Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Состояние вопроса в области управления качеством изготовления лопаток турбины гтд литьем с направленной кристаллизацией .
1.1. Современное состояние уровня качества изготовления лопаток турбины...8
1.2 Конструкция, технические условия, материалы и основные этапы технологии изготовления рабочих лопаток турбины 15
1.3. Прецизионное литье с направленной кристаллизацией 22
1.4. Роль стандартизации и статистических методов в управлении качеством лопаток турбины 31
Цель и задачи исследования 38
ГЛАВА 2. Методические основы управления качеством лопаток турбины ГТД
2.1. Математическое моделирование процесса направленной кристаллизации 40
2.2. Обеспечение высококачественных отливок лопаток ГТД в процессе их производства 54
2.3. Модель управления качеством изготовления лопаток 64
2.4. Статистические методы управления качеством изготовлении лопаток
турбины 66
ГЛАВА 3. Конструкторско-технологические методы обеспечения качества лопаток турбины
3.1. Расчет температурных полей и тепловых потоков при плавке 78
3.2. Технологический процесс механической обработки лопаток из литых заготовок 83
3.3 Исследование процесса окончательной обработки профиля пера лопаток турбины 85
3.4. Повышение качества литья лопаток за счет модернизации оборудования.94
Выводы 106
ГЛАВА 4. Статистические методы управления качеством изготовления лопаток турбины
4.1. Статистический анализ изготовления лопаток турбины 108
4.2. Регулирование технологического процесса производства лопаток турбины с помощью контрольных карт 123
4.3. Управление качеством изготовления лопаток турбины на основе стандартов 132
4.4. Практическая апробация и внедрение результатов работы. Расчет экономического эффекта 138
Выводы 141
Заключение 143
Список литературы
- Конструкция, технические условия, материалы и основные этапы технологии изготовления рабочих лопаток турбины
- Обеспечение высококачественных отливок лопаток ГТД в процессе их производства
- Исследование процесса окончательной обработки профиля пера лопаток турбины
- Регулирование технологического процесса производства лопаток турбины с помощью контрольных карт
Введение к работе
В настоящее время газотурбинные двигатели (ГТД) получили огромное
распространение в авиационных силовых установках и широко внедряются в
^ другие отрасли техники: ГТД, отработавшие свой летный ресурс, находят при-
менение для привода газоперекачивающих агрегатов, электрогенераторов, газоструйных установок, снегоочистителей.
Общеизвестно, что одной из важнейших проблем создания надежно рабо
тающих ГТД является повышение ресурса работы лопаток турбины. Перспек
тивным направлением повышения их прочности и надежности является изго
товление рабочих лопаток турбины газотурбинных двигателей литьем с на-
w правленной кристаллизацией лопаток.
Однако в производстве таких лопаток до настоящего времени имеются определенные трудности, которые приводят часто к значительным несоответствиям (50%, а то и более), основными видами которых являются: засор, шлак, спай, королек, смещение стержня, трещины, несоответствие макроструктуры, струи, геометрия тонкой стенки, незалив и др. Основные виды дефектов, возникающих при производстве лопаток, носят качественный характер и часто трудно поддаются определению. Процесс производства очень сложен, и поэтому невозможно определить точную причину возникновения брака в реальной ситуации. В подобной ситуации необходимо внедрять статистические методы, которые дают возможность проследить весь технологический процесс (ТП) производства лопаток и держать под постоянным контролем самые ответственные этапы ТП. Поэтому повышение качества изготовления рабочих лопаток ГТД является актуальной проблемой.
В современных условиях важнейшим компонентом при изготовлении ло-
# паток турбины ГТД и основным фактором конкурентоспособности выпускае-
мой продукции становятся системы менеджмента качества, разрабатываемые в соответствии с требованиями МС ИСО серии 9001:2000 [5, 35-39].
