Введение к работе
Актуальность работы. Повышение производительности и качества обработки и повышение стойкости инструмента являются современными проблемами, стоящими перед предприятиями отрасли авиационного двигателестроения. Операции протягивания замковых поверхностей дисков турбин являются узким местом при производстве деталей газотурбинных двигателей (ГТД) из-за весьма низкой стойкости быстрорежущих протяжек, недостаточной производительности (низкие скорости резания 0,5–4 м/мин), неудовлетворительного и нестабильного качества протянутой поверхности, особенно при освоении производства деталей из новых труднообрабатываемых материалов. Одним из путей повышения эффективности протягивания является разработка, исследование и внедрение скоростного протягивания твердосплавными протяжками.
В процессе механической обработки деталей ГТД помимо изменения формы и размеров заготовки, на финишных операциях, в т.ч. протягивания, происходит формирование особых свойств поверхностного слоя, его макро и микроструктуры, что непосредственным образом влияет на усталостную прочность, долговечность деталей и, в конечном счёте, на надёжность и ресурс работы ГТД. Поэтому установление закономерностей влияния увеличения скорости резания и применения твердосплавных протяжек на изменение параметров качества поверхностного слоя и усталостной прочности пазов дисков турбин является актуальной задачей.
Цель диссертационной работы. Технологическое обеспечение качества поверхностного слоя и усталостной прочности пазов дисков турбин при скоростном протягивании твердосплавными протяжками на основе экспериментально-теоретического изучения влияния технологических условий протягивания на качество поверхностного слоя пазов дисков турбин.
Направление исследований обусловлено целью работы и состоит в:
- разработке математических моделей и алгоритмов расчета влияния технологических условий протягивания на основные параметры качества поверхностного слоя пазов дисков турбин;
- проведении экспериментальных исследований и установлении экспериментально закономерности влияния технологических условий протягивания на основные параметры качества поверхностного слоя пазов дисков турбин;
- проведении сравнительного экспериментального исследования влияния технологических условий протягивания на усталостную прочность пазов;
- разработке методики и технических рекомендаций для ускоренного назначения оптимальных технологических параметров протягивания пазов дисков турбин, обеспечивающих требуемые параметры качества.
Методы исследований. При выполнении работы использовались основные положения теории резания, технологии машиностроения, теплофизики, сопротивления материалов, материаловедения, теории упругости и пластичности, численно-аналитические методы математического моделирования и анализа. Экспериментальные исследования проводились в лабораторных и производственных условиях при обработке образцов и конкретных деталей ГТД на скоростных протяжных станках и установках с использованием современной контрольно-измерительной аппаратуры по стандартным и разработанным автором методикам. Математические расчеты осуществлялись на современных ПК с использованием прикладных и специально разработанных программ.
Достоверность и обоснованность результатов исследований подтверждены сходимостью результатов математического моделирования, лабораторных экспериментов и производственных испытаний.
На защиту выносятся:
1 Результаты математического моделирования влияния технологических условий протягивания на параметры качества пазов дисков турбин.
2 Установленные экспериментально закономерности влияния технологических условий протягивания на параметры качества пазов дисков турбин.
3 Результаты сравнительных испытаний на усталостную прочность пазов дисков турбин, протянутых при разных технологических условиях.
Научная новизна:
1 Выявлены физические механизмы формирования параметров качества поверхностного слоя пазов дисков турбин при протягивании твердосплавными протяжками в широком диапазоне скоростей резания 0,5–60 м/мин, заключающиеся:
- в изменении интенсивности фрикционного и адгезионного взаимодействия инструментального и обрабатываемого материала при изменении температуры в зоне резания;
- в последовательном приращении глубины наклепа от механического воздействия радиуса округления режущей кромки при резании каждым последующим зубом протяжки.
2 Разработана математическая модель и проведен расчет основных параметров качества поверхностного слоя пазов дисков турбин в зависимости от технологических условий протягивания.
3 Установлено, что усталостная прочность пазов дисков турбин обеспечивается при скоростном протягивании твердосплавными протяжками при амплитуде 90 МПа в сечении по 1-й впадине паза на базе 5107 циклов.
Практическая ценность результатов работы заключается в:
- разработке методики и технических рекомендаций для определения оптимальных технологических условий протягивания пазов дисков турбин твердосплавными протяжками на повышенных скоростях резания;
- использовании разработанного пакета прикладных программ для расчета параметров качества поверхностного слоя пазов дисков турбин при различных технологических условиях протягивания на основе полученных математических моделей.
Реализация результатов. Проведены производственные испытания предложенного способа скоростного протягивания пазов дисков турбин из жаропрочных деформируемых сплавов ХН77ТЮР, ХН73МБТЮ, ХН62ВМКТЮ многосекционными протяжками из ВК8 в ОАО «Пермский моторный завод» на модернизированном горизонтально-протяжном станке модели 7А540 в диапазоне скоростей до 26 м/мин. Подтверждено обеспечение требуемых параметров качества поверхностного слоя и усталостной прочности пазов дисков турбин, увеличение производительности в 3 раза, увеличение стойкости протяжек в 10 раз. В виде технических рекомендаций данный способ рекомендован к внедрению в серийную технологию протягивания пазов дисков турбин на новом горизонтально-протяжном станке модели RAWX 25х8500х320 фирмы «Hoffmann» (Германия) с диапазоном скоростей 1–25 м/мин.
Апробация работы. Основные положения диссертации доложены и обсуждены на международной науч.-техн. конф. «Оптимизация и управление процессом резания, механотронные станочные системы» (Уфа, 2004г.), международном симпозиуме «Надежность и качество» (Пенза, 2005г.), всероссийской науч.-техн. конф. «Теплофизика технологических процессов» (Рыбинск, 2005г.), 8-й международной науч.-тех. конф. «Машиностроение и техносфера ХХI века» (Донецк, 2006г.), международной науч.-техн. конф. «The 9-th CIRP International Workshop on Modeling of Machining Operations» (Bled, Slovenia, 2006), международной науч.-техн. конф. «The 10-th CIRP International Workshop on Modeling of Machining Operations» (Reggio Calabria, Italy, 2007).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 работ, в том числе 1 – в центральном журнале, рекомендованном ВАК РФ.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, заключения, списка использованных источников из 134 наименований и двух приложений. Объем диссертации – 118 страниц машинописного текста, включающего 44 рисунка, 10 таблиц, 47 формул.
