1270

распределение Вейбулла, включающее, как частные случаи, распределение Пуассона (при α = 1), X 2 – распределение, логарифмически нормальное и нормальное (при α = 3,5) распределение.

На базе статистических данных долговечности протяжек определение трех параметров Вэйбулла произведено с помощью метода моментов. Функция безотказной работы инструмента или функция надежности R (t) при распределении Вейбулла имеет вид

Плотность вероятности отказов инструмента f (t) имеет вид

где α – параметр формы распределения; β – параметр масштаба; γ – параметр, характеризующий начало отсчета.

Если имеется статистический материал продолжительности работы инструмента t1, t2, t3, …, tn, т.е. некоторый набор из n-случайных чисел ti, то моменты 1-го, 2-го, 3-го и 4-го порядка определяются по следующим формулам:

n

∑ti

где μ1 – момент 1-го порядка – математическое ожидание ( ti ). Определив μ1, можно определить μ2 – момент 2-го порядка, или

дисперсию σ2:

Через графическое решение уравнений Sk = f (α) и Ex = f (α) определяется параметр формы распределения α и два других параметра – β и γ – по формулам

зов f (t). Проверка гипотезы о распределении долговечности протяжек произведена с помощью критерия X 2.

Оценка надежности работы пpoведена на основе статистических данных производственных испытаний протяжек при обработке замков лопаток из нержавеющей стали ЭИ736Ш, титанового сплава ВТ3-1 и жаропрочного сплава ЭИ787-ВД. Сравнивались они по

средней стойкости t , коэффициенту вариации ν = σt и надежности

безотказной работы R (t) окончательных секций протяжек из быстрорежущей стали P18 (HRC 62…64) и из твердого сплава ВК8 (см. рис. 14). Долговечность (стойкость) протяжек оценивалась в суммарной длине пути резания, в м, при которой обеспечивается Ra ≤ 1,25 мкм и точность 7–8 квалитетов до переточки.

Протягивание проводилось многосекционными быстрорежущими пpoтяжками по серийному варианту с переключением скоростей с 3,0 м/мин до 1,5 м/мин, а твердосплавными – по новому способу: с 21 м/мин до 30 м/мин при входе в работу чистовых протяжек. Геометрия протяжек соответствовала ранее принятым значениям. Протягивание и запись статистических данных в специальный жур-

293

нал проводились в условиях серийного производства годных лопаток в течение четырех месяцев.

Результаты обработки статических данных сведены в табл. 22, где n – количество наблюдений; t – средняя долговечность/ стойкость (в метрах протянутой поверхности); tmin – минимальное значение долговечности протяжек; σ – среднеквадратичное отклонение; ν – коэффициент вариации σ относительно t ; R (t) – функция надежности; t0,9 – долговечность с вероятностью 0,9. По результатам протягивания построены гистограммы средней долговечности / стойкости протяжек и графики функций R (t) и f (t) при серийном и скоростном протягивании замков лопаток из сплава ЭИ787-ВД, ВТ3-1, ЭИ736Ш (см. рис. 157, 158 и 159). Из приведенных в таблице данных и графиков следует, что замена существующего технологического процесса низкоскоростного протягивания быстрорежущими протяжками на процесс скоростного протягивания обеспечивает существенное повышение средней стойкости t , надежности работы протяжек t0,9. Более чем в два раза уменьшился коэффициент вариации ν. Уровень использования потенциальных вoзмoжнoстей протяжек оценивался по параметру формы распрeделения α.

Рис. 157. Гистограммы средней долговечности / стойкости протяжек (в метрах протянутой поверхности) при серийном (Р18) и скоростном (ВК8) протягивании замков лопаток из сплава ЭИ787-ВД

294

Рис. 159. Гистограммы средней долговечности / стойкости протяжек (в метрах протянутой поверхности) при серийном (Р18) и скоростном (ВК8)

протягивании замков лопаток из стали ЭИ736Ш

Анализ показал, что при скоростном протягивании титанового сплава ВТ3-1 твердосплавными протяжками потенциальные возможности совершенствования протяжек исчерпаны, т.к. распределение отказов протяжек соответствует нормальному закону при форме α = 3,5.

