-2001.-72с. -С.3-4.

6. Маркович С.Е., Попов В.В. Влияние текстуры поверхности на усталостные характеристики изделий из титановых сплавов // Труды Международной научно- технической конференции “Современные материалы, технологии, оборудование и инструмент в машино- и приборостроении”.-21-22 августа 2001г.- Киев-Киев: АТМ Украины.-2001.-72с.- С.44-45.

7. Долматов А.И., Маркович С.Е., Попов В.В. Взаимосвязь характеристик кристаллографической и геометрической текстуры поверхности лопаток // Труды Международной научно-технической конференции “Современные материалы, технологии, оборудование и инструмент в машино- и приборостроении”. - 21-22 августа 2001г. - Киев-Киев: АТМ Украины. -2001. - 72с.- С.125-127.

АНОТАЦІЯ

Попов В.В. Технологічне забезпечення параметрів якості лопаток компресора ГТД в процесі їх виготовлення .- Рукопис .

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.07.04 - технологія виробництва літальних апаратів.

Національний аерокосмічний університет ім. М.Е. Жуковського “ХАЇ”, Міністерство освіти і науки України, Харків, 2003.

Дисертацію присвячено вирішенню актуальної науково-технічної задачі сучасного авіадвигунобудування, яка має важливе прикладне значення і пов'язана з підвищенням експлуатаційних властивостей лопаток компресора ГТД шляхом забезпечення їх параметрів якості у процесі виготовлення.

У роботі проведено аналіз впливу механічних ушкоджень лопаток компресора ГТД на їх руйнування у процесі експлуатації. Показано, що вхідні та вихідні кромки найбільш піддані механічним пошкодженням, які потім є осередками розвитку тріщин від утоми, які приводять до руйнування деталей і двигуна в цілому.

Встановлено, що несприятливий вплив технології виготовлення лопаток компресора на їх параметри якості виявляється в недостатньому рівні значень границь витривалості, тривалої міцності, механічних характеристик і в їх значній нестабільності.

Запропоновано формоутворення кромок пера лопаток компресора виконувати механізованим методом, а зміцнення, особливо робочих лопаток компресора високого тиску (КВТ), низькотемпературним окисленням.

Розроблено математичні моделі кромки пера лопатки і процеса її механізованого формоутворення, а також отримано аналітичні залежності, які зв'язують погрішність обробки з погрішностями формоутворюючих переміщень і зміною геометричних параметрів обробляємих поверхонь по висоті пера, що є основою для створення технологічного устаткування.

Представлено результати експериментальних досліджень впливу технологічної спадковості різних окремих технологічних операцій і в цілому усієї структури технологічного процесу виготовлення лопаток КВТ на їх експлуатаційні властивості.

Визначено несприятливий вплив технологічних операцій гарячого деформування і холодного вальцювання, встановлено необхідні бар'єрні операції, які виключають негативний вплив технологічної спадковості, а також визначено раціональну структуру технологічного процесу, який забезпечує границю витривалості матеріалу лопаток, що дорівнює _-1 = 400 МПа , і тривалу міцність - 350,188 год.

Експериментально визначено технологічні умови, параметри контактування обробляємої поверхні еластичного абразивного інструмента, а також сполучення режимів обробки, які забезпечують при механізованому округленні вхідних та вихідних кромок границю витривалості _-1 = 420 МПа.

Показано, що включення в технологічний процес виготовлення лопаток компресора з титанового сплаву ВТ8 низькотемпературного окислення підвищує їх границю витривалості до _-1 = 450 МПа і знижує його розсіяння до 26%, а тривалу міцність підвищує на 32,5%.

На базі наданих у роботі досліджень розроблено:

нові технологічні процеси виготовлення лопаток компресора з титанових сплавів, які підвищують продуктивність обробки і якість деталей;

технологічні рекомендації щодо механізованого формоутворення вхідних та вихідних кромок пера лопаток компресора та щодо їх зміцнення низькотемпературним окисленням.

Створено спеціальне технологічне обладнання для округлення вхідних та вихідних кромок пера лопаток компресора, а також технологічні засоби для реалізації розробленої технології у серійному виробництві авіадвигунів.

Основні результати роботи знайшли застосування при виготовленні лопаток компресора ГТД у ВАТ “Мотор Січ”, м. Запоріжжя, Україна.

Ключові слова: двигун, компресор, лопатка, технологічна спадковість, утомленість, титановий сплав, границя витривалості, тривала міцність.

АННОТАЦИЯ

Попов В.В. Технологическое обеспечение параметров качества лопаток компрессора ГТД в процессе их изготовления. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.07.04 - Технология производства летательных аппаратов.

Национальный аэрокосмический университет им. Н.Е. Жуковского "ХАИ", Министерство образования и науки Украины, Харьков, 2003.

Диссертация посвящена решению актуальной, имеющей важное прикладное значение, научно-технической задачи современного авиадвигателестроения, связанной с повышением эксплуатационных свойств лопаток компрессора ГТД, путем обеспечения их параметров качества в процессе изготовления.

В работе проведен анализ влияния механических повреждений лопаток компрессора ГТД на их разрушение в процессе эксплуатации. Показано, что входные и выходные кромки наиболее подвержены механическим повреждениям, которые затем являются очагами развития усталостных трещин, приводящих к разрушению деталей и двигателям в целом.

Установлено, что неблагоприятные влияние технологии изготовления лопаток компрессора на их параметры качества проявляются в недостаточном уровне значений пределов выносливости, длительной прочности, механических характеристик и в их значительной нестабильности.

