книги из ГПНТБ / Бауман, Н. Я. Технология производства паровых и газовых турбин

вляться на сверлильных, револьверных и вертикально-фрезерных станках. Наиболее целесообразно применение револьверных станков. Этот процесс имеет значительные преимущества перед фрезерованием, так как позволяет: 1) применять стандартные

Рис. 51. Схема приспособления для спирального профилеобразования

режущие инструменты вместо дорогих профильных фрез; 2) увеличить производительность труда (при сверлении обрабаты­ ваются одновременно две лопатки); 3) сократить цикл обработ­ ки, так как отпадают операции, связанные с обработкой внут­ ренней галтели фрезерованием и шлифованием, которая не тре­ буется после обработки развертками.

Чтобы полностью использовать преимущества операции, це­ лесообразно предусматривать по ширине заготовки технологи­ ческий припуск (см., например, припуск А на эскизе готовой ло­ патки в табл. 8) с таким расчетом, чтобы центр радиуса внут­ реннего профиля находился на оси симметрии заготовки. При этом создаются благоприятные условия как для обработки са­ мих лопаток, так и для проектирования и изготовления устано­ вочных приспособлений.

При симметричном расположении боков заготовки относи­ тельно центра радиуса профиля.(см. эскиз лопатки в табл. 8) приспособление, например, для револьверного станка можно выполнить в виде простого в изготовлении двухкулачкового патрона с независимыми кулачками, показанного на рис. 52. Припуск А целесообразно удалять после облопачивания одно­

130

временно с операцией точения уплотнительных усиков на при­ пуске Б.

Ф р е з е р о в а н и е в н у т р е н н и х г а л т е л е й произво­ дится цилиндрическими фрезами в поперечном направлении и

в-в

Рис. 52. Патрон для обработки профилей лопаток:

1 — винт кулачка; 2 — кулачок; 3 — коромысло; 4 — упоп; 5 — ло­ патка; 6 — опора; 7 — корпус; 8 — компенсирующая прокладка

Прямолинейный

Рис. 53. Схема фрезерования внутренней галтели

является необходимой операцией после обработки внутренних профилей закрытых лопаток профильными фрезами. В этом слу­ чае на выходе фрезы у хвостовой части обрабатываемой лопатки (рис. 53, а) остается недофрезерованным участок, который тем больше, чем глубже профиль и чем больше радиус фрезы. По-

этому фрезы для обработки внутреннего профиля лопатки сле­ дует брать по возможности меньшего диаметра.

Операция выполняется цилиндрической фрезой, имеющей на торце соответствующий радиус. Длина фрезы должна быть больше величины /, указанной на рисунке. Когда внутренний профиль очерчен одним радиусом, направление подачи фрезы вертикальное (рис. 53, б). При наличии прямолинейного участ­ ка лопатка устанавливается, как показано на рис. 53, г. В слу­ чае, приведенном на рис. 53, в, остается увеличенный припуск,

для снятия которого требу­ ется дополнительная обра­ ботка в процессе шлифова­ ния профиля.

Вследствие сравнительно большой длины лопаток об­ работку галтелей произво­ дят со стороны хвоста. По­ этому приходится пользо­ ваться фрезами с ограничен­ ным по величине диаметром. Чтобы предупредить воз­ можные при этом поломки

оправок, их надо делать из особо прочных сталей, наиболее ус­ тойчивых против усталости, и, где возможно, устанавливать для них специальные поддержки (кронштейны). При особо малых диаметрах оправок необходимо изготовлять цельные фрезы вместе с хвостовиком и работать на малых подачах. Для предо­ хранения от врезания фрезы в лопатку, рядом с фрезой уста­ навливают ролик, который должен свободно вращаться на оправке (рис. 53, б). Прикоснувшись к лопатке, ролик останав­ ливается, что служит сигналом рабочего для прекращения по­ дачи.

Фрезерование косых внутренних галтелей производится в две операции: фрезерование прямой галтели и фрезерование косой галтели. Прямая галтель выполняется описанным выше спосо­ бом. Фрезерование косой галтели, т. е. галтели, расположен­ ной под некоторым углом, производится на том же приспособ­ лении, но повернутом на нужный угол (рис. 54). Фреза для фре­ зерования галтели под углом представляет собой цельную гри­ бовидную фрезу с радиусным профилем. Бугры, остающиеся в местах перехода от прямой галтели к косой, выбираются.-шли­ фованием.