При обработке жаропрочной стали ЭИ736Ш и сплава ЭИ787ВД, несмотря на полученный значительный результат по повышений средней стойкости и надежности протяжек, потенциальные возможности совершенствования процесса скоростного протягивания далеко не исчерпаны, т.к. при этом процессе для стали ЭИ736Ш α = 1, а для сплава ЭИ787-ВД α = 1,7. Для совершенствования процесса скоростного протягивания разработаны методы повышения хрупкой прочности твердосплавных протяжек. Так, например, установка дополнительных чугунных опорных подкладок на выходном торце деталей из жаропрочного сплава ЭИ787-ВД позволила увеличить среднюю долговечность до 58 м протянутой поверхности. При этом коэффициент формы распределения α приблизился к нормальному закону и составляет 2,8.

При сравнении степени увеличения средней стойкости t и надежности t0,9 установлено (см. табл. 22), что наибольший эффект про-

296

явился при протягивании стали ЭИ736Ш. Средняя стойкость t возросла в 31 раз, а надежность работы протяжек t0,9 увеличилась в 70 раз. Количество обработанных лопаток между переточками протяжек в среднем возросло с 62 до 1 960 шт.

При протягивании титанового сплава ВТ3-1 средняя стойкость увеличилась в 27 раз при повышении t0,9 в 37 раз. Число протянутых лопаток между переточками возросло в среднем со 106 до 2 950 шт. Обработка лопаток из сплава ЭИ787-ВД на скоростном оптимальном режиме позволила увеличить стойкость в 10 раз, а надежность – в 14 раз. Количество протянутых лопаток между переточками возросло с 26 до270 шт. Применение опорных дополнительных чугунных подкладок позволяет стабильно протягивать в среднем 1 160 лопаток из ЭИ787-ВД между переточками.

Таким образом, более интенсивное скоростное протягивание с заменой быстрорежущих протяжек на твердосплавные обеспечивает значительную стабилизацию работы, увеличение стойкости и сокращение pacxoдa протяжек в 10–30 раз. Этот факт очень важен, т.к. при такой замене сокращается расход дорогостоящих протяжек, обычно целиком состоящих из дефицитной быстрорежущей стали Р18. Например, только замена одного наименования протяжки А6175-0964 из P18 на твердосплавную А6175-3530 позволяет при десятикратном увеличении стойкости экономить около 500 кг быстрорежущей стали в год. Только на одном предприятии ОАО «Пермский моторный завод» экономия стали Р18 при внедрении скоростного оптимального протягивания замковых соединений дисков и лопаток ГТД составляет более 10 т в год.

Сравнительный статистический анализ показал, что замена применяемого нa производстве низкоскоростного процесса протягивания на вновь разработанный способ высокоинтенсивного скоростного протягивания твердосплавными протяжками помимо повышения производительности (машинное время сокращается в 10 раз и более) обеспечивает повышение средней стойкости протяжек, на-

297

пример, в 10,5 раз – при протягивании замков лопаток из жаропрочного сплава ЭИ787-ВД; в 27 раз – при протягивании замков из титанового сплава ВТ3-1; в 31 раз – при протягивании замков из стали ЭИ736Ш. Надежность работы протяжек при 90 % уровне значимости повысилась при этом, соответственно, в 14, 37 и 70 раз.

5.6.Контрольные вопросы

1.Каковы причины хрупкого разрушения протяжек?

2.Каковы методы повышения прочности протяжек?

3.Вчемпреимуществановогоспособаскоростногопротягивания?

4.Как оценивается надежность твердосплавных протяжек?

