книги / Технология автоматизированного производства лопаток газотурбинных двигателей

Рис. 3.3. Эскизы заготовок компрессорных лопаток с различным расположением технологических баз:

а - с одной технологической бобышкой; б - с двумя технологическими бобышками, одна из которых находится на боковой части хвостовика; в - с двумя технологическими бобышками в виде цапф, расположенных на торцах пера и хвостовика

припуска по перу со стороны спинки или корыта, который в зависимости от дальнейшей технологии должен быть не менее некоторого установ­ ленного значения, определяемого расчетным путем при составлении тех­ нологии. Обычно при горячей штамповке это > 1,5...2 мм на сторону, изотермической 0,2...0,4 мм.

Кроме того, контролируют: состояние штамповочных поверхностей заготовки по установленному контрольному образцу, отвечающему тех­ ническим требованиям; проверяется марка материала (обычно для этих целей используют стилоскоп), а также наличие припуска на полках. По окончании входного контроля заготовку маркируют, нанося на нее номер детали и номер плавки.

3.2.2. Изготовление технологических баз для последующей механической обработки от шести базовых точек на заготовке

Сутью операции является переход от штамповочных баз (баз на за­ готовке), т.е. точек 1...6, на базы (поверхности), сформированные меха­ ническим образом, а именно: центровые отверстия на торцах хвостови-

Рис. 3.4. Схема образования новых технологических баз для механической обработки от баз заготовки:

а - расположение баз заготовки; б - базы, сформированные при механической обработке

ка - базы Г, 2' и 3', 4\ исключающие возможность перемещения детали вдоль осей У и 2, а также вращение вокруг них; торец хвостовика - база 5', не допускающая перемещения заготовки по оси Х\ фаска на техноло­ гической бобышке - база 6', исключающая вращение детали вокруг оси X. Схема смены баз от штамповки к полуфабрикату детали приведена на рис. 3.4.

Здесь заготовка лопатки устанавливается в приспособление на точки 1...6, сформированные при штамповке, и механически обрабатывается. При обработке выдерживаются размеры Ф ...© . Получение требуемых размеров является условием стабильности получения новых технологи­ ческих баз Г ...6'.

Наиболее важна при выполнении данной технологической операции установка лопатки в приспособление (кассету) для изготовления техно­ логических баз. От этого зависит равномерное распределение припусков на заготовке со стороны спинки и корыта лопатки, что в дальнейшем ока­ зывает определяющее влияние на точность изготовления заготовки.

В настоящее время существуют следующие способы распределения припуска на пере лопаток.

1. Штамповки с припуском по перу 0,5... 1,5 мм на приборе ПОМКЛ-4 в зависимости от фактического припуска разбиваются на

группы (приблизительно через 0,5 мм). Затем каждая группа устанавли­ вается в свою кассету, установочные элементы которой настроены на среднее значение припуска в данной группе, и в этой кассете обрабаты­ ваются базовые поверхности [7,17].

2.Припуск между спинкой и корытом равномерно распределяется по всем сечениям пера с помощью специальных устройств. Они содержат измерительную систему в виде прибора ПОМКЛ-4, в котором осуществ­ ляется ориентация лопатки, т.е. распределение припуска. Прибор модер­ низирован: в нем имеются три пневматических нажимных устройства, позволяющие накернить базовые поверхности лопатки (торцы замка со стороны входной и выходной кромок), а также торец бобышки для вы­ давливания в них конических отверстий диаметром 0,8... 1 мм, которые в дальнейшем используются при заливке лопатки в кассету и последующей обработке [17,20].

3.При обработке лопаток с малыми припусками по перу (< 0,5 мм) лопатки устанавливают в кассету, базовые элементы которой выставлены на среднее (расчетное) значение припуска. В такой кассете лопатка уста­ навливается по перу на точки 1...3, упирается в точку 4 на бандажной полке, фиксируется от разворота с упором в базовый торец 5 и бобышку

6.В этом положении деталь закрепляется в кассете. Затем последняя ус­ танавливается в агрегатный станок, позволяющий последовательно фре­ зеровать торец замка лопаток и бобышку, проводить зацентровку торцов замка лопатки и зенковать фаску на бобышке [20,21].