Предложено формообразование кромок пера лопаток компрессора выполнять механизированным методом, а упрочнение, в особенности рабочих лопаток компрессора высокого давления (КВД), низкотемпературным окислением.

Разработаны математические модели кромки пера лопатки и процесса ее механизированного формообразования, а также получены аналитические зависимости, связывающие погрешность обработки с погрешностями формообразующих перемещений и изменением геометрических параметров обрабатываемых поверхностей по высоте пера, что явилось основой для создания технологического оборудования.

Представлены результаты экспериментальных исследований влияния технологической наследственности различных отдельных технологических операций и в целом всей структуры технологического процесса изготовления лопаток КВД на их эксплуатационные свойства.

Определено неблагоприятное влияние технологической наследственности операций горячего деформирования и холодного вальцевания. Установлены необходимые барьерные операции, исключающие отрицательное влияние технологической наследственности, а также определена рациональная структура технологического процесса, который обеспечивает предел выносливости материала лопаток, равный у_-1 = 400 МПа, и длительную прочность - 350,188 часов.

Экспериментально определены технологические условия, параметры контактирования обрабатываемой поверхности эластичного абразивного инструмента, а также сочетание режимов обработки, обеспечивающих при механизированном скруглении входных и выходных кромок предел выносливости у_-1 = 420 МПа..

Показано, что включение в технологический процесс изготовления лопаток компрессора из титанового сплава ВТ8 низкотемпературного окисления повышает их предел выносливости до у_-1 = 450 МПа и снижает его рассеивание до 26%, а длительную прочность повышает на 32,5%.

На базе представленных в работе исследований разработаны:

- новые технологические процессы изготовления лопаток компрессора из титановых сплавов, повышающие производительность обработки и качество деталей;

- технологические рекомендации по механизированному формообразованию входных и выходных кромок пера лопаток компрессора и по их упрочнению низкотемпературным окислением;

Создано специальное технологическое оборудование для скругления

входных и выходных кромок пера лопаток компрессора, а также технологические средства для реализации разработанной технологии в серийном производстве авиадвигателей.

Основные результаты работы нашли применение при изготовлении лопаток компрессора ГТД в ОАО "Мотор Сич" , г. Запорожье, Украина.

Ключевые слова: двигатель, компрессор, лопатка, технологическая наследственность, усталость, титановый сплав, предел выносливости, длительная прочность.

ABSTRACT

Popov V.V. Technological assurance of quality parameters of GTE compressor blades in the course of manufacture. - Manuscript.

Thesis for inception of advanced degree of candidate of technical science in speciality 05.07.04 - Technology of manufacture of aircraft.

National N.E. Zhukovsky aerospace university, KhAI, Ministry of Education and Science of Ukraine, Kharkov, 2003.

The thesis is dedicated to solving urgent scientific and technical task of the modern aeroengine manufacture that has important application importance and is connected with the improvement of performance properties of the GTE compressor blades by assuring their quality parameters in the course of manufacture.

The present paper analyses effect of mechanical damage of the GTE compressor blades to their failure in service. It is shown that blade leading and trailing edges most of all are subjected to mechanical damage that later becomes a site of fatigue cracks propagation causing failure of parts and engine as a whole.

It was found that adverse effects of production process of compressor blades manufacture on their quality parameters are manifested in insufficient level of fatigue limit, long-term strength, mechanical characteristics and their significant instability.

It was offered to form compressor blade edges by using mechanical method and to strengthen blades, the HPC rotor blades in particular, with the help of low-temperature oxidizing.

Mathematical models of blade airfoil edge and process of mechanical forming were developed as well as analytical dependencies connecting machining errors with those of forming travels and changes in geometrical parameters of surfaces to be machined along airfoil height were obtained. This information was used as basis for development of manufacturing equipment.

Results of experimental investigations of effect of processing heredity of various operations of processing and the whole structure of production process of manufacture of the HPC rotor blades on their service properties are presented.

Adverse effect of processing heredity of operations such as hot deformation and cold rolling was determined. Required barrier operations that exclude adverse effect of processing heredity were determined. In addition, rational structure of manufacturing process that ensures fatigue limit of blade material that equals to у_-1 = 400 MPa and long-term strength of 350,188 hours was determined.

The following data were found experimentally: processing conditions, parameters of contact between the surface to be processed and flexible abrasive tool and combination of processing conditions ensuring fatigue limit to у_-1 = 420 MPa in case of rounding-off of the blade edges by using mechanical method.

It is demonstrated that introduction of low-temperature oxidizing in the production process of manufacture of the compressor blades made of the BT8 titanium alloy improves their fatigue limit у_-1 = 450 MPa and reduces its dissipation up to 26% as well as improves the long-term strength by 32.5%.

The following was developed on the basis of investigations described in the paper:

New production processes of manufacture of the compressor blades made of the titanium alloys that improve productivity and quality of parts.

Technological recommendations on forming compressor blade leading and trailing edges by using mechanical method and their strengthening by low-temperature oxidizing.

Special manufacturing equipment was developed for rounding-off of the compressor blade leading and trailing edges as well as manufacturing means for implementation of the developed production processes in series production of the aeroengines were developed.

Basic results of investigations described in the paper found their application in manufacture of the GTE compressor blades at Motor Sich JSC, Zaporozhye, Ukraine.

Key words: aeroengine, compressor, blade, processing heredity, fatigue, titanium alloy, fatigue limit, long-term strength.

Размещено на Allbest.ru

...