Сущность управления качеством в производстве заключается в обес-печении условий, при которых в любой момент времени на любом этапе про-
ф изводственного процесса можно получить информацию о качестве из-
готавливаемой продукции, и в случае обнаружения несоответствий установить, на каком этапе они возникли, и принять меры по их ликвидации. Поэтому реальная промышленная реализация системы менеджмента качества возможна
^, только на основе развитой информационной инфраструктуры производст-
венного процесса, эффективным инструментом получения и анализа которой являются статистические методы.
Отдельными вопросами статистических методов постоянно занимаются учёные, инженеры и экономисты. Однако систематизированного изложения этих важных вопросов в оценке качества изготовлении лопаток турбины ГТД пока нет. Объясняется это сложностью и многообразием причин, влияющих на
* показатели качества, большим количеством несвязанных параметров изготов-
лении лопаток турбины ГТД, принципиальными трудностями прямого наблюдения ряда показателей, отсутствием у производственников ясного понимания эффективности статистических методов, а также большим разрывом между наукой и методах обработки данных и практикой их использования. Для коренного повышения качества лопаток турбины ГТД необходимо развёртывать работы по разработке, стандартизации, распространению и внедрению статистических методов исследования - статистический анализ, статистическое регулирование и контроль технологических процессов.
Цель работы - повышение качества изготовления лопаток турбины ГТД за счёт совершенствования конструкторско-технологических решений и использования статистических методов управления.
В работе определён, сформулирован и решён комплекс задач, направленных на достижение поставленной цели. Теоретическую основу разработанных решений составили основные принципы всеобщего управления каче-
щ> ством (TQM), основы которой заложены в работах Э. Деминга, ДЖ. Джурана,
Ф. Кросби, К. Исикавы, А. Фейгенбаума и др. зарубежных учёных [101-115]. В работах отечественных учёных В.Н. Азарова, В.Я. Белобрагина, Б.В. Бойцова, В.В. Бойцова, В.А. Васильева, В.Г. Версана, А.В. Гличева, О.А. Горленко, И.П.
ft'
Данилова, А.Н. Колмогорова, М.Г. Круглова, Б.С. Мигачева, В.В. Окрепилова,
6
ф Т.Ф. Сейфи, Г.П. Шлыкова и др. получили дальнейшее развитие принципы
TQM, идеология системного и практического подходов к качеству.
Содержание настоящей работы обобщает результаты исследований и раз
работок, выполненных автором за период с 1997 по 2003 г.г. по повышению ка-
^ чества за счёт совершенствования конструкторско-технологических методов и
внедрения статистических методов управления качеством изготовления лопаток турбины ГТД.
Наиболее существенный вклад в разработку процесса литья лопаток из
новых сплавов, созданию высокопроизводительного оборудования и оснастки,
изучению влияния технологического процесса на эксплуатационные свойства
лопаток турбины ГТД внесли русские ученые Бабич Б.Н., Герасимов В.В.,
*' Кишкин С.Г., Кузнецов Н.Д., Логунов А.Ф., Ляшко Н.Ф., Поваров ЮА., Сели-
ванов А.С., Сизов В.В., Цейтлин В.И., Шитарев И.Л. и др. Работа состоит из четырех глав и приложений.
Первая глава содержит результаты анализа состояния решения проблем
#
в области управления качеством изготовления лопаток турбины ГТД методом
направленной кристаллизации. В главе проведена общая характеристика требований к качеству лопаток турбины ГТД: конструкция, технические условия, материалы, показатели качества, описаны основные этапы маршрутной технологии изготовления лопаток турбины ГТД, прецизионное литье с направленной кристаллизацией, роль стандартизации и статистических методов в управлении качеством лопаток турбины ГТД. По результатам анализа сформулированы цель и задачи исследования.