Все три перехода на станке выполняются поочередно, при этом од­ новременно могут обрабатываться три лопатки. Если агрегатные станки отсутствуют, то данный этап обработки может быть осуществлен за не­ сколько операций в одной и той же кассете. При этом деталь из кассеты не должна выниматься.

Рекомендуемые режимы резания: при фрезеровании - торцовая фре­ за из сплава ВК8, скорость резания \ р = 120 м/мин, продольная подача £прод =100 мм/мин, глубина резания 2 мм; при сверлении и зенкеровании - центровочное сверло и зенкер из быстрорежущей стали Р9К5, ско­ рость резания \ р= 30.. .60 м/мин, *ВР = 50 мм/мин.

Все перечисленные способы выполнения операции изготовления лопаток компрессора очень трудоемки, так как содержат технологиче­ ские переходы, связанные с распределением припуска на лопатках в из­ мерительных приборах ПОМКЛ-4, которые достаточно архаичны и не обеспечивают требуемой точности.

Рис. 3.5. Схема приспособления для изготовления технологических баз:

а - общий вид; б - вид сверху

Кроме того, последующие операции с выполнением самих базовых элементов либо осуществляются поочередно, что требует многократной переустановки кассеты в различные приспособления, либо деталь обра­ батывается на агрегатных станках, для которых всегда существует про­ блема обеспечения соосности шпинделей, выполняющих центровые от­ верстия со стороны торцов хвостовика лопатки.

В НПО "Сатурн" разработана новая технология изготовления базо­ вых поверхностей лопаток компрессора, исключающая эти недостатки. Ее суть заключается в том, что зацентровка лопаток осуществляется на многоцелевом обрабатывающем центре, оснащенном измерительной го­ ловкой фирмы Zeiss. В зависимости от типоразмеров лопаток в качестве таких механообрабатывающих центров могут использоваться станки моделей C500U/ C600U/ C800U фирмы Hermle (Германия).

Для реализации новой технологии разработано специальное приспо­ собление (рис. 3.5) [14].

Устройство для закрепления лопатки ГТД содержит корпус 7, уста­ новочные элементы 2...4 для ориентирования оси 5 лопатки 6, устано­ вочные элементы 7...9 для ориентирования криволинейной поверхности лопатки 6 относительно ее оси 5. Все эти элементы расположены в кор­ пусе 7. Установочные элементы 2...4, 7...9 имеют возможность осевого перемещения.

Устройство содержит зажимные элементы 10... 12, соответствующие установочным элементам 7...9. Оно снабжено крышкой 13 и скалками 14. Крышка 13 находится внутри корпуса 1 и замкнута относительно него с помощью винта 15 и пружин 16. В крышке 13 неподвижно расположены зажимные элементы 10...12 и скалки 14. Последние проходят через кор­ пус 7, подпружинены относительно него пружинами 77 и имеют возмож­ ность осевого перемещения. Каждый из установочных элементов 2...4, 7...9 может фиксироваться винтами.

Способ закрепления лопаток в данном устройстве сводится к сле­ дующему.

На столе 18 многоцелевого станка, имеющего несколько одновре­ менно управляемых координат, размещают устройство для закрепления лопатки. Лопатку б устанавливают в устройство на шесть установочных элементов, а именно: установочные элементы 3, 4 с упором в бобышку и торец замка лопатки 6 со стороны входной (выходной) кромки (направ­ ляющая база); установочный элемент 2 с упором в торец подошвы замка (опорная база); установочные элементы 7...9 со стороны спинки (или корыта) лопатки 6 (установочная база).