298

Глава 6 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРЕИМУЩЕСТВА ПРОЦЕССА СКОРОСТНОГО

ПРОТЯГИВАНИЯ «ЕЛОЧНЫХ» ЗАМКОВ ТУРБИННЫХ ЛОПАТОК ПЕРЕД ФРЕЗЕРОВАНИЕМ

ИГЛУБИННЫМ ШЛИФОВАНИЕМ

Впроцессе подготовки производства деталей газотурбинных двигателей или других машин технологу машиностроительного предприятия часто необходимо сделать правильный выбор того или иного процесса механической обработки.

Описанные в предыдущих главах теоретические и практические основы оптимизации процесса протягивания труднообрабатываемых материалов прошли успешные производственные испытания

ив основном реализованы при обработке фасонных поверхностей замковых соединений таких тяжелонагруженных деталей ГТД, как лопатки компрессора из нержавеющих сталей, титановых сплавов, жаропрочных деформируемых и литейных сплавов, кольца направляющих аппаратов и диски компрессора из аналогичных материалов, диски турбин из жаропрочных деформируемых сплавов и ряд других деталей. Скоростное протягивание этих деталей имеет безусловное преимущество перед другими процессами механической обработки по производительности, себестоимости и качеству обработки.

Вто же время при обработке наиболее сложных и ответственных поверхностей деталей ГТД – «елочных» замков лопаток турбин из деформируемых и литейных жаропрочных сплавов на никелевой основе – разработаны, рекомендованы и применяются различные технологические процессы на различных предприятиях нашей страны

иза рубежом. Первоначально при разработке и освоении производства первых газотурбинных двигателей в 50–60-х гг. обработка «елочных» замков лопаток турбин проводилась методом однониточного и многониточного маятникового шлифования на плоскошлифовальных и специальных станках. К недостаткам этого процесса можно отнести появление многочисленных прижогов и трещин на зубьях «елочного» профиля, что приводило к повышенному браку.

299

Всвязи с этой проблемой на ряде моторостроительных предприятий был разработан процесс фасонного фрезерования на гори- зонтально-фрезерных станках быстрорежущими или твердосплавными фрезами. К недостаткам этого процесса нужно отнести высокую трудоемкость изготовления фрез, низкую стойкость фрез и малую производительность обработки.

В70–80-х гг. впервые в России на Рыбинском моторостроительном заводе совместно с учеными РГАТА был разработан и внедрен процесс глубинного шлифования «елочных» замков на модернизированных плоскошлифовальных станках, а позднее на импортных специальных станках с ЧПУ фирм «Аба-Верке» и «Элб-Шлифф».

В1984–1985-х гг. с помощью Министерства авиационной промышленности и НИИД удалось закупить более 20 специальных станков для глубинного шлифования замков турбинных лопаток, которые были централизованно, по 2–3 станка, распределены на все моторостроительные предприятия страны. Освоение этого процесса проводилось под научным и техническим руководством НИИД и РГАТА.

Впоследнее время на ряде предприятий проводятся эксперименты по электроэрозионной вырезке «елочного» профиля в лопатках и дисках. Однако уже первые опыты показали, что здесь нужны большие затраты электроэнергии и времени обработки. Например, для обработки одного «елочного» замка лопатки турбины необходимо затратить более шести часов машинного времени и несколько километров специальной режущей проволоки. Процесс протягивания «елочных» замков применяется на некоторых предприятиях, в основном при обработке деталей из деформируемых жаропрочных сплавов типа ЭИ437БУ-ВД, ЭИ787-ВД, ЭП109-ВД, ЭИ867-ВД и др.

Таким образом, в настоящее время обработка «елочных» замков лопаток турбин из жаропрочных литейных и деформируемых сплавов на никелевой основе ведется на моторостроительных предприятиях пятью различными методами: маятниковым шлифованием, фрезерованием, глубинным шлифованием, протягиванием, электроэрозией.

300