Вторая глава посвящена методическим основам управления качеством лопаток турбины ГТД. Изложены модель управления качеством изготовления лопаток турбины ГТД в системе «печь - опока - форма - металл - стопор», ма-
Щ) тематическое моделирование процесса направленной кристаллизации жаро-
прочных сплавов, алгоритм внедрения статистических методов управления качеством изготовления лопаток турбины ГТД .
Третья глава содержит конструкторско-технологические методы обес-
^ печения качества лопаток турбины ГТД. В главе представлены расчет темпера-
турных полей и тепловых потоков при плавке; технологический процесс механической обработки лопаток из литых заготовок; оборудование, применяемое для литья и его совершенствование; исследование процесса окончательной обработки профиля пера лопаток турбины ГТД.
Четвертая глава посвящена статистическим методам управления качеством изготовления лопаток турбины ГТД. В главе представлены статистический анализ изготовления лопаток, управление качеством изготовления лопаток турбины ГТД на основе стандартов, статистическое регулирование изготовления отливок с помощью контрольных карт.
В заключительной части главы приведены результаты опытной апробации и внедрения разработанных методов, методик и алгоритмов на предприятии ОАО «Моторостроитель», сформулированы основные выводы по работе.
В приложении приведены акты внедрения:
Результаты работы докладывались автором
на научно-практической конференции по проблемам развития производства лопаток ГТД, Самара 2000г.;
на научно-техническом совете ОАО «Моторостроитель» 2001г., г. Самара;
на Всесоюзной научно-практической конференции «Управление качеством и сертификация» март 2002 г., г. Москва;
на расширенном научно-техническом совете кафедры производства летательных аппаратов и управления качеством в машиностроении Самарского государственного аэрокосмического университета имени академика СП. Королева, г. Самара.
Содержание диссертационной работы отражено в научных трудах, в т.ч. пяти стандартах предприятия и шести статьях, опубликованных в центральных научно-технических изданиях.
Результаты исследований нашли практическое применение на ряде предприятий отрасли, в т.ч. на ОАО «Моторостроитель», ОАО «Самарский научно-технический комплекс им. Н.Д. Кузнецова». Общий экономический эффект от
внедрения статистических методов только для ОАО «Моторостроитель» составляет 108 тыс. руб.
На защиту автором выносятся:
Модель управления качеством изготовления лопаток турбины ГТД.
Математическая модель процесса направленной кристаллизации.
Результаты моделирования температурных полей и тепловых потоков при плавке.
Технологический процесс механической обработки лопаток из литых заготовок.
Методика применения статистического регулирования для изготовления отливок лопаток направленной кристаллизацией с помощью совмещенных контрольных карт.
Конструкция, технические условия, материалы и основные этапы технологии изготовления рабочих лопаток турбины
Современные ГТД имеют до семи ступеней турбины с общим числом ло паток на моторокомплект более 500. Поэтому производство лопаток турбины, также как и лопаток компрессора, является массовым производством.
Лопатки турбины подразделяются на лопатки ротора или рабочие (вращающиеся) лопатки и лопатки статора (неподвижные), которые могут быть направляющими, спрямляющими и сопловыми. Длина лопаток турбины изменяется от 40 до 400 мм.
Рабочие лопатки турбины устанавливаются в соответствующих пазах щ, диска турбины, который размещается на валу двигателя. Лопатки статора преобразуют кинетическую энергию сжатого и нагрето го газового потока в механическую энергию вращения ротора. Лопатки статора турбины изменяют направление течения газового потока. Самыми высокона груженными элементами ГТД являются лопатки I ступени ротора турбины, ко торые воспринимают газовый поток продуктов горения топлива с температурой 1300 К и более, в зависимости от поколения ГТД. Профильная часть лопатки (перо) кроме растяжения от больших центробежных сил и изгиба и кручения от высокотемпературного газового потока находится под действием переменных ч напряжений от вибрационных нагрузок и тепловых напряжений из-за большого градиента температур в различных сечениях лопатки. В замке лопатки, уста новленном в пазу диска турбины, кроме циклических растягивающих напряжений возникают значительные контактные напряжения, проводящие к фреттинг-износу и разрушению контактных поверхностей. По образному выражению Генерального конструктора академика Н.Д. Кузнецова диск турбины с рабочими лопатками является солнечным сплетением ГТД.
