Исследование и разработка технологического процесса изготовления штамповок лопаток газотурбинного двигателя с защитным слоем

• Автор: Скобелева, Анна Сергеевна
• Шифр специальности: 05.16.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Рыбинск
• Количество страниц: 150 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. Особенности получения биметаллических изделий методами обработки металлов давлением. Постановка цели и задач исследования

1.1 Лопатка как основная деталь компрессора и турбины газотурбинного двигателя

1.2 Способы нанесения защитных покрытий на лопатки авиационных

двигателей.

1.3 Особенности процесса выдавливания.

1.3.1 Технологические режимы процесса выдавливания

1.3.2 Основные стадии процесса выдавливания прессования.

1.4 Совместное выдавливание прессование двух разнородных металлов

1.4.1 Теории образования металлических связей при совместной пластической деформации.
1.4.2 Влияние различных факторов на протекание процесса выдавливания слоистых заготовок.
1.5 Изготовление биметаллических изделий совместным выдавливанием.
1.5.1 Выдавливание заготовки с продольной слоистостью.
1.5.2 Выдавливание заготовки с поперечной слоистостью.
1.5.3 Выдавливание комбинированных заготовок с продольнопоперечной слоистостью
1.5.4 Выдавливание с дифференцированным нагревом материала слоев.
1.6 Методы расчета совместного выдавливания двух разнородных
материалов.
1.7 Выводы по главе. Постановка цели и задач исследования.
2. Исследование процесса выдавливания биметаллической заготовки
под штамповку лопатки ГТД.
2.1 Технологическая схема получения штамповки лопатки с защитным
слоем.
2.2 Определение напряженнодеформированного состояния слоев в
биметаллической заготовке при выдавливании
2.2.1 Напряженнодеформированное состояние в твердом слое при
выдавливании биметаллической заготовки
2.2.2 Напряженнодеформированное состояние в мягком слое при
выдавливании биметаллической заготовки
2.3 Определение силы деформирования, необходимой для
выдавливания
2.4 Определение оптимального коэффициента вытяжки для
образования соединения между двумя материалами.
25 Поверка полученных результатов теоретического расчета.
2.6 Выводы по главе.
3. Исследование течение металла при штамповке биметаллической
заготовки.
3.1 Определение зависимости между напряжениями и деформациями в
биметаллической заготовке при штамповке
3.1.1 Подготовка и проведение эксперимента.
3.1.2 Обработка полученных результатов эксперимента
3.2 Исследование процесса штамповки биметаллической заготовки
3.3 Выводы по главе
4. Опытный технологический процесс изготовления штамповки
лопатки ГТД с нанесенным защитным слоем
5. Моделирование биметаллической лопатки
6. Реализация и практическое применение предлагаемого
технологического процесса
6.1 Пример серийного технологического процесса изготовления
штамповки лопатки ГТД и способ ее реализации.
6.2 Практическое применение предлагаемого способа в других
областях техники и с другими материалами.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ


Выявлены зависимости для отношения деформаций мягкого и твердого слоев в зависимости от отношения сопротивлений деформаций твердого и мягкого слоев при различных процентных соотношениях между их толщинами при выдавливании и изотермической-штамповке. Разработаны рекомендации по расчету технологического процесса изготовления штамповок лопаток газотурбинного двигателя с защитным слоем методом выдавливания биметаллической заготовки, обеспечивающие получение надежного покрытия для лопаток, работающих в агрессивных средах. Также они позволяют существенно повысить рабочую температуру лопаток благодаря применению в качестве покрытия жаростойких сплавов, и, как следствие, повысить мощность авиационного двигателя за счет уменьшения расхода воздуха на охлаждение. Разработан опытный технологический процесс изготовления штамповки лопатки ГТД с защитным слоем методом выдавливания. Реализация работы. НПО САТУРН» (г. Рыбинск). Апробация работы. Москва, МГТУ им. Н.Э. Баумана, г. Москва, МАТИ, г. России» (Москва, МГТУ им. Н. Э. Баумана г. Страсбург, Франция, г. Новый час» (г. Севастополь, Украина, г. Москва, 7- сентября г. Публикации. ВАК. Получен патент РФ на изобретение №7 от , подано 2 заявки на изобретение: № приоритет от , №2 приоритет от . Структура и объем диссертации. ГЛАВА 1. ОСОБЕННОСТИ ПОЛУЧЕНИЯ БИМЕТАЛЛИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ МЕТОДАМИ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ. Лопатки современных турбин и компрессоров изготавливают из алюминиевых, . При этом тенденция развития процессов их изготовления сводится к увеличению коэффициента использования материала, уменьшению количества операций. Методы изготовления лопатки обработкой давлением - это высадка, вальцовка и выдавливание. Лопатки являются основными высоконагруженными деталями ГТД. Размерно-конструктивный диапазон основной массы лопаток компрессора и турбины, изготавливаемых на предприятиях отрасли, достаточно широк. Такое разнообразие объясняется тем, что для различных летательных аппаратов (вертолетов, военных, транспортных и пассажирских самолетов) изготавливаются различные ГТД — малой, средней, большой мощности. Основными, конструктивными^ элементами лопаток являются: перо, хвостовик, полки пера и хвостовика, антивибрационные и бандажные полки. Перо лопатки (рис. Спинка - выпуклая поверхность пера лопатки. Корыто -вогнутая или менее выпуклая,-чем спинка, поверхность пера лопатки. Выходная кромка пера - поверхность сопряжения спинки и корыта со стороны выхода потока воздуха (газа). Рис. Перо лопатки с полкой хвостовика, где а- лопатка ГТД ,б- вид сверху на лопатку: 1 - торец пера; 2 - корыто; 3 - линия сопряжения переходной части лопатки с пером; 4- линия сопряжения переходной части лопатки с полкой; 5 - полка хвостовика; 6- переходная часть пера; 7- спинка; Ип- высота пера [3]. Антивибрационная полка пера - элемент пера рабочей лопатки компрессора, предназначенный для снижения напряжений от вибрации. Бандажная полка - концевая часть рабочей лопатки турбины, предназначенная для уменьшения перетекания газа и снижения напряжений от вибраций. Лопатки компрессора являются наиболее массовыми деталями. Число ступеней лопаток в осевых компрессорах доходит до , а число лопаток в моторокомплекте может быть более . Конструкции лопаток разнообразны (рис. Для разных двигателей их параметры изменяются в широком диапазоне. Длина лопаток составляет от до 0 мм; ширина пера (хорда) 7. Основную номенклатуру лопаток компрессоров составляют лопатки длиной от до 0 мм. Рис. По своему назначению лопатки компрессора подразделяются на рабочие лопатки ротора и лопатки статора (рис. Рабочие лопатки ротора компрессора предназначены для изменения энергии потока воздуха. Лопатки статора компрессора служат для изменения направления потока воздуха-и превращения энергии, обусловленной скоростью потока, в энергию его давления. Лопатки статора, устанавливаемые на входе в компрессор, называются входными направляющими лопатками, а на выходе из компрессора - спрямляющими лопатками. В некоторых двигателях, в том числе в двигателе, имеются поворотные статорные лопатки компрессора, угол установки которых изменяется при изменении режима работы двигателя.