Совершенствование методики проектирования литниковых систем для отливок "лопатка ГТД" на основе исследования процесса заполнения

• Автор: Равочкин, Артем Сергеевич
• Шифр специальности: 05.16.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Рыбинск
• Количество страниц: 151 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ЛИТЕРАТУРНЫХ ДАННЫХ.

1.1 Анализ условий эксплуатации отливок Лопатка.

1.2 Способы получения отливок Лопатка

1.3 Методы моделирования литейных процессов

1.3.1 Физическое моделирование процессов литья.

1.3.2 Математические модели процесса заполнения полости формы расплавом

1.4 Современные системы автоматизированного проектирования для отливок Лопатка

1.5 Выводы и результаты исследования.

ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ.

2.1 Используемые материалы.
2.2 Метод экспертного оценивания.
2.3 Физическое моделирование процесса заполнения полости формы металлом.
2.4 Методика измерения температур
ГЛАВА 3. ФИЗИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ЗАПОЛНЕНИЯ ПОЛОСТИ ФОРМЫ РАСПЛАВОМ.
3.1 Классификация отливок и литниковых систем
3.2 Основные виды брака отливок
3.3 Физическое моделирование процесса заполнение форм расплавом для
литниковопитающих систем I и III типа.
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 3
ГЛАВА 4. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ЗАПОЛНЕНИЯ ПОЛОСТИ ФОРМЫ РАСПЛАВОМ
4.1 Математическая модель заполнения полости формы расплавом.
4.2 Разработка методики расчета изменения температуры расплава в струе
и скорости движения расплава в точке его достижения литниковой чаши
4.3 Разработка методики расчета изменения температуры и скорости
расплава в элементах литниковопитающей системы.
ГЛАВА 5. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ РАСЧЕТА ТЕМПЕРАТУРНОГО ПОЛЯ ФОРМЫ НА СТАДИИ ЕЕ ЗАПОЛНЕНИЯ РАСПЛАВОМ
5.1 Разработка методики определения температурных полей формы.
5.2 Алгоритм определения прогрева формы на этапе заполнения.
5.3 Пример расчета прогрева формы на этапе заполнения.
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 5.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
ПРИЛОЖЕНИЯ
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность


Рабочие лопатки турбины являются наиболее нагруженными деталями, в основном определяющими эффективность, надежность и, конечном счете, ресурс газотурбинных двигателей. Ресурс работы лопаток в двигателях для военной авиации составляет 0. Рис. Изменение суммарных напряжений сг? В работе [2] приводится характер изменения температуры ( °С и суммарных напряжений о? МПа за один период работы (полетный цикл) двигателя транспортного самолета (рис. Видно, что эксплуатация современных авиационных двигателей сопровождается резкой сменой режимов, которые приходят к возникновению пульсации температур и напряжений. Такие нестационарные режимы эксплуатации приводят к ускоренному разрушению лопаток турбин и соплового аппарата за время, соизмеримое с установленным ресурсом работы двигателя. В процессе эксплуатации рабочие лопатки турбины подвергаются воздействию растягивающих напряжений порядка 0. МПа и температуры 0. МПа. Многократное изменение тепловых режимов работы двигателя - быстрый нагрев в момент запуска и быстрое охлаждение при остановке двигателя -вызывает циклическое изменение термических напряжений, которое приводит к термической усталости. В работе [2] исследован характер распределения температуры и напряжений по сечению и длине лопатки (рис. Вследствие интенсивных тепловых потоков в авиационном ГТД скорость изменения температуры поверхности лопатки достигает 0 К/с. Профильная часть пера и хвостовик лопаток помимо растяжения и изгиба от центробежных сил, изгиба и кручения от газового потока испытывают переменные напряжения от вибрационных нагрузок, амплитуда и частота которых изменяются в широких пределах. В соответствии с нормативно-технической документацией требования, предъявляемые к лопаткам ГТД, регламентированы в отраслевых стандартах, РТМ и СТП. Рис. Химический состав, физико-механические и эксплуатационные свойства сплава должны соответствовать государственным или отраслевым стандартам (например, длг'сплава ЖС6У это ОСТ 1. Размерная точность и геометрия профиля пера лопатки должны соответствовать требованиям, указанным на чертеже лопатки. Степень чистоты поверхности должна соответствовать требованиям технических условий (ТУ) или указаниям на чертеже. Нормы допустимых поверхностных и объемных дефектов (размер, глубина, площадь, расстояние между дефектами и их месторасположение регламентируется ТУ и эталонами). Хорошими литейными и технологическими свойствами, прежде всего высокой жидкотекучестью, иметь малую усадку, низкую склонность к образованию усадочной пористости, горячих и холодных трещин, а также хорошую обрабатываемость резанием и свариваемость. Жаропрочностью, жаростойкостью, пластичностью, высокой сопротивляемостью действию малоцикловых усталостных деформаций и вибрационных нагрузок. Высокой прочностью, теплопроводностью и низким коэффициентом термического расширения для большей стойкости к термической усталости. Материал должен быть структурно стабилен, чтобы обеспечить постоянство механических свойств в течение длительной работы в условиях повышенных температур и напряжений. Надежность рабочих лопаток турбины зависит не только от их конструктивной прочности, сопротивления циклическим нагрузкам, но и от технологии их изготовления, которая непосредственно влияет на качество поверхностного слоя хвостовика и пера лопаток. В настоящее время лопатки ГТД получают различными методами: обработкой давлением, порошковой металлургией, но основная их доля изготавливается методами литья из специальных никелевых жаропрочных сплавов, которые характеризуются высокими механическими и эксплуатационными свойствами, но низкой пластичностью. Среди различных видов литья основным является метод литья Г выплавляемым моделям, который позволяет в промышленном масштабе получать экономически целесообразные заготовки всех видов лопаток турбин ГТД, включая разновидности охлаждаемых лопаток [3]. При этом обеспечивается требуемая точность и шероховатость поверхностей газового тракта, внутренней полости и исключается необходимость их последующей размерной обработки. Современный процесс изготовления отливок по выплавляемым моделям состоит в следующем.