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

шой скоростью (10—12 м/с) под давлением 100—150 Н/см2 (10—15 кгс/см2). В качестве электролита (токопроводящей жидкости), как правило, используется 10%-ный раствор пова­ ренной соли.

Струя электролита, протекающая с большой скоростью в межэлектродном зазоре, при пропускании тока определенной плотности интенсивно растворяет поверхность анода (лопатки) и выносит продукты растворения; при этом профиль катодаинструмента копируется на заготовке.

Ввиду того что процесс электрохимической обработки проис­ ходит без непосредственного контакта электродов с лопаткой, инструмент практически не срабатывается. Производительность электрохимической обработки составляет 0,2—0,4 мм/мин с каждой стороны профиля лопатки. Чистота обработки соответ­ ствует 7—8-му классам при точности обработки размеров по профилю до 0,1 мм. Имеются примеры достижения и более вы­ сокой производительности и точности обработки, когда съем металла с лопатки доходит до 1 мм/мин при чистоте поверхно­ сти б—7-го классов и точности размеров профиля по шаблону в пределах 0,05 мм.

Производительность электрохимической обработки не зави­ сит от марок материала лопаток, а зависит только от электриче­ ских режимов.

Интенсивность съема определяется уравнением

Q = с it,

где Q — количество снятого металла в г;

С — электрохимический эквивалент металла заготовки в г/А-мин;

I — сила тока в А; t — время в мин.

Скорость съема при электрохимической обработке выра­ жается следующей зависимостью:

S = СѵѴ^

ho

где Сѵ— объемный электрохимический эквивалент металла за­ готовки в мм3/А-мин;

U — напряжение на электродах в В;

■у — электропроводность промежутка в 1/Ом-см; ho — расстояние между электродами.

В процессе-электрохимической обработки термических явле­ ний на обрабатываемой поверхности не происходит вследствие чего отсутствуют остаточные напряжения, а следовательно, ис­ ключается и деформация лопаток. Однако после электрохими­ ческой обработки на поверхности лопаток обнаруживается рас­ травливание по границам зерен, поэтому рекомендуется после

НО '

нее проводить механическое полирование, оставляя для этого припусГк около 0,05 мм.

В некоторых случаях, в результате недостаточно на­ дежной защиты установочных (базовых) поверхностей лопатки от циркуляции электролита, происходит ненужное травление этих поверхностей, вызывающее необходимость вводить допол­ нительную механическую обработку. Этого можно избежать пу­ тем обеспечения полной защиты установочных поверхностей, применяя латунные вставки, покрытые снаружи резиной [13].

Станки для электроимпульсной и электрохимической обра­ ботки обычно устанавливаются на одном производственном участке, так как они дополняют друг друга.

12. Обработка профильных частей длинных рабочих лопаток последних ступеней паровых турбин

Рост мощности турбин сопровождается увеличением длины рабочих частей лопаток последних ступеней. Это можно видеть на рис. 60, где показаны колеса последних ступеней ряда тур-

Рис. 60. Колеса последних ступеней мощных советских турбин:

а — 18-я ступень ВК-50-І; б — 22-я ступень СВК-І50-І; в — 26-я ступень ПВК-200-2; г — 27-я ступень ПВК-200-1; д — 21-я ступень ВКТ-100; е — 21-я ступень ПВК.-150

бин ЛМЗ и ХТГЗ. По сравнению с турбиной ЛМЗ СВК-150-1, где длина рабочей части последней ступени составляет 664 мм, в турбине ПВК-200-1 она равна 765 мм, а в турбине ПВК-150 ХТГЗ эта же длина составляет уже 780 мм.

При создании паровых турбин типа К-300-240 заводы спро­ ектировали и изготовили еще более длинные лопатки. Так, ло-

141

патка турбины К-300-240 ЛМЗ (рис. 61) имеет длину рабочей части 960 мм, а лопатка ХТГЗ — 1050 мм. С конструктивной точ­ ки зрения указанные здесь длины лопаток не являются пре­ дельными; при использовании для лопаток титановых сплавов возможно дальнейшее увеличение их длины.

Свозрастанием длины увеличивается

исложность профиля лопаток. Для при­ мера на рис. 62 показана лопатка послед­ ней ступени турбины 100 МВт ХТГЗ. Из анализа этого чертежа можно установить следующие конструктивно-технологичес­

никло много новых сложных технологических задач и опреде­ лилась необходимость создания новых крупных специальных и специализированных станков. Практика показала, что принци­ пы построения технологических процессов обработки коротких лопаток не могут быть использованы при обработке длинных лопаток. Принятое для коротких лопаток чередование этапов об­ работки (подготовка баз, обработка хвоста, затем рабочей части и головки) также требует пересмотра. Необходима также су­ щественная доработка и совершенствование технологичности конструкции длинных лопаток, особенно в отношении определе­ ния наиболее рациональных технических требований к ним. Про­ цесс обработки длинных лопаток находится в стадии изучения, становления и развития. В силу указанных причин в табл, 7—12 нет схем типовых технологических процессов обработки длинных лопаток. Приводимые ниже некоторые способы обработки про-

142

филей длинных лопаток не могут рассматриваться как оконча­ тельно отработанные. В процессе их освоения и изучения они будут непрерывно совершенствоваться.

Рис. 62. Лопатки последней ступени турбины мощностью 100 МВт

наружной поверхностей одновременно; третий — размерная электрохимическая обработка рабочей

части; четвертый — точная или прецизионная штамповка (вальце­

вание с последующим безразмерным шлифованием и полирова­

нием) .

Раздельная механическая обработка осуществляется по объ­ емным копирам (прямым или обратным) на копировально­ фрезерных, копировально-строгальных и копировально-шлифо­ вальных станках. Существуют следующие основные виды раз­ дельной обработки:

а) внутренних поверхностей — продольными строчками на копировально-строгальных станках;

143

наружных поверхностей — продольными строчками цилинд­ рическими фрезами на копировально-фрезерных станках;

б) внутренних и наружных поверхностей —■на копировально­ фрезерных станках пальцевыми фрезами, продольными или по­ перечными строчками;

в) внутреннего профиля специальными фасонными фрезами (способ ХТГЗ), профиль которых с достаточной технологической точностью обрабатывает профили всех сечений лопатки; при обработке лопатке придается движение по копирам, обеспе-

Рис. 63. Схема обработки наружного профиля длинных лопаток про­ дольными строчками:

чивающим заданный закон траектории движения лопатки относительно фрезы в трехмерном пространстве.

Схема обработки наружного профиля продольными строч­ ками на вертикально-фрезерном станке показана на рис. 63, а. На столе станка устанавливается специальная двухшпиндель­ ная головка с поддерживающими центрами. В переднем шпин­ деле устанавливается оправка с лопаткой, во втором — копир, контактируемый с роликом, прикрепленным к вертикальным на­ правляющим станка. Постоянный контакт обеспечивается гид­ равликой от насосной станции или с помощью грузов, при сня­ том винте поперечной подачи стола. Синхронный поворот шпинделей обеспечивает подачу на строку. Из схемы видно, что применяемый в данном случае копир имеет обратный контур. Копир может быть изготовлен на этом же станке фрезеровани­ ем по эталонной лопатке. После фрезерования копир подверга­ ют термической обработке до твердости HRC 50—55.

144

прямого копирования. Длина обработки 1000 и 1500 мм. Давле­ ние на ролик следящей системы не выходит за пределы 1 кг, что позволяет облегчить конструкцию копиров.

На ТМЗ изготовлены сборные копиры вместо объемных для обработки лопаток длиной 1125 мм. На валике (основе сборно­ го копира) закреплены радиально пластины толщиной 2 мм.

Рис. 64. Копировально-фрезерный станок для поперечного кругового фре­ зерования рабочих частей лопаток большой длины

Рабочая поверхность каждой из них является'копией траекто­ рии движения фрезы по заданной строке. Опыт эксплуатации сборных копиров показал удовлетворительные результаты. Ра­ счет профилей шаблонов при помощи электронно-вычислитель­ ной машины занимает не более 5 мин.

Внутренний профиль лопатки обрабатывается на копироваль­ но-строгальных станках ГД-19 и ГД-20. При большой закрутке профиля лопатке сообщается дополнительное угловое движение относительно резца для создания нормальных условий резания вдоль всего рабочего хода.

Круговая механическая обработка рабочих частей лопаток осуществляется на особых копировально-фрезерных станках продольными или поперечными строчками (рис. 64).

145

Станки, работающие по методу кругового фрезерования, из­ готовляются как гидро-, так и электрокопировальными. При по­ луавтоматическом цикле работы они имеют три, четыре, пять, шесть и восемь шпинделей. При обработке