Основными конструктивными элементами рабочих лопаток являются: перо лопатки, замковая часть и бандажные полки. Перо лопатки имеет сложную геометрию, которая рассчитывается в соответствии с теорией газовых турбин. Такой профиль спинки, корыта и сечения пера задают координатами отдельных точек, сопрягаемых между собой плавными переходами. Перо рабочих лопаток турбины имеет переменное сечение по длине и закрутку до 60. Перо сопловых лопаток имеет постоянное или переменное сечение с углом закрутки до 10.
Рабочие лопатки турбины могут быть охлаждаемые и неохлаждаемые (монолитные). В свою очередь, охлаждаемые лопатки подразделяют на многоканальные, дефлекторные, перфорированные и с пористой оболочкой (рис 1.2). Лопатки первых ступеней охлаждаемые. В настоящее время наиболее распространены бездефлекторные с перфорацией и без нее.
В порядке возрастания эффективности охлаждения турбинные лопатки можно расположить в следующей последовательности- лопатки с тремя каналами и петлевой системой движения воздуха, лопатки с радиальными отверстиями, литые лопатки со вставным дефлектором и лопатки с пористой оболочкой. Большинство лопаток имеет перфорационные отверстия диаметром 0,3...0,6 мм с числом до 100 и более, которые располагаются ближе к входной кромке в два или в три ряда и реже — по спинке и корыту. Сопловые лопатки обычно охлаждаемые с дефлектором и перфорацией пера лопатки.
Для защиты поверхности пера рабочих и сопловых лопаток турбины от высокотемпературной газовой коррозии используются разнообразные теплозащитные покрытия.
Замковая часть рабочей лопатки турбины выполняется в виде замка елочного типа, который обеспечивает точное и надежное соединение лопатки с диском турбины.
Замки сопловых лопаток геометрически более простые, их полки прямоугольного или косоугольного контура с цапфой или без нее. Полки замков обычно с развитыми элементами для крепления в наружном и внутреннем кольцах соплового аппарата. Беззамковые лопатки в настоящее время встречаются редко.
В современных ГТД бандажные полки лопаток отличаются значительным разнообразием. Они позволяют повысить показатели экономичности изделия, прочностные характеристики лопатки, улучшить условия защиты от вибраций и оптимизировать градиент температуры в сечении. При сборке диска турбины сложный профиль верхней бандажной полки рабочей лопатки турбины обеспечивает замкнутый контур бандажного обода со специальными уплотнительны-ми элементами (гребешками), которые уменьшают перетекание газа в турбине через лабиринтное уплотнение.
Сопряжения между пером и замковой частью, а также между пером и бандажными полками обеспечивают поверхности второго порядка с регламентируемыми радиусами кривизны. Так, эти радиусы скруглення должны быть в пределах (3...5) мм, а в турболизаторах, расположенных в полости, не менее 0,5 мм. Основные поверхности лопатки - корыто, спинка, входная и выходная кромки выполняются с высокой точностью. Допустимое смещение профиля относительно номинального положения (конструкторских поверхностей) не должно превышать 0,2 мм.
Обеспечение высококачественных отливок лопаток ГТД в процессе их производства
Обеспечение высококачественных отливок лопаток турбины ГТД в процессе производства возможно на основе системного подхода и использования статистических методов к решению проблемы совершенствования технологии плавки и очистки расплавов от включений вредных примесей, особенностей построения литниково-питающих систем. При этом для обеспечения необходимых эксплуатационных свойств определяющими являются изучение вопросов, связанных закономерностями формирования структуры в процессе изготовления литых лопаток ГТД.
