Обработка дисков ГТД

Введение Механическая обработка металлов является сложным процессом. За последнее время возрастает актуальность проблем, связанных с обработкой металлов резанием. При изготовлении деталей газотурбинного двигателя доля механообработки по трудоемкости составляет от 40 до 60 процентов от общего времени изготовления. Создание и применение в производстве систем управления процессами обработки металлов резанием повышает качество и эффективность изготовления изделий. Процесс механической обработки является одним из этапов технологического процесса изготовления деталей авиационного двигателя. Процесс обработки обуславливается наличием возмущений. Их воздействие вызывает отклонение параметров режима резания от нужных значений, что является причиной снижения качества и увеличения времени обработки. В особенности немаловажным фактором считается соблюдение температурных режимов обработки материалов при изготовлении дисков компрессоров и турбин. Для повышения эффективности обработки актуально внедрение САР необходимых параметров. Температура в зоне резания является одним из таких параметров, на основании которого можно говорить об эффективность обработки. Температура в зоне резания в процессе может изменяться и приводить к снижению качества продукции (появление остаточных напряжений, различных значений шероховатости вдоль поверхности диска и др.). По данному вопросу проводились различные исследования [1, 2], на основании которых был сделан вывод, что при обработке дисков самый благоприятный режим резания – такой, когда температура в зоне резания при является величиной постоянной (учитывается, что значение скорости резания также не меняется). «Постоянство температуры в зоне резания позволяет улучшить процессы контакта инструмента и детали, которые приводят к снижению интенсивности. износа инструмента и уменьшению дефектов поверхностной структуры детали [1]». Обработка металла при оптимальном значении температуры благоприятно сказывается на эксплуатационных свойствах получаемых деталей, что является предпосылкой для повышения ресурса работы дисков и других частей ГТД. При обработке дисков актуальным является применение системы автоматического регулирования температуры (САРТ) в зоне резания.

1 Афанасьев К. В., Швецов И. В., Щеголев В. А. Способ бесконтактного определения температуры в зоне резания при механической обработке: пат. 2398659 Рос. Федерация: МПК B 23 B 25/06, G 01 N 3/58; патентообладатель Новгор. гос. ун-т им. Ярослава Мудрого. – № 2009104639/02; заявл. 11.02.09; опубл. 10.09.10, Бюл. №25. 2 Дальский А. М., Косилова А. Г., Мещеряков Р. К. Справочник технолога- машиностроителя: в 2-х т.; справочник. Изд. 5-е. перераб. и доп. М.: Машиностроение, 2003. Т.2. 944 с. 3 Демин Ф. И., Проничев Н. Д., Шитарев И. Л., Технология изготовления основных деталей газотурбинных двигателей: учебное пособие под. общ. ред. проф. Ф. И. Демина. 2-е изд. Самара: Изд-во СГАУ, 2012. С. 137. 4 Зориктуев В. Ц. Автоматизация процессов резания на основе положения об оптимальной температуре резания // Вестник УГАТУ. 2009. Т. 12, № 4 (33). С. 14–19. 5 Зориктуев В. Ц. Повышение эффективности обработки деталей из труднообрабатываемых материалов на станках путем идентификации и автоматического управления температурно-силовым режимом точения: дис. д-ра. техн. наук: 05.13.06. М., 1990. 418 с. 6 Иллюстрированные каталоги, справочники, базы данных по металлорежущим станкам и кузнечно-прессовому оборудованию. Токарный с ЧПУ 16К40РФ3 [Электронный ресурс]. URL: http://stanki- katalog.ru/sprav_16k40.htm/ (дата обращения 19.05.2019). 7 Коуров Г. Н., Лютов А. Г., Река Н. Г. Теория автоматического управления технологическими процессами: методические рекомендации к выполнению курсовой работы по дисциплине «Теория автоматического управления технологическими процессами». Уфа: РИК УГАТУ, 2016. 42 с. 8 Лютов А. Г., Река Н. Г., Коуров Г. Н. Назначение режимов токарной обработки деталей газотурбинных двигателей по температуре в зоне резания // Вестник УГАТУ. 2015. №2. С. 20 – 25. 9 Макаров А. Д. Оптимизация процессов резания. М.: Машиностроение, 1976. 278 с. 10 Мухин В. С., Зориктуев В. Ц., Остаточные напряжения и наклеп при торцовом точении // Вестник машиностроения. 1974. № 1. С. 60–63. 11 Пономаренко Д. А., Моисеев Н. В., Скугорев А. В. Производство дисков ГТД из жаропрочных сплавов на изотермических прессах // Авиационные материалы и технологии. 2013. № 1. С. 13-16. 12 Река Н. Г. Система управления лезвийной обработкой металлов на основе определения температуры в зоне резания по расходу электроэнергии: дис. ... канд. техн. наук: 05.13.06.; [Место защиты: ФГБОУ ВО Ижевский государственный технический университет имени М.Т. Калашникова], 2016. 175 с. 13 Река Н. Г., Коуров Г. Н., Лютов А.Г. Измерение температуры в зоне резания металла при токарной обработке// СТИН. 2015. №7. С. 31-35. 14 Скубачевский Г. С. Авиационные газотурбинные двигатели: учебник для студентов авиационных вузов. М.: Машиностроение, 1969. 544 с. 15 Таратынов О. В. Влияние режима резания на контактную температуру и стойкость инструмента // СТИН. 2004. №11. С. 30–32.

1 Обработка дисков ГТД Одним из самых сложных является процесс изготовления компонентов газотурбинного двигателя (ГТД), в особенности дисков компрессоров высокого (КВД) и низкого давления (КНД), а также турбин. На рисунке 1.1 представлен диск газотурбинного двигателя Особые режимы их работы предполагают использование жаропрочных сплавов, которые плохо подвергаются деформации и нуждаются в многостадийной термообработке [3]. Кроме того, на всех этапах обработки технологические операции требуют большого количества трудовых ресурсов, финансовых и временных затрат. Рисунок 1.1 – Диск газотурбинного двигателя 1.1 Конструкция дисков Диски – одни из самых ответственных частей конструкции роторной части ГТД. При входе в проточную часть ГТД и при выходе газов из турбины, действуют значительные температурные нагрузки, которые берет на себя ротор. «К дискам компрессора и турбины крепятся лопатки, обеспечивающие сжатие воздуха в компрессоре низкого (КНД) и высокого давления (КВД). Далее смесь воздуха с топливом из камеры сгорания (КС) подается на турбину. Поток газов поступает на лопатки турбины, тем самым создавая вращение ротора ГТД» [4]. Диски ГТД работают при очень высоких температурах, составляющих в среднем порядка Тг = 1500 К. В связи с этим диски турбин, как правило, изготавливают из хромоникелевых сплавов с содержанием никеля в среднем порядка 66%. Диски турбины ГТД является равнопрочной конструкцией, которая учитывает воздействия различных напряжений, в том числе и температурных. На рисунке 1.2 представлен диск турбины первой ступени компрессора. Рисунок 1.2 – Диск турбины первой ступени Диск турбины первой ступени ГТД изготавливают из хромоникелевого сплава ЭИ698ПД (ХН62БМКТЮ-ПД), который обладает рядом хороших