Положение всех шести установочных элементов первоначально на­ страивают по эталону, перемещая их с помощью винтов до тех пор, пока ось эталона (положение 7) не совпадет с осью 19 инструмента (шпинделя станка). В дальнейшем положение упоров 2...4 и 7...Р неизменно.

В установленном положении лопатку б закрепляют посредством за­ жимных элементов 10... 12. Закрепление осуществляют винтом 15, пере­ мещающим на скалках 14 крышку 13, замкнутую со сферическим кону­ сом винта 15 пружинами 76. В процессе закрепления ось 5 лопатки 6 за­ нимает положение 77, отличное от положения 7 оси эталона. Положение 77 не совпадает с осью 19 инструмента и требует корректировки.

В закрепленном положении измеряют отклонение положения 77 оси 5 лопатки б от положения 7 оси эталона. Операцию осуществляют в соот­ ветствии с измерительной программой, предусматривающей: установку в шпиндель станка измерительной головки (из дна) 20; подход ее к каждой скалке 14, выходящей за пределы корпуса 7; ощупывание торца скалки

14, противоположный конец которой прижат к поверхности лопатки 6 пружиной 17.

В результате этого измеряют расстояния между осью II и торцами каждой из скалок 14, установленной в том или ином месте, т.е. размеры х3и х4. Их сравнивают с расстояниями между эталонным положением оси I и торцами скалок лп и х2. Затем определяют отклонения оси в месте ус­ тановки каждой из скалок.

После измерений и выявления отклонений оси 5 очередной закреп­ ляемой лопатки 6 от эталонного положения система управления станка перемещает инструмент (шпиндель станка) по осями X, У, I и А, а также поворачивает стол 18 станка с размещенным на нем устройством вокруг оси С. Взаимное перемещение осуществляют до тех пор, пока ось 5 за­ крепленной лопатки б не совпадет с осью 19 инструмента.

Далее выполняется механическая обработка поверхностей лопаток, например зацентровка технологических базовых поверхностей, фрезеро­ вание замка и т.д.

Предложенный способ позволяет значительно упростить и сокра­ тить цикл обработки деталей, так как припуск на обработку распределя­ ется в этом случае на самом станке. При этом ориентирование детали достигается перемещением шпинделя и приспособления относительно друг друга, а не в результате ориентирования детали в приспособлении.

Данный способ закрепления позволяет в устройстве для этого толь­ ко один раз (при настройке) смонтировать установочные элементы и в дальнейшем оставить их неподвижными. Благодаря этому повышается жесткость приспособления, а также надежность закрепления в нем обра­ батываемой детали.

3.2.3. Обеспечение равномерности припуска со стороны спинки, корыта и прикомлевых участков лопатки

Данная операция применяется в тех случаях, когда профиль лопатки подвергают электрохимической обработке (ЭХО). При этом необходимо обеспечить равномерный зазор между профилями пера лопатки и элек­ тродами, установленными как со спинки пера, так и со спинки корыта (рис. 3.6).

Следует стабилизировать значение снимаемого припуска в радиусах перехода к замку лопатки. Этот припуск, как правило, значительно боль­ ше припуска по профилю пера.

Кроме того, существует определенная его неравномерность в рас­ пределении с разных сторон профиля пера, что обусловлено особенно-

Рис. 3.6. Схема базирования лопатки при обработке радиусов А] и /?2 перехода со стороны спинки и корыта

стями штамповки выпуклых и вогнутых поверхностей. Для этого осуще­ ствляются обязательные операции фрезерования радиусов перехода от пера к замку.

Лопатка устанавливается в центры приспособления (базы 1,2 к 3,4), упирается в торец замка со стороны входной кромки, что определяет по­ ложение лопатки вдоль оси X (база 5), и фиксирует деталь от поворота относительно этой оси с помощью базы б, выполненной на бобышке пе­ ра. Установленная таким образом в приспособление лопатка обрабатыва­ ется на вертикально-фрезерном станке с ЧПУ, позволяющем вести обра­ ботку в трех одновременно управляемых координатах.