В данном разделе рассматриваются технологические особенности получения высококачественных отливок изготовлении лопаток турбины ГТД по выплавляемым моделям.
Литье по выплавляемым моделям применяется для получения сложных по конфигурации тонкостенных (до 0,3 мм) отливок с размерами повышенной точности (±0,125 мм на длине 25 мм) и высоким классом чистоты, требующих сложной и трудоемкой механической обработки, а также получения изделий из труднообрабатываемых сплавов. Этот способ применяют, как правило, для получения турбинных лопаток ГТД. Особенностью этого способа литья, является одноразовое использование моделей и керамической формы, а также отсутствие разъемов в форме. Это исключает образование переходов и заливов. При этом стоимость отливок значительно выше, чем при литье в другие формы.
В промышленности применяют следующие разновидности способов получения точных отливок: по выплавляемым моделям, когда выплавляют модель из легкоплавких компонентов (парафин, стеарин, церезин и др.); по выжигаемым моделям, когда модель из пеностирола выжигается заливным металлом; по растворяемым моделям, когда разовая модель растворяется специальным составом.
В авиационной промышленности применяют метод литья по выплавляемым моделям с направленной кристаллизацией. При этом в отливке образуется 2-4 кристалла, направленных вдоль лопатки. Столбчатая структура позволяет повысить жаропрочность, пластичность, термостойкость и выносливость лопаток по сравнению с равноосной структурой (см. разд. 1.3).
В технологическом процессе изготовления отливок рабочих охлаждаемых лопаток ГТД с направленной кристаллизацией можно выделить следующие основные этапы: 1. Изготовление керамического стержня. 2. Изготовление модели лопатки. 3. Сборка моделей лопаток в блоки (секции). 4. Приготовление огнеупорной суспензии, окраска и сушка секций лопаток. 5. Удаление модельной массы из оболочек. 6. Прокалка оболочек. 7. Плавка металла, заливка оболочек и кристаллизация отливок. 8. Разрезка секций. 9. Удаление керамических стержней. 10. Контроль отливок лопаток. Для изготовления выплавляемых моделей лопаток ГТД применяются пресс-формы, которые должны отвечать следующим требованиям: обеспечивать получение моделей с заданной точностью и чистотой поверхности; иметь минимальное число разъемов; иметь устройства для удаления воздуха из рабочих полостей; быть технологичными в изготовлении, долговечными и удобными в работе.
Для формирования внутренней полосы пустотелых изготовлении лопаток турбины ГТД используются керамические стержни.
Изготовление керамических стержней. Стержни для отливок охлаждаемых лопаток изготавливают из электрокорунда разных марок (5, 12, 1410, 1420 и др.) с небольшой добавкой пластификатора ППЭ-10 (5 %) и алюминиевого порошка АСД4-(5 %). В состав стержневой массы могут входить парафин, полиэтилен, двуокись титана и другие компоненты. Для получения стержней сложной конфигурации с низкой шероховатостью необходимо использовать тонкие микропорошки электрокорунда М2, М7 М10 и специальные короба. Затем материалы после дозировки загружаются в смесительные барабаны, а для получения однородной стержневой массы подогреваются до 60-70 С. Формование стержней осуществляется в специальной прессформе с давлением 10...14-103 Па на гидравлическом прессе. Заготовки стержней укладываются в керамические короба, засыпаются глинозёмом и поступают на обжиг. Обжиг стержней производится в газовых проходных печах с Ттах=1400...1450С по специальному температурно-скоростному режиму, который обеспечивает требуемое качество стержней.
После прокалки стержни зачищают, проверяют внешним осмотром для выявления раковин, трещин, сколов и утяжин. Изготовленные стержни проходят 100% контроль геометрических параметров профиля и прочности. Отклонение профиля не должно превышать 0,1 мм, а прочность образцов-свидетелей 16...22 МПа.