нении которой должны быть выдержаны правильное взаимо­ расположение внутреннего и наружного профилей, заданная толщина профиля на кромках и в максимальном сечении, а так­ же установленная длина хвостовой части лопатки.

132

Обработка наружного профиля у коротких лопаток постоян­ ного сечения, изготовляемых из бруска, включает три операции: 1) облегчение выходной кромки; 2) облегчение входной кром­ ки; 3) обработку спинки и кромок профиля обкаткой, выпол­ няемой на вертикально-фрезерном станке. Приспособления для первых двух операций очень просты и их конструкция вполне понятна из схемы, приведенной на рис. 55. При наличии косой

Рис. 55. Схема фрезерования.углов наружного профиля и наруж­ ной косой галтели: •

а — на вертикально-фрезерном станке; б — на горизонтально-фрезерном

галтели лопатка устанавливается под углом, и кромки у основания хвоста получаются косыми, а переход на радиус профиля доводится шлифованием.

Схема обкатки профиля, очерченного двумя прямолинейны­ ми участками и радиусом (для третьей операции), показана на рис. 56 [4]. Положение / соответствует началу работы. В этот момент включается продольная подача стола и фрезеруется первый прямолинейный участок а. В положении II продольная подача выключается, и начинается поворот лопатки вокруг центра радиуса профиля, который должен быть совмещен с центром поворотного приспособления. Момент начала поворота определяется по совпадению рисок, нанесенных на станине и на столе станка. В положении III обкатка цилиндрической поверх­ ности закончена, и вновь включается продольная подача для фрезерования второго прямолинейного участка б. Полная об­ работка заканчивается в положении IV.

133

Приспособление состоит из основания с ограничителями по­ ворота 1 я 2 я поворотного стола с рычагом. В положении / ры­ чаг находится в пазу ограничителя 1. Фрезерование цилиндри­ ческой части профиля заканчивается совпадением рычага с па­ зом ограничителя 2. Ограничители могут устанавливаться на

любой угол.

Наиболе целесообразно взамен обкатки на указанном при­ способлении применять специальные копировально-фрезерные станки, например типов ОФ-8 или 6М42К, выпускаемые отече­ ственными станкостроительными заводами. На них могут быть

Стол станка

обработаны профили любого очертания (однорадиусные и мно­ горадиусные). Стол станка 2 (-рис. 57) под действием гидросис­ темы в точности следует за копиром 3, постоянно прижимаю­ щимся к ролику трейсера (щупа) 4. Точность и чистота поверх­ ности профиля при обработке на этих станках высокая. Наладка станка проста и состоит из установки зажимного при­ способления 1 и шаблона копира 3, помещаемого возле шпин­ деля трейсера. Приспособление может быть одноместным и многоместным. Приспособление, показанное на рис. 56, при на­ личии копировально-фрезерных станков целесообразно приме­

производится несколькими способами фрезерования с примене­ нием объемных копиров (моделей) на полуавтоматических ко­ пировально-фрезерных станках, электрическими методами или прецизионной штамповкой с последующей безразмерной обра­ боткой шлифованием. Характерными представителями подоб­ ных деталей являются лопатки газовых турбин и осевых ком­ прессоров.

134

Среди известных способов копировально-фрезерной обработ­ ки наиболее хорошо зарекомендовали себя для такого типа ло-

Рис. 57. Схема обработки наружных профилей лопаток на ко­ пировально-фрезерном станке 642К

паток следующие: а) фрезе­ рование поперечными строч­ ками цилиндрической фре­ зой на станках типа ОФ-31М; б) круговое фре­ зерование продольными и поперечными строчками.

Схема обработки на станке ОФ-31М показана на рис. 58. Копирование ведет­ ся автоматически по модели с масштабом 1:1. Метод по­ строчного фрезерования ци­ линдрической фрезой бази­ руется на том условии, что кривизна любого сечения обрабатываемой поверхно­ сти вдоль оси детали неве-

лика, а продольные образующие профиля внутри каждой выб­ ранной величины строки приближаются к прямой и образуют с горизонтом угол не более 18°. Наибольший суммарный угол на-

135

клона продольных образующих относительно друг друга не дол­ жен превышать 36°.

