Введение к работе
Актуальность работы. Наиболее ответственной и трудоемкой в изготовлении деталью ГТД является лопатки компрессора и турбины. Эти детали работают в условиях больших переменных нагрузок, газовой и абразивной эрозии, высоких температур. В настоящее время лопатки компрессора без упрочнения способами поверхностного пластического деформирования (ППД) не производятся: без упрочнения нет гарантии обеспечения заданного ресурса.
Сложная геометрическая форма пера и замка лопатки, ее малая жесткость, а также высокие требования к параметрам поверхностного слоя требуют соответствующих способов ППД. Этим требованиям отвечают струйные способы . отделочно-упрочняющей обработки. Струйные способы достаточно универсальны, позволяют обрабатывать ажурные детали имеющие сложные поверхности двойной кривизны.
Из многообразия струйных способов можно выделить способы обработки в среде жидкости (жидкостью служит водный раствор). По качеству обработки эти способы не уступают известным в серийном производстве, а по шероховатости обработанной поверхности превосходят их. Их отличительная особенность - экологическая чистота процесса, безопасность и безвредность для оператора, они обеспечивают высокую культуру производства. Оборудование универсально и позволяет производить как отделочную обработку абразивом, так и упрочнение шариками. С использованием стеклянных шариков способы струйной обработки в-среде жидкости особенно перспективны для упрочнения титановых лопаток компрессора Применение стеклянных шариков, по сравнению со стальной дробью, позволяет более гибко управлять режимами обработки ажурных лопаток компрессора без наплыва металла на тонких кромках рабочей части пера.
Лопатки компрессора высокого давления изд. НК для повышения износостойкости и ресурса двигателя в целом, его конкурентной способности подвергаются напылению нитридом титана (TiN). Поверхность лопатки для напыления покрытия должна иметь равномерную шероховатость Ra = 0,2 - 0,4 мкм, без рисок и наплывов метала на острых кромках. Эти требования можно обеспечить при упрочнении стеклянными шариками. Упрочнение титановых лопаток компрессора стальной дробью приводит к внедрению металлической пыли в поверхностной сдой лопатки, что в дальнейшем снижает ее эксплуатационные качества и затрудняет нанесение покрытия TiN.
Однако широкое применение этих способов сдерживает отсутствие производства стеклянных шариков (на стеклянные шарики для упрочнения до настоящего времени нет ГОСТа), их невысокая стойкость, а также недостаточная теоретическая и экспериментальная база исследований их технологических возможностей. Обработка в жидкости позволяет существенно увеличить стойкость стеклянных шариков.
Таким образом, в производстве лопаток компрессора возникла задача изучения и внедрения способов струйной обработки в среде жидкости стеклянными шариками. При переводе лопаток на эту технологию для каждой ступени требуется назначать режимы обработки, подбирать их экспериментально для всей номенклатуры лопаток не представляется возможным. Следовательно, необходимо создать математическую модель и методику расчета этих параметров режима обработки в зависимости от требуемых параметров поверхностного слоя лопатки. В этом отношении тема работы является актуальной и обусловлена потребностью производства.
Цель работы. Теоретическое и экспериментальное исследование технологических возможностей пневмогидроструйной обработки в среде жидкости абразивом и стеклянными шариками лопаток компрессора высокого давления из титановых и хромоншселевых сплавов. Внедреіше результатов исследований в производство для отделочно-упрочняющей обработки лопаток компрессора с целью повышения выносливости и подготовки поверхности пера лопаток под нанесение покрытия нитрида титана.
Задачи исследований
-
Создать опытно-экспериментальную установку для изучения процесса пневмогидроструйной обработки в среде жидкости, исследовать конструктивные и энергетические параметры струйного аппарата (эжектора), работающего в среде жидкости.
-
Исследовать теоретически и экспериментально основные закономерности процесса обработки по глубине и степени наклепа, съему металла, остаточным напряжениям, интенсивности наклепа, шероховатости поверхности и выносливости применительно к лопаткам компрессора высокого давления.
-
Разработать и внедрить в серийное производство (в случае положительных результатов исследований и усталостных испытаний) оборудование и технологию обработки лопаток компрессора абразивом и стеклянными шариками для отделочно-упрочняющей обработки и подготовки поверхности лопаток под нанесение покрытия нитрида титана.
Научная новизна >
-
Исследованы технологические возможности пневмогидроструйной обработки лопаток компрессора в среде жидкости абразивом и стеклянными шариками по глубине и степени наклепа, шероховатости поверхности и съему металла, остаточным напряжениям и интенсивности наклепа.
-
Получена математическая модель процесса, на базе которой создана методика расчета параметров поверхностного слоя при отделочно-упрочняющей обработке. Проведен теоретический анализ процесса обработки. Создана методика расчета конструктивных параметров эжектора и кинематических параметров обработки поверхностей пера лопатки для обеспечения равномерности обработки.
-
Созданы и внедрены в'производство оборудование и технологический процесс пневмогидроструйной обработки в среде жидкости абразивом и стеклян-
нымп шариками.
Практическая ценность. Создана методика, которая позволяет выбрать необходимые параметры и режимы пневмопшроструйной обработки для получения нужных параметров поверхностного слоя обрабатываемой детали (глубина, интенсивность и степень наклепа, остаточные напряжения, съем металла и шероховатость поверхности). Методика позволяет проектировать технологические процессы и оборудование для пневмогидроструйной отделочно-упрочняющей обработки лопаток компрессора в среде жидкости.
Реализация работы. Результаты работы внедрены в серийное производство на ОАО "Казанское моторостроительное производственное объединение". Создан специалшированный участок по отделочно-упрочняющей обработке лопаток компрессора высокого давления год. НК-16СТ и НК-38СТ с целью упрочнения и подготовки поверхности лопаток для нанесения покрытия нитрида титана.»
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на II Республиканской научной конференции молодых ученых и специалистов. Казань: КГТУ (КАИ), 1996; XXIII Всероссийской молодежной научной конференции «Гагаринские чтения». Москва: МАТИ, 1997; Российской научно-технической конференции «Новые материалы и технологии». Москва: МАТИ, 1997; Всероссийской междисциплинарной научной конференции «II Вавиловские чтения». Йошкар-Ола: МГТУ, 1997; XXIV Всероссийской молодежной научной конференции «Гагарішские чтения». Москва: МАТИ, 1998; Научно-технической конференции «Актуальные проблемы авиастроения: VIII Всероссийские Туполев-ские чтения». Казань: КГТУ (КАИ), 1998; Международной молодежной научной конференции «XXV Гагарішские чтения». Москва: МАТИ, 1999; Всероссийской научной конференшга «Тепловые двигатели в XXI веке». Казань: КГТУ (КАИ), 1999; Всероссийской междисциплинарной научной конференции Ш Вавиловские чтешія. Йошкар-Ола: МГТУ, 1999; Международном научно-техническом семинаре "Новые технолопш - 96". Академия наук Республіс-сн Татарстан 1996; III Республиканской научно-технической конференции молсдых ученых и специалистов. Казань, КГТУ(КАИ) 1997; расширенных научных семинарах кафедры технологии производства двигателей КГТУ (КАИ).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 работ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов по работе и списка использозанной литературы из 96 источников. Объем работы - 150 страниц, 92 рисунка и 14 таблиц.