Очищенные от глинозема стержни пропитывают в растворе лака КО-815 с выдержкой до прекращения выделения пузырей воздуха и сушат при температуре 80... 100 С не менее 3 часов.
Изготовленный керамический стержень устанавливается в модельную пресс-форму базовыми поверхностями, на которые в последующем наносятся огнеупорные суспензии оболочковой формы. По этим базовым поверхностям происходит фиксация керамического стержня в объеме рабочей полости модельной пресс-формы и в оболочковой форме после удаления модельной массы, проколки формы и закалки ее жидким жаропрочным сплавом. Технология изготовления керамического стержня выбирается исходя из требований, предъявляемых к геометрической точности толщины стенок, из сложности конструк Ш, ции внутренней полости и технологического процесса литья лопаток. В по следнее время широкое применение нашел способ изготовления керамических стержней методом твердофазного спекания.
Исследование процесса окончательной обработки профиля пера лопаток турбины
Как отмечалось ранее, применение литья заготовок с направленной кристаллизацией позволяет получить высокую геометрическую точность профиля, низкую шероховатость поверхности, высокие физико-механические и теплофи-зические свойства, и малые припуски на дальнейшую механическую обработку. Статистический анализ распределения припусков у лопаток 1 ступени с направленной кристаллизацией показал, что среднее значение припуска по профилю составило 0,15 мм, при этом лопатки с припуском менее 0,2 мм составляли 85% от общего количества. Изучение состояния поверхности профиля пера лопаток показало, что на поверхности спинки и корыта имеются дефекты в виде раковин глубиной 0,1-0,15 мм и при общей шероховатости поверхности Ra=2,5 5,0 мкм. Для стабилизации параметров шероховатости и снятия окис-ной пленки после питья проводилась пескоструйная обработка для чего использовались зёрна электрокорунда нормального 14 А и 12 А зернистостью 63 и 80. После очистки количество и глубина раковин существенно уменьшилась, стабилизировалась шероховатость поверхности Ra=2,5 мкм. Получение профиля пера лопаток с минимальным припуском снизило трудоемкость механической обработки за счет ликвидации ручной подгонки профиля. Для обеспечения требуемой шероховатости поверхности лопаток применялось виброконтактное полирование на станках ЛВП-4. При виброконтактном полировании инструментом является абразивная шкурка на бумажной или тканевой основах, которая помещается между заготовкой и резиновыми ложементами, имеющими форму профиля спинки и корыта лопатки. Подробно процесс виброконтактного полирования описан в работах.
Для определения оптимальных наладок станка ЛВП-4 при обработке лопаток сложной формы с большим углом закрутки разработана номограмма. При виброконтактном полировании а качестве смазочно-охлаждающего технологи
ческого средства использовалась безабразивная паста на основе модельной массы ВИАМ-1-2 с добавкой 1% олеиновой кислоты, которую наносили на рабочую поверхность лент перед обработкой. За основной критерий работоспособности лент принимали следующие показатели: производительность Q в мм3/мин или в мм/мин и период стойкости Т в секундах. Период стойкости лент равнялся времени заполнения межзёренного пространства отходами шлифования (стружкой и обломками зерен), т.е Т = 60 Vn / Q, где Vn объем порового пространства абразивной шкурки, мм3; Q в мм/мин.
Производительность процесса при виброконтактном полировании определялась на образцах линейным и весовым способами. При линейном способе образец-лопатка устанавливалась в специальном приспособлении на оптико-механических приборах ПОМКЛ-4 и ПОМКЛ-14 Изменение объема определяли в установленных конструкторской документацией сечениях до, и после обработки. При этом сравнивалась работоспособность шкурок, изготовленных из корунда, полученного само распространяющимся высокотемпературным синтезом (СВСКР)[5] и 14А..
Исследованиями установлено, что шкурки из зерен СВС КР обладают более высокой производительностью. Это связано с тем, что зерна СВС КР имеют режущую способность выше на 15 20%. Обработка экспериментальных данных показала, что период стойкости абразивных лент для зерен СВС КР можно рассчитать по следующей зависимости: Т= J h (3.7) где Ьз, Вз - геометрические размеры заготовки, Ед- модуль упругости сжатия ленты; р, V - соотвественно давление и скорость, ф -угол структуры ленты.
Расчеты по формуле (3.7) сравнивались с экспериментальными данными полученными при обработке лопаток турбины на станке ЛВП-4 Установлено, что расхождения расчетных и экспериментальных значений не превосходят 10... 15%, а скорость заполнения межзернового пространства для лент из зерен СВС КР больше, поэтому их период стойкости меньше. Это объясняется тем,
что новые ленты обладают более высокой режущей способностью. Кроме этого, большое влияние на стойкость лент оказывает температура полирования. Значительная площадь кон контакта инструмента с заготовкой, отсутствие охлаждения ведет к тому, что образовавшееся тепло распределяется только между шкуркой и заготовкой. Исследование показывает, что повышение средне-контактной температуры до 450-500С приводит к полной потере устойчивости зерен, т.к. нагретая стружка забивала межзерновое пространство и размягчала клеевую основу, а в ряде случаев наблюдалось возгорание бумажной основы при отводе ложементов от лопатки, поэтому температура в зоне обработки не должна превышать 350-400С.
Измерения показывают, что размер дефектов литья на поверхности лопаток достигал глубины пд = 0,05...0,15 мм, поэтому снять такой припуск за 1 проход невозможно. На практике вводят цикловой принцип обработки, а время цикла зависит от максимально допустимой стойкости абразивной ленты. Установлено, что для лопаток первой ступени турбины минимальное время цикла получено при использовании лент зернистостью 6 и составило Тц = 8 с, а для обработки одной лопатки израсходовано 2,0 м лент. В то же время при обработке одной лопатки лентами из зёрен СВС КР было израсходовано только 1,3 м, т.к. количество циклов уменьшилось в 1,5.1,8 раза.
Важным является проблема оценки влияния процесса виброконтактного полирования на основные параметры качества поверхности (шероховатость, остаточные напряжения, микротвердость и др.).
Оценка шероховатости поверхности производилась по профилограммам, записанным на профилографе-профилометре модели 296. Замеры проводились на лопатках по профилю пера до и после обработки.
Виброконтактное полирование лентами из СВС КР на полуавтоматических станках ЛВП-4 позволяет уменьшить шероховатость до Ra = 0,14...0,16 мкм по всему профилю поверхности. В результате обработки экспериментальных данных получены эмпирические зависимости для расчета среднего арифметического отклонения профиля поверхности при виброконтактном полировании лентами из зерен СВС КР Ra = 0,12 020 031 0081.
Исследования геометрической точности профиля пера лопатки показало, что на отдельных участках, с большим углом закрутки профиля, припуск снимается не полностью, поэтому с увеличением времени обработки возможно отклонение геометрических размеров профиля более чем на 0,1 мм. Это связано с тем, что в процессе обработки за счет возвратно-поступательного и качательно-го движения давление ложементов в этих местах изменялось в широких пределах. Для выравнивания давления по профилю лопатки предложено ложементы изготавливать с переменной жесткостью [10]. Указанная цель достигается тем, что на поверхности ложементов наносят пазы шириной 1 мм и глубиной 1,5 мм с определенным шагом. Исследования показали, что после виброконтактного полирования ложементами с переменной жесткостью отклонения от геометрической точности профиля пера составила не более 0,05 мм, т.е. в пределах допуска ±0,1 мм.
На основании проведенных исследований разработана математическая модель процесса виброконтактного полирования, в которой основными техническими ограничениями являются: режущая способность ленты, выраженная через (Q), конструкция рабочего слоя ленты - ( р) и объем порового пространства ленты (П), температура процесса (8), шероховатость поверхности (Ra) и минимальный цикл обработки (Тц).
Регулирование технологического процесса производства лопаток турбины с помощью контрольных карт
Все вышеописанные статистические методы (диаграмма Парето, контрольные листки, гистограммы) дают возможность зафиксировать состояние процесса производства лопаток турбины в определённой момент времени. В отличии от них статистические методы регулирования позволяют отслеживать состояние процесса во времени и воздействовать на процесс до того, как он выйдет из под контроля.
Основная задача статистического регулирования ТП состоит в том, чтобы на основании результатов выборочного контроля малого объёма принимать решения «ТП налажен» или «ТП разлажен». Как известно, разладки ТП происходят в случайные моменты времени, и эти события подчиняются определённым статистическим закономерностям. При решении задач статистического регулирования ТП наиболее часто применяемым распределением является нормальное распределение, определяющееся двумя параметрами: математическим ожиданием и дисперсией.
Внедрению статистических методов регулирования должен предшествовать статистический анализ состояния ТП (основные моменты изложены в разделе 4.1.). При этом решаются следующие задачи: определяется положение эмпирической функции распределения от носительно поля допуска на контролируемый показатель качества; определяется вероятная доля брака для исследуемой технологиче ской операции; . вычисляются показатели точности и стабильности ТП; проверяется согласие опытного распределения с теоретическим; устанавливается, каким фактором определяется разладка процесса. Технологический процесс является статистически управляемым лишь при условии, что его показатели точности и стабильности не превышают установленные нормативные значения.
Статистическое регулирование ТП удобно осуществлять с помощью контрольных карт, на которых отмечают значения определённой статистики, полученной по результатам выборочного контроля Такими статистиками являются: среднее арифметическое, медиана, среднее квадратичное отклонение, размах, доля дефектных единиц продукции, число дефектов. На контрольной карте отмечают границы регулирования, ограничивающие область допустимых значений статистики. При этом она является наглядным графическим средством, отражающим состояние ТП. Выход точки за границу регулирования служит сигналом о разладке ТП. Контрольная карта позволяет не только обнаружить разладку процесса, но и помогает выявить причины возникновения разладки. Кроме того, контрольная карта служит документом, который может быть использован для принятия обоснованных решений по улучшению качества продукции. На основании анализа результатов контрольной карты может быть принято, например, решение о пересмотре допуска на контролируемый параметр, либо это может послужить достаточным основанием для замены или модернизации оборудования.
Основные задачи, которые должны решать контрольные карты, следующие: - дать информацию о том, находится ли процесс под статистическим контролем; - чётко показать отклонения и сигнализировать о систематических дефектах; - обеспечить мероприятия по улучшению процесса.
Если точки, наносимые на контрольную карту, не выходят за границы регулирования, ТП считают протекающим стабильно. Если точки на карте выходят за контрольные границы, то считается, что с ТП возникли какие-то систематические погрешности, которые должны быть выявлены и устранены.
Рассмотрим возможность статистического регулирования изготовления лопаток турбины ГТД по параметру толщины стенок, т.к. этот параметр является наиболее ответственным (см. раздел 4.1).
Собранные данные измерений толщин стенок лопаток для отдельных сечений разделим на 10 групп, и расположим соответственно в таблицахч$А А-$. Для каждой группы рассчитаем среднее значение Хер и размах R по формулам: п /? — У — У п л max л min где п - число измеренных значений в группе; Хп - измеренные значения; Хтах, Хт;п - максимальное и минимальное значения в группе соответственно. Находят средние значения Хсрср и Rep для каждой группы. Контрольные границы устанавливаются отдельно для Хер - карты, R - карты и рассчитываются по формулам: для Хер - карты - ВКГ - Хсрср + A2Rcp; - НКГ = Хсрср - A2Rcp; для R - карты - ВКГ = D4Rcp; - HKr = D3Rcp. Значения А2, D3, D4 для данного случая приведены в таблице 4.6.