Обрабатываемая лопатка крепится в приспособлении, уста­ навливаемом поперек стола в направлении Y — У Фреза имеет только вращательное движение. Движения копирования — вер­ тикальное и покачивание стола вокруг оси X—X — осуществ­ ляются за счет перемещений стола при одновременном действии двух гидроцилиндров, получающих команды от двух копирных золотников. Подачи вдоль и поперек лопатки осуществляются также столом от отдельных гидроцилиндров.

Ширина фрезы выбирается в зависимости от кривизны про­ филя с таким расчетом, чтобы величина ступеньки между двумя параллельными строчками пе превышала 2/3 величины припус­ ка на шлифование, т. е. приблизительно 0,1—0,15 мм. Увеличе­ ние угла закрутки резко снижает допустимую ширину строчки и увеличивает трудоемкость обработки лопаток. Работы техно­ логов в области совершенствования обработки таких лопаток должны направляться на получение точных штамповок и точно­ го литья с оставлением минимальных припусков на шлифова­ ние и полирование. Не исключена возможность обработки та­ ких лопаток методом обтачивания и растачивания по копиру.

11. Электрофизические методы обработки лопаток

Внедрение электрофизических методов обработки лопаток тесно связано с применением жаропрочных сплавов трудно под­ дающихся или совсем не поддающихся обработке резанием. С повышением жаропрочности материалов резко ухудшается их обрабатываемость на металлорежущих'станках. Особенно за­ труднительной, а в некоторых случаях просто невозможной, становится обработка рабочих частей лопаток, где требуется применение-профильных фрез, которые, как известно, изготов­ ляются из быстрорежущей стали, и их режущие возможности по этой причине для обработки жаропрочных материалов ока­ зываются совершенно недостаточными.

Из электрофизических методов обработки в турбиностроении применяются электроэрозионные (электроискровой,, электроимпульсный, анодно-механический) и электрохимиче­ ские. Электроимпульсный метод является дальнейшим разви­ тием электроискрового способа и отличается от последнего применением устройства для генерирования импульсов. Исполь­

136

процесс происходит как бы в виде небольших взрывов: металл, расплавленный искрой, в газообразном состоянии мгновенно расширяется и выбрасывается с поверхности анода на катод, оседает на нем и затвердевает в виде наростов. Если же про­ цесс вести в какой-либо жидкости, не проводящей электриче­ ского тока (например, в керосине), то искра будет проскаки­ вать в этом промежутке между катодом и анодом так же легко,

как и через воздух, но образования наростов происходить не будет, так как брызги металла будут оседать в жидкости, а из­ делие в месте соприкосновения с инструментом примет его форму.

Схема электроискрового метода показана на рис. 59, б. Электрический ток от зажима 1 генератора постоянного тока подводится через сопротивление 3 к электроду-инструменту 5 и через зазор а проходит к обрабатываемой детали 6 и затем к зажиму 2. В электрическую цепь включен конденсатор 4, соз­ дающий импульсы, необходимые для образования искры. Соле­ ноидный регулятор заставляет колебаться электрод 5. При про-

137

скакивании искры ток также будет проходить через соленоид, намагничивать сердечник 8 и втягивать катушку 7. Это вызовет подъем электрода, увеличение зазора а и разрыв электрической цепи. Подача тока в катушку соленоида прекратится, сердеч­ ник размагнитится, и шпиндель с электродом опустятся вниз. При достижении установленной величины зазора а опять про­ изойдет проскакивание искры, и весь процесс повторится, в ре* зультате чего в обрабатываемой детали прошивается отверстие по форме электрода.

Сущность анодно-механического метода видна из схемы, изображенной на рис. 59, в. Электрод-инструмент 1, изготовлен­

постоянного тока 4. Под действием электрического тока элект­ ролит растворяет металл, образуя на поверхности заготовки в месте разрезания тонкую' пленку металла пониженной прочно­ сти. При своем вращении диск 1 легко соскабливает эту пленку.

