Исследование, разработка и внедрение процесса пневмогидроструйной обработки лопаток компрессора ГТД в среде жидкости

• Автор: Лабутин, Александр Юрьевич
• Шифр специальности: 05.07.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 165 с. : ил.

Содержание
Введение
1. Анализ современного состояния развития струйной обработки
1.1. Сущность процесса упрочнения
1.2. Поверхностное пластическое деформирование металла
1.3. Влияние поверхностного пластического деформирования на выносливость
1.4. Обзор существующих способов струйной отделочно-упрочняющей обработки лопаток компрессора ГТД
1.5. Схемы струйной обработки в среде жидкости
1.6. Задачи, подлежащие решению
2. Опытно-экспериментальная установка
2.1. Конструкция и технические данные
2.2. Конструкция струйного аппарата
2.3. Рабочая среда
Выводы
3. Исследование технологических возможностей пневмогидроструйной обработки в среде жидкости
3.1. Кинематика обработки деталей
3.2. Физическая модель пневмогидроструйной обработки в
жидкости, построение математической модели
3.3. Математическая модель работы эжектора
3.4. Математическая модель затопленной струи эжектора
3.5. Глубина наклепанного слоя
3.6. Съем металла с обрабатываемой поверхности
3.7. Остаточные напряжения
3.8. Интенсивность наклепа
3.9. Шероховатость обработанной поверхности
3.10. Степень наклепа
Выводы
4. Влияние струйной обработки на выносливость лопаток компрессора
4.1. Режимы обработки поверхностей пера лопаток
4.2. Выносливость лопаток компрессора
Выводы
5. Внедрение результатов исследований в серийное производство
5.1. Рабочий проект установки ПГСУ
5.2. Технологический процесс пневмогидроструйной обработки в
среде жидкости
5.3. Использование технологии ПГСО для отделочно-упрочняющей
обработки различных деталей ГТД
Выводы
Выводы по работе
Список литературы

Введение
Детали газотурбинного двигателя (ГТД) работают в тяжелых условиях высоких температур, виброперегрузок и больших контактных нагрузок, они подвергаются воздействиям газовой эрозии, коррозии и фреттинг коррозии. Авиационные детали должны обладать высокой надежностью и прочностью, имея минимальный вес. Для обеспечения большого ресурса деталей ГТД совершенствования их конструкции недостаточно, необходимы технологические методы повышения их эксплуатационных качеств [77].
Многие эксплуатационные качества детали, такие как выносливость, износостойкость, контактная твердость, эрозионная стойкость зависят от качества поверхностного слоя. Наиболее существенными свойствами поверхностного слоя являются шероховатость, наклеп (твердость) и остаточные напряжения. Требуемые параметры качества поверхностного слоя и большинство важнейших эксплуатационных свойств деталей могут быть обеспечены отделочно-упрочняющей обработкой способом поверхностного пластического деформирования (ППД). Эти способы получили широкое распространение в производстве деталей ГТД благодаря их высокой производительности, экономичности и простоте применения. Способы ППД обеспечивают низкую шероховатость и высокую твердость поверхности, повышение контактной и общей выносливости.
Наиболее ответственной и трудоемкой в изготовлении деталью ГТД является лопатка компрессора и турбины. Эти детали работают в условиях больших переменных нагрузок, газовой и абразивной эрозии, высоких температур. В настоящее время лопатки компрессора без упрочнения способами ППД не производятся вообще, т.к. без упрочнения нет гарантии обеспечения заданного ресурса.
Сложная геометрическая форма пера и замка лопатки, ее малая жесткость, а также высокие требования к параметрам поверхностного слоя требуют соответствующих способов ГШД. Этим требованиям отвечают струйные способы отде-лочно-упрочняющей обработки. Струйные способы достаточно универсальны, позволяют обрабатывать ажурные детали имеющие сложные поверхности двойной кривизны.
Из всего многообразия можно выделить способы струйной обработки в среде жидкости (жидкостью служит раствор воды). Эти способы не уступают известным, которые применяются в настоящее время в серийном производстве, по качеству обработки, а по некоторым показателям даже превосходят. Их отличительная особенность - экологическая чистота процесса, безопасность и безвредность для оператора, они обеспечивают высокую культуру производства. Оборудование универсально и позволяет производить как отделочную обработку абразивом, так и упрочнение шариками. С использованием стеклянных шариков способы струйной обработки в среде жидкости становятся особенно перспективны для упрочнения хромоникелевых и титановых лопаток компрессора. Применение стеклянных шариков, по сравнению со стальными, позволяет более гибко управлять интенсивностью обработки ажурных лопаток компрессора без наплыва металла на тонких кромках рабочей части пера и коробления.

2 Опытно-экспериментальная установка
2.1 Конструкция и технические данные
Для экспериментального исследования процесса и технологических возможностей пневмогидроструйной обработки лопаток в среде жидкости создана опытно-экспериментальная установка ПГСУ-1 на базе опытного участка ОМАОП на ОАО КМПО.
Схема установки приведена на рис. 2.1, общий вид на рис. 2.2. Установка позволяет вести обработку детали 6, с вращением и одновременным вертикальным перемещением вдоль оси вращения. Глубина погружения эжектора 4 устанавливается вручную с помощью винтового механизма 14 путем вращения маховика 13. Вращение и перемещение детали производится от электродвигателя 11 через червячный редуктор 10 и клиноременные передачи.
Корпус установки состоит из бункера 5 и рабочей камеры 9, герметично соединенных фланцевым разъемом выше уровня жидкости. Узлы кинематики смонтированы на крыше рабочей камеры. Деталь закрепляется в схвате 7 вне установки, а схват вместе с лопаткой через люк 12 устанавливается в шпиндель 8 для обработки. Наблюдение за процессом осуществляется через люки 15 и 12.
Воздух в эжектор подается от пневмосети с давлением до 0,6 МПа через ресивер 19 и коллектор 18. Давление воздуха регулируется вентилем 17, контролируется по манометру 16. Эжектор при работе засасывает со дна бункера гидросмесь жидкости и твердых частиц через заборник 2 и гибкий трубопровод. Детали контактирующие с жидкостью выполнены из нержавеющей стали.
Кинематика взаимного движения лопатки и эжектора в процессе обработки может быть реализована двумя способами. При автоматическом режиме работы все движения производятся шпинделем, который обеспечивает вращение и перемещение лопатки перед неподвижным эжектором. В ручном режиме обработки шпиндель обеспечивает только вращение лопаток, а перемещение эжектора производится вручную, вращая винтовой механизм. Ручной режим работы позволяет вести обработку с различной скоростью перемещения эжектора.
9 Техническая характеристика установки ПГСУ—1 Максимальные размеры обрабатываемой детали, мм
длинах ширинах высота
Количество эжекторов, шт
Скорость вращения детали, об/мин
Скорость вертикального перемещения детали, мм/мин
Максимальный ход винтового механизма, мм
Объем жидкости в бункере, л
Потребляемая мощность, кВт
Габаритные размеры, мм: (длинахширинахвысота)
Масса, кг (без жидкости)
2.2 Конструкция струйного аппарата
Эжектор предназначен для пневмогидроструйной обработки поверхностей