Профильное глубинное шлифование деталей турбин газотурбинных двигателей

logo_rus

В статье рассмотрены разработка технологического процесса и установление оптимальных значений режимов обработки при профильном глубинном шлифовании высокоскоростными кругами фирмы «Tyrolit» жаропрочных сплавов ЖС6У-ВИ, ЖС32‑ВИ, ЖС26‑ВИ.
The article deals with the development of technology process and the establishment of sound values ​​of treatment regimens at profile creep feed grinding high-speed circles of the company «Tyrolit» HRSA ZhS6U-VI, ZHS32-VI, ZHS26-VI.

ris_09

Цель работы

Разработка технологического процесса и установление оптимальных значений режимов обработки при профильном глубинном шлифовании высокоскоростными кругами фирмы «Tyrolit» жаропрочных сплавов ЖС6У-ВИ, ЖС32‑ВИ, ЖС26‑ВИ.

На ГП «Ивченко-Прогресс» разработана и внедрена схема профильного глубинного шлифования рабочих лопаток турбины и лопаток сопловых аппаратов (СА) турбины на станке «Mägerle MFP-50».

В конструкции станка заложена возможность обрабатывать несколько поверхностей не снимая деталь, менять круги, осуществлять непрерывную правку кругов алмазными прецизионными роликами производства ИСМАН (Украина), что значительно позволяет расширить получение профилей любой сложности с высокой степенью точности. Интенсивная промывка круга (380 л / мин) и охлаждение детали позволяют значительно снизить теплообразование при обработке.

В производственных условиях подбор режимов резания выполнялся при обработке рабочих лопаток турбины и лопаток сопловых аппаратов на наиболее массовых операциях технологического процесса.

Для обработки лопаток были рекомендованы высокопористые шлифовальные круги фирмы Tyrolit серии Strato Ultra 300хНх72,6 SU33A 542 GG11 VB1, где

Н — высота круга;

33А — тип абразивного зерна;

54 — зернистость по FEPA;

2 — обозначение зернистости смеси;

GG — степень пористости;

11 — структура круга;

VB1 — тип связки.

Критерием для оценки правильности подобранных режимов выбраны следующие характеристики:

  • получение заданной шероховатости;
  • предельные отклонения геометрических размеров на соответствие чертежу;
  • получение формы поверхности;
  • обеспечение стабильной геометрии инструмента, что для профильного шлифования лопаток сопловых аппаратов в связи с большой длинной дуги контакта, изменяющихся условий формообразования, постоянство параметров геометрии рабочей поверхности круга на протяжении всего процесса особенно актуально.

Технологический процесс обработки секторов СА турбины высокого давления (ТВД), материал ЖС6У ВИ, составлен таким образом, что сектор обрабатывается за две установки. При первой установке обрабатываются поверхности со стороны выходной кромки, при второй установке — поверхности со стороны входной кромки (рис. 1).

Максимальная величина снимаемого припуска составляет 3,5 мм, максимальная ширина обрабатываемой поверхности — 15 мм. Выбранные режимы обработки сведены в таблице 1.

Таблица 1 Режимы обработки сектора СА ТВД

Проход

Скорость круга V кр., м / с

Подача S, мм / мин

Снимаемый припуск, мм

Скорость подачи на правку, мкм / об

Соотношение скоростей ролик / круг

черновой

18…20

350‑400

1…1.5

0,4…0,6

0,8

получистовой

20

400‑450

0,3…0,5

0,3‑0,4

0,8

чистовой

25

500‑1000

0,025‑0,05

0…0,1

0,4…0,8

ris_09-2

Особый интерес представляет обработка канавок для уплотнений (рис. 1), так как процесс формообразования требует одновременного перемещения круга и стола станка по двум координатам. В контакте с деталью находится три поверхности круга. Обработка велась эльборовыми (CBN) кругами шириной 2 мм на металлической основе при скорости V кр.=45 м / с, попутной подачи S=39 мм / мин. За стойкость круга принимается износ режущей кромки круга до получения шероховатости R max= 0,3 мм. Одним кругом обрабатывается до 55 секторов. Шероховатость обрабатываемых поверхностей соответствует 7…8 классу шероховатости.

Контроль геометрических параметров обработанных поверхностей СА ТВД осуществляется двумя способами на координатно-измерительной машине «Wenzel» и специальной технологической оснасткой, разработанной для удобства пользования оператором, при этом деталь с паллеты станка не снимается. Линейные размеры проверялись универсальными средствами. Контроль микротрещин на обработанной поверхности осуществлялся методом ЛЮМ 1‑ОВ.

Технологический процесс обработки рабочей лопатки турбины среднего давления (ТСД), материал ЖС26 ВИ, исходя из конструктивных особенностей, был построен таким образом, что все поверхности обрабатываются за три установки (рис. 2).

ris_09-1

1‑я установка — окончательная обработка елочного профиля, плоских поверхностей торцов и полок хвостовика;

2‑я установка — предварительная обработка «зиговых» поверхностей бандажной полки под пайку пластин;

3‑я установка — окончательная обработка «зиговых» поверхностей и радиальных поверхностей бандажной полки и полки хвостовика.