Радиус сопряжения фрезеруется концевым инструментом, имеющим режущую часть в виде конуса, который сопряжен с радиусом концевой части фрезы, соответствующим радиусу перехода на детали.

Режимы фрезерования: скорость резания ур = 30 м/мин; подача по

осям X и У З'прод/поп = 500 мм/мин, подача на	врезание по оси Z
5вр = 20 мм/мин; режущий инструмент - концевая	фреза из твердого

сплава марки ВК6-ОМ.

Для выполнения данной операции, а также операций, связанных с механической обработкой профиля пера лопатки, в НПО "Сатурн" разра­ ботаны конструкции специальных приспособлений, позволяющих при

Рис. 3.7. Приспособление для установки и закрепления детали по трем отверстиям

любом виде обработки однозначно определять положение лопатки (рис. 3.7) [12].

Устройство для установки и закрепления детали 1 по трем базовым отверстиям содержит установочные центры 2 и 3, расположенные на од­ ной оси Ус возможностью перемещения вдоль нее, и замыкающий центр

4, находящийся на оси X, перпендикулярной к оси У. Установочные цен­ тры 2 и 3 размещены по обеим сторонам от оси X. Устройство снабжено делительным диском 5, выполненным в виде цапфы и установленным соосно с замыкающим центром 4.

В центре делительного диска 5 предусмотрен паз б для установки детали 1. В нем расположена регулирующая проставка 7, на которой вы­ полнена базовая поверхность 8, параллельная оси X. Расстояние а от ба­ зовой поверхности 8 до оси X равно расстоянию между осью детали 1 и ее базовым торцом. Установочные центры 2 и 3 размещены в стенках центрального паза б.

Центры 3 и 4 замкнуты вдоль своих осей с помощью винтов 9 и 10 крепления детали (в качестве механизмов крепления детали взамен вин­ тов могут быть использованы другие механизмы, например гидроцилин­ дры). Центр 2 подпружинен в осевом направлении пружиной 11.

Все элементы устройства расположены на основании 12. На торце делительного диска 5 выполнены диаметрально противоположные отвер­ стия 13 и 14, а в основании 12 перпендикулярно к торцу делительного диска 5 установлен фиксатор 16, поджатый пружиной 15.

Приспособление работает следующим образом. Деталь 1, имеющая

вкачестве баз три центровых отверстия и торец на замке, положение ко­ торого относительно оси детали 1 определено размером а, устанавлива­ ется в центры приспособления таким образом, чтобы центры 2 и 3 вошли

всоответствующие им центровые отверстия детали.

Затем центр 3 перемещают с помощью винта 9 вдоль оси У до тех пор, пока торец замка детали 1 не прижмется к поверхности 8 проставки 7, установленной на стенке паза б диска 5, в котором расположен центр 2. При этом расстояние а между поверхностью 8 проставки 7 и осью X совпадает с расстоянием между торцом замка детали 1 (лопатки) и ее осью, совпадающей с осью центрового отверстия детали.

Затем в центровое отверстие детали 1 вводится до упора с помощью винта 10 замыкающий центр 4. В этом положении деталь винтами 9 и 10 закрепляется. При такой установке детали центры 2 и 3 лишают ее четы­ рех степеней свободы: поступательных перемещений в направлениях X и I, а также вращений вокруг осей X и 2. Поверхность 8 проставки 7 не позволяет детали 1 свободно перемещаться вдоль оси У, центр 4 - вра­ щаться вокруг оси У, т.е. положение детали 1 в данном приспособлении определено однозначно.

При установке следующей детали, которая имеет значительные от­ личия по глубине зацентровки базовых отверстий по сравнению с преды­ дущей, ее положение будет аналогично. Это обусловлено тем, что одно-