Введение к работе
Актуальность темы. Развитие технологии машиностроения характеризуется совершенствованием технологических методов и приемов преобразования исходного материала детали в состояние, соответствующее условиям эксплуатации изделий.
В данной работе рассматриваются вопросы, связанные с решением проблемы по определению условий обработки с целью достижения качественных показателей поверхностного слоя детали с обеспечением требуемых эксплуатационных свойств, а именно, износостойкости и усталостной прочности, и, как следствие, повышения надежности и долговечности на примере лопаток ротора и статора 1-8 ступеней и 9-11 ступеней компрессора высокого давления из материала ВТ6 и ЭИ787 соответственно при проведении капитального ремонта двигателей ГТД из серии Д-30КУ/КП.
Выбор указанной проблемы связан с тем что, несмотря на значительный период изготовления двигателей, отсутствует методика оптимального выбора метода ремонта при получении требуемой шероховатости поверхности и обеспечении износостойкости и усталостной прочности лопаток статора и ротора компрессора высокого давления с учетом их себестоимости. Это обязательно приведет к необоснованно большим экономическим потерям.
Несмотря на большой опыт практического применения методов поверхностного пластического деформирования для упрочнения деталей, исследования в области поверхностного пластического деформирования до сих пор не сложилось научно-обоснованных методик оценки эффективности упрочнения, выбора оптимального метода и режима обработки. Существующие расчетные зависимости по определению параметров поверхностного пластического деформирования базируются на разных методологических принципах и моделях, что препятствует комплексному подходу к анализу явлений, протекающих в поверхностном слое при поверхностном пластическом деформировании.
Степень разработанности темы
Большие заслуги в области повышения сопротивления усталости деталей принадлежат таким ученым как И. В. Кудрявцев, А. П. Бабичев, Л. Г. Одинцов, В. В. Петросов, Э. В. Рыжов, А. Г. Суслов, В. М. Смелянский, Д. Д. Папшев,
А. В. Киричек и др. Интерес в области повышения выносливости материалов представляют работы А. М. Сулимы, М. И. Евстигнеева, С. В. Серенсена. Эти работы посвящены изучению остаточных напряжений в поверхностном слое.
В некоторых работах приведены теоретические и экспериментальные исследования влияния технологических факторов на упрочнение поверхностного слоя.
Исследования в этом направлении обусловлены необходимостью изучения связей между характеристиками качества поверхностей и параметрами обработки, а также эксплуатационными свойствами деталей. Кроме того, необходима разработка обоснованных методик оценки технологических возможностей и производительности дробеструйного метода обработки, а также математических зависимостей, позволяющих рассчитывать параметры обработки с помощью ЭВМ.
Цель работы
Исследование качества поверхностного слоя при дробеструйной обработке при выполнении ремонта деталей ГТД, выявление общих закономерностей формирования поверхностного слоя при дробеструйном упрочнении.
Для того, чтобы достичь поставленные в работе цели, необходимо решить следующие задачи:
-
Анализ процесса формирования поверхностного слоя при дробеструйном упрочнении.
-
Установление расчетных зависимостей шероховатости поверхности, глубины и степени наклепа поверхностного слоя от технологических условий обработки при дробеструйном упрочнении.
-
Проведение экспериментальных исследований влияния различных условий обработки на качество поверхностного слоя.
-
Сопоставление результатов расчета и экспериментов.
-
Разработка практических рекомендаций по обеспечению качества поверхностного слоя деталей при дробеструйном упрочнении при ремонте деталей ГТД.
Научная новизна
-
Установление расчетных зависимостей шероховатости поверхности, глубины и степени наклепа поверхностного слоя от технологических условий обработки при дробеструйном упрочнении
-
Разработка алгоритма назначения режимов обработки при дробеструйном упрочнении, условием оптимизации которой является качество поверхностного слоя (шероховатость поверхности, и свойства поверхностного слоя). Приводится взаимосвязь технологических параметров с параметрами поверхностного слоя.
Теоретическая и практическая ценность работы
-
Результатом исследования является обоснование выбора технологии ремонта деталей газотурбинных двигателей с применением дробеструйного упрочнения.
-
Установленные расчетные зависимости шероховатости поверхности, глубины и степени наклепа поверхностного слоя от технологических условий обработки при дробеструйном упрочнении могут использоваться при ремонте деталей газотурбинных двигателей.
-
Разработанная методика и алгоритм назначения режимов при дробеструйной обработке позволяет выбирать оптимальные условия упрочнения с учетом заданных показателей качества ремонтируемой детали.
Методологическая основа работы - системный подход к описанию и изучению взаимосвязи технологических факторов с параметрами состояния поверхностного слоя, т.е. определение внутренних закономерностей процесса формирования поверхностного слоя с параметрами его состояния.
Теоретические исследования основаны на основных положениях технологии машиностроения и представления о формировании эксплуатационных свойств деталей машин и качества поверхностного слоя.
Экспериментальные исследования основываются на современных статистических математических методах, методах обработки экспериментальных данных на базе математического анализа.
При выполнении работы были использованы прогрессивные методы оценки процессов механической обработки, параметров качества поверхностного слоя деталей и показателей, характеризующие сопротивление усталости лопаток.
В данной работе представлены конструктивная особенность лопаток авиационных двигателей и повышение надежности лопаток при использовании методов поверхностной пластической деформации, описана существующая технология ремонта лопаток и дано представление о применении дробеструйного упрочнения при восстановительном ремонте деталей газотурбинных двигателей после эксплуатации.
Положения, выносимые на защиту
-
Математическая модель зависимости шероховатости поверхности, от технологических условий обработки при дробеструйном упрочнении.
-
Математическая модель зависимости глубины и степени наклепа поверхностного слоя от технологических условий обработки при дробеструйном упрочнении.
-
Методика и алгоритм назначения режимов обработки при дробеструйном упрочнении, условием оптимизации которой является качество поверхностного слоя (шероховатость поверхности, и свойства поверхностного слоя).
Апробация работы
Основные положения настоящей работы доложены и обсуждены на XV международной научно-технической конференции «Фундаментальные проблемы техники и технологии – Технология – 2012», Орёл, 2012; Международной научно – технической конференции «Механика ударно – волновых процессов в технологических системах», Ростов – на – Дону, 2012; IV международной научно-технической конференции «Наукоемкие технологии в машиностроении и авиадвигателестроении- 2012», Рыбинск, 2012.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 работ в различных журналах и сборниках научных трудов, в том числе 3 – в изданиях, рекомендованных ВАК.
Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, общих выводов по работе, списка использованных источников. Объем работы – 129 страниц машинописного текста, включающего 70 рисунков, 24 таблицы, 79 формул, список использованных источников из 71 наименования.