Для обеспечения точности обработки и возможности максимально обрабатываемых поверхностей за одну установку одним кругом за технологическую базу при первой операции выбрали предварительно обработанные сечения профиля пера (сеч. А А, Б Б). Для второй и третьей операций базами служат елочный профиль хвостовика, базовый торец и центровочное отверстие.

ris_09-3При обработке хвостовика (рис. 3) max снимаемый припуск за один проход составляет 2,7 мм. Елочный профиль лопатки обрабатывался за 2 цикла. Точное позиционирование станка позволяет обрабатывать хвостовик с переворотом на 180°. Полное формообразования профиля выполнено за 6 проходов (таблица 2). При выполнении данной операции важным является обеспечение гарантированного равномерного припуска по поверхности «ёлки» и в итоге получение сжимающих напряжений (глубиной залегания 25..50 мкм).

Таблица 2. Режимы обработки «елки» хвостовика р.л. ТСД.

Проход

Скорость круга V кр., м / с

Подача S, мм / мин

Снимаемый припуск за проход, мм

Скорость подачи на правку, мкм / об

Соотношение скоростей ролик / круг

1

20

700

2

0,12

0,8

2

20

400

2,7

0,7

0,8

3

20

400

0,8

0,7

0,8

4

20

500

0,3

0,8

0,8

5

25

600

0,18

0,3

0,8

6

25

500

0,02

0

0

Шероховатость обработанных поверхностей соответствует седьмому классу шероховатости. Назначенные режимы шлифования обеспечивают высокую производительность и требуемое качество обработки (таблица 3).

Таблица 3 Режимы обработки не «елочных» поверхностей р.л. ТСД

Проход

Скорость круга V кр., м / с

Подача S, мм / мин

Снимаемый припуск, мм

Скорость подачи на правку, мкм / об

Соотношение скоростей ролик / круг

черновой

20

350‑400

2,7‑0,7

0,2‑0,4

0,8‑1,0

получистовой

20

400‑600

0,7‑0,3

0,3‑0,5

0,8

чистовой

25

600‑700

0,05‑0,025

0

0

Обработка конструктивных элементов рабочих лопаток ТВД (материал ЖС32 ВИ) осуществлялась за четыре установки. Причем хвостовик обрабатывается предварительно и окончательно из‑за наличия комплексного защитного покрытия внутренней и наружной поверхности пера лопатки. После механической обработки выполняется стабилизирующий отжиг и поверхностное упрочнение для повышения предела выносливости хвостовиков лопаток. Режимы шлифования приведены в таблице 4.

Таблица 4. Режимы обработки р.л. ТВД

Проход

Скорость круга V кр., м / с

Подача S, мм / мин

Снимаемый припуск за проход, мм

Скорость подачи на правку, мкм / об

Соотношение скоростей ролик / круг

черновой

20

250‑400

3‑1

0,1‑0,3

0,8

получистовой

20

400‑500

1‑0,2

0,3‑0,4

0,8

чистовой

25

500‑700

0,05‑0,025

0

0

Шероховатость обработанных поверхностей соответствует седьмому классу. Трещины и прижоги на обработанных поверхностях не наблюдались. Трудоемкость обработки снизилась на 30 40 % по сравнению с традиционной технологией.

ris_09-4Микроисследование, выполненное на оптическом микроскопе OLYMPUS IX70 при увеличениях х200–500, показало, что по профилю зубьев хвостовика: на рабочих, нерабочих поверхностях, на вершинах и впадинах зубьев, имеется сплошная «рубашка» рекристаллизованных зерен глубиной 0,010…0,030 мм (рис. 4).

Кроме установленных режимов резания была выведена зависимость для подсчета количества обрабатываемых деталей одним кругом:

где Dmax — максимальный диаметр круга,

Dmin — минимальный диаметр круга,

Di — диаметр круга после правки,

а — кол-во обработанных деталей.

В процессе выполнения работ были установлены следующие закономерности:

  • при увеличении подачи шлифовальный круг действует мягче, так как нагрузка на отдельное зерно увеличивается и соответственно повышается хрупкость зерна. То же происходит при увеличении скорости подачи обрабатываемой детали.
  • при увеличении скорости резания круга шлифовальный круг действует жестче, в связи с тем, что нагрузка на отдельное зерно становится ниже.

Жесткий круг может стать причиной появления прижогов на обрабатываемых поверхностях. Слишком мягкий шлифовальный круг не обеспечит необходимую чистоту и форму поверхности. Чтобы достичь нужного качества обработки при задании режимов резания необходимо учитывать все вышеперечисленные факторы.

Выводы

Полученные результаты позволяют применить высокопористые круги фирмы «Tyrolit» для формообразования сложных поверхностей. Выбранные режимы обеспечивают шероховатость, точность формообразования и физико-химические свойства поверхностного слоя обработанного материала.

Кондратюк Э. В., Леонтьев В. А., Шурша А. В., Величко С. И., Довгаль В. А.
Государственное предприятие «Запорожское машиностроительное конструкторское бюро «ПРОГРЕСС»
им. академика А. Г. Ивченко, Запорожье, Украина

 

 



Комментарии (0)