книги / Технология автоматизированного производства лопаток газотурбинных двигателей

Рис. 3.63. Схема формирования обработанной поверхности по традиционной (в) и косоугольной (б) схемам

высоты и снижению параметра Яа. Результаты экспериментов по влия­ нию угла разворота оси круга а на параметр обработанной поверхности Яа приведены на рис. 3.60 и 3.61. Эксперименты показали снижение ше­ роховатости поверхности по параметру Яа в 1,25-1,5 раза, что позволяет рекомендовать данную схему для чистовой обработки.

Исследования остаточных напряжений первого рода, формирую­ щихся в поверхностных слоях металла при ленточном шлифовании, сви­ детельствуют, что с обеих сторон проточной части формируются напряжения сжатия величиной до Оост= -100 ... -80 МПа (рис. 3.64).

Оост, МПа

Рис. 3.64. Распределение остаточных напряжений первого рода Омт по глубине к поверхностного слоя при Р = 55 Н; Лс = 1 мм; \ а=6 м/мин; \„= 2,5 м/с; лента ЗМ Тгиас! 953 ЕАА16

Поскольку обрабатываемые поверхности проточной части крупно­ габаритных лопаток криволинейные, возникают проблемы, связанные с неравномерным съемом металла в местах искривлений обрабатываемых поверхностей малого радиуса. Изменение кривизны в плоскости враще­ ния ролика приводит к неравномерному съему металла из-за изменения площади контакта инструмента и заготовки. Изменение кривизны в на­ правлении скорости подачи также приводит к неравномерности съема металла по следующим причинам.

Так, в результате использования для расчета движений станка ли­ нейной интерполяции и инерционности узла прижимного ролика при обработке криволинейной поверхности возникает непостоянство силы прижатия, обусловливающее неравномерный съем материала и появле­ ние погрешности обработки. Данная проблема может быть устранена рациональным выбором опорных точек траектории.

Существующие в настоящее время программные САМ-системы не позволяют разрабатывать управляющие программы для многокоординат­ ных ленточно-шлифовальных станков с ЧПУ. Поэтому, когда программа обработки составляется "вручную", рациональность выбора числа опор­ ных точек и их расположения зависит только от квалификации операто­ ра. Рекомендацией здесь является более плотная простановка опорных точек в местах значительных искривлений поверхности проточной части

внаправлении движения прижимного ролика.

3.7.ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ОТДЕЛОЧНОЙ

ОБРАБОТКИ

3.7.1.Размерное полирование лопаток компрессора

Проточную часть лопатки, полученную последовательно методами фрезерования и шлифования, тщательно полируют. Дополнительная от­ делочная обработка обусловлена необходимостью:

-получения требуемой шероховатости;

-ликвидации следов от строк, образованных на предыдущих опера­ циях при движении фрезы или ленты;

-уменьшения толщины деформированного слоя, оставшегося от предыдущей обработки;

-формирования нового поверхностного слоя с меньшей глубиной наклепа.

ность полировать проточную часть лопаток свободной ветвью шлифо­ вальной ленты. С одной стороны, это полностью исключает влияние на процесс полирования биения прижимной шайбы, а с другой - не позволя­ ет прижать деталь к инструменту с большой силой. Поэтому первую по­ лировальную бабку (мод. 7722) применяют для предварительного (грубо­ го) полирования, а вторую (мод. 72711) для окончательного, финишного.

При ленточном шлифовании главное условие успешного полирова­ ния лопатки, особенно из титановых сплавов, - отсутствие прижогов. Для достижения этого необходимо:

1)сознательно, даже в ущерб производительности, ограничить ско­ рость резания, установив ее в диапазоне 18...22 м/с;

2)при обработке не пользоваться изношенной (засаленной) лентой. Более того, при выборе инструмента надо отдавать предпочтение инст­ рументу, на котором абразив наносится структурированным образом.

Примером таких лент являются ленты ЗМ Тпгас1, УБМ, ЫоПоп и др. Их особенность состоит в очень жестком отсеве зерен, при котором в группе одной зернистости отличие одного размера зерна от другого из­ меряется в микрометрах. Технология изготовления таких шлифовальных лент содержит следующую очередность операций:

-раскручивание ткани из рулона;

-нанесение связующего вещества основы;

-электростатическую обсыпку;

-предварительную сушку;

-нанесение связки покрытия;

-окончательную сушку;

-свертывание в рулон.

Принципиальными операциями являются: структурирование - об­ сыпка зерном в электростатическом поле; упорядоченное нанесение на ткань связующего вещества основы. Электростатическое поле позволяет "выстреливать" зерно снизу вверх, при этом оно становится вертикаль­ ным по своей продольной оси. Благодаря этому абразивные зерна приоб­ ретают лучшие прочностные и режущие свойства. Избирательное нане­ сение связующего вещества основы дает возможность получать прерыви­ стую режущую поверхность ленты. Это существенно снижает теплонапряженность процесса полирования, исключает прижоги на обрабаты­ ваемой поверхности. Наличие прерывистой режущей поверхности на ин­ струменте превращает стационарный источник тепловыделений при шлифовании в нестационарный, т.е. ограничивает время его действия, что значительно снижает максимальные температуры резания на поверх­ ности детали. Пример такой ленты представлен на рис. 3.67.

Многочисленные исследования качества поверхностного слоя лопа­ ток, обработанных этими лентами, позволяют утверждать, что глубина измененного поверхностного слоя составляет 20...35 мкм; в поверхност­ ном слое формируются небольшие напряжения сжатия: величиной по­ рядка 20.. .40 МПа (рис. 3.68).

После размерного полирования лопатка компрессора проходит 100 %-ное травление на отсутствие прижогов. В случае их отсутствия деталь подвергается следующей стадии полирования.

3.7.2.Технологические операции безразмерного полирования

лопаток

Лопатки компрессора, прошедшие доводку по геометрическим раз­ мерам в процессе размерного (ручного) полирования, подвергаются кон­ тролю геометрических размеров. После этого осуществляются отрезка технической прибыли, травление на отсутствие прижогов и безразмерное полирование лопаток (вибрационную обработку).

Этот метод позволяет на поверхности детали создать равномерную шероховатость и требуемую степень упрочнения поверхностного слоя. Их параметры могут иметь широкие пределы, что определяется возмож­ ностью варьирования режимами вибраций, направлением и длительно­ стью их выполнения.

Для виброабразивной обработки создано большое количество раз­ нообразных по конструкции вибраторов. Физическая сущность процес­ сов, реализуемых в этих вибраторах, одинакова. Она заключается в том, что сообщаемые деталям и абразиву колебания заставляют их переме­ щаться друг относительно друга с разными скоростями.

Это обусловлено тем, что детали и абразивные гранулы имеют раз­ личные массы. Вследствие их разной инерционности возникает проскаль­ зывание гранул относительно детали, а поскольку материал гранул зна­ чительно тверже материала детали, на последней возникают микроцара­ пины, формирующие поверхностный слой детали. Меняя частоту коле­ баний, как правило от 20 до 50 Гц, и амплитуду от 1,0 до 10 мм, можно добиться существенного отличия скоростей взаимного перемещения де­ тали и абразивных гранул. При этом правильно подобранные масса гра­ нул и зернистость абразива, из которого она состоит, определяют интен­ сивность процесса съема металла или упрочнение поверхностного слоя.

Несмотря на одинаковую сущность процесса виброабразивной об­ работки, реализуемой в той или иной виброустановке, результаты поли-

Рис. 3.69. Схема радиального вибратора роторного типа

рования на них существенно отличаются друг от друга. Здесь важно, что­ бы создаваемые вибрации не только вызывали относительные перемеще­ ния детали и абразивных гранул друг относительно друга, но и придавали бы их общей массе направленное движение, т.е. образовывали бы общий поток. Для осуществления этого при обработке лопатки компрессора длиной до 200 мм наиболее целесообразно применять радиальные вибра­ торы торового типа (рис. 3.69).

Вибратор состоит из основания /, внутри которого размещены при­ воды колебательных движений; абразивной камеры 2 торового типа; амортизаторов колебаний в виде пружин сжатия 3\ крышки 4 с резино­ вым шумоглушащим покрытием и механизма 5 открытия и закрытия ка­ меры.

Работает вибратор следующим образом. Детали засыпают произ­ вольно в резервуар рабочей камеры, заполненной абразивными телами (гранулами). Объем камеры заполняют в соотношении 30 и 70 %, причем 30 % - это объем, занятый деталями, 70 % - абразивными гранулами. В камеру заливают также промывочную жидкость на водной основе, имеющую два состава, %: 1) триэтаноламин 5, жидкое стекло 1, вода - остальное; 2) утропин 0,3, нитрат натрия 0,3, вода - остальное.

В зависимости от обрабатываемого материала применяют гранулы соответствующей марки, чаще всего электрокорунд белый или карбид кремния зеленый. Затем включают мощный вибрационный привод, со­ общающий камере направленные колебания, позволяющие перемещать детали и абразив по окружности торового пространства в одном направ­ лении.

Одновременно детали поворачиваются вокруг своей наибольшей оси (оси проточной части). Аналогичные движения приобретают и гра­ нулы, но с существенно другими скоростями, что обусловливает осуще­ ствление процесса полирования. При завершении полирования запуска­ ется режим выгрузки деталей, т.е. изменяется режим колебаний (измене­ ние их направления), и полируемые детали "всплывают". Образующиеся в ходе полирования мелкие частицы абразива, а также стружка постоянно удаляются благодаря циркуляции рабочей жидкости через рабочую массу деталей и гранул. В комплексе с этими установками должны работать специальные агрегаты для очистки жидкости, ее восстановления и воз­ врата в рабочую камеру.

Интенсивность протекания процесса виброабразивной обработки и съема металла или упрочнение поверхностного слоя зависит от вида, размеров и материала гранул; их массы; промывочной жидкости и дли­ тельности цикла виброабразивной обработки. Вследствие этого при виб­ рационной обработке могут быть получены различные результаты, а именно:

1)относительно большой съем металла с обрабатываемой поверхно­ сти (0,01...0,1 мм/ч), шероховатость Яа 0,63... 1,25, среднее значение глу­ бины упрочненного слоя 0,05...0,2 мм;

2)незначительный съем металла (до 0,01 мм/ч), шероховатость Яа 0,16...0,63, малая глубина упрочненного слоя (виброабразивное поли­

рование); 3) шероховатость поверхности Яа 0,25...0,2, увеличение предела

прочности деталей на 10... 12 %, повышение стойкости лопаток против контактной и химической коррозии и механических повреждений твер­ дыми частицами (виброабразивное упрочнение).

Это происходит благодаря применению в качестве частиц рабочей среды стальных полировальных шариков и других тел с большой массой. Режим вибраций в этом случае обеспечивает пластическое деформирова­ ние поверхностных слоев виброобрабатываемых деталей, их наклепа и создание в поверхностных слоях остаточных напряжений сжатия.