Наиболее перспективными в производстве лопаток оказа­ лись: электроимпульсная обработка, предназначаемая в основ­ ном для предварительной обработки, и электрохимическая — для окончательной обработки.

Электрофизические методы часто сочетают с механическими методами обработки; электрофизическими методами обрабаты­ вают рабочие части лопаток, а механическим резанием — осталь ные элементы. Электрофизические методы, проверенные при из­ готовлении лопаток из жаропрочных сплавов, применяют в се­ рийном производстве лопаток не только газовых турбин, но и паровых турбин, имеющих сложную форму, независимо от жаро прочности материала. Они уже успешно используются при обра­ ботке лопаток длиной до 350 мм и внедряются при обработке лопаток большей длины.

Сущность электроимпульсной обработки состоит в следую щем: на обрабатываемую деталь 1 (рис. 59, г) и электроды 2, помещенные в ванне 3 с диэлектриком, которым служит транс­ форматорное или веретенное масло, подается импульсное на­ пряжение от специального генератора импульсов. В результате воздействия электрического тока и постепенного перемещения электродов в направлении s происходит съем металла с поверх­ ности обрабатываемого изделия. При электроимпульсной обра­ ботке используются электрические импульсы напряжения при­ мерно 25 В й длительностью около 0,001 с с частотой повторе­ ния 400 импульсов в секунду. Установка потребляет ток силой

до 300 А и более, вырабатываемый специальными машинными генераторами.

Интенсивность съема металла зависит главным образом от силы тока. Чем больше сила тока, тем больше съем металла и

138

величина неровностей на обрабатываемой поверхности. С пони­ жением электрических режимов чистота поверхности улучшает­ ся. Скорость съема металла достигает 1000 мм3/мин при точно сти в 0,2—0,3 мм и получаемой чистоте поверхности 3—4-го классов. Из-за термического характера процесса на обрабаты­ ваемой поверхности создается поврежденный слой, глубина ко­ торого достигает 0,2—0,5 мм. Этот слой снимается при даль­

примерно 0,05—0,3% от объема снимаемого слоя металла.

Для электроимпульсной обработки в турбиностроении при­ меняют одношпиндельные и однопозиционные станки моделей 473 и 4723 Троицкого станкостроительного завода и специаль­ ные станки МЭ-8. На станках моделей 473 и 4723 обрабатыва­ ют попеременно внутренний или наружный профиль лопаток На станке МЭ-Éf производится одновременная обработка внут­ реннего и наружного профилей лопаток непосредственно из за­ готовки-штамповки. Схема такой обработки показана на рис. 59, г. Здесь обрабатываются одновременно две лопатки на разных режимах. Так, в первой позиции лопатка обрабатывает­ ся на грубом режиме для снятия основной массы металла в ко­ роткий промежуток времени; на второй позиции профиль лопат­ ки обрабатывается на мягком режиме, .обеспечивающем задан­ ную точность профиля и хорошее качество поверхности. Весь цикл обработки профиля рабочей части лопатки на грубом и мягком режимах не превышает 40 мин.

Финишная обработка производится электрохимическим ме­ тодом. При этом электроимпульсной обработкой снимают при­ пуск с заготовок до получения эквидистантного расположения его вокруг профиля лопаток, а электрохимической обработкой снимают остальной припуск. Целесообразно припуск под элект­ рохимическую обработку оставлять 1,3—1,5 мм.

Размерная электрохимическая обработка осуществляется на специальных станках для электрохимической обработки. Про­ мышленностью для указанных целей выпущена гамма станков ЭХО-1, ЭХО-2, АГЭ-2, АГЭ-3, основанных на схеме обработки подвижными электродами.

Процесс электрохимической обработки основан на анодном растворении металлов с прокачкой электролита и состоит в сле­ дующем. Обрабатываемая лопатка, являющаяся анодом, за­ крепляется в специальном приспособлении (рис. 59, д) между двумя объемными латунными (можно и из стали 1X13) элект­ родами 1 и 2, выполненными по профилю лопатки. В данном процессе они являются катодами. Зазор между электродами и обрабатываемыми поверхностями составляет 0,2—0,3 мм. Через зазор циркулирует подаваемый по трубе 3 электролит с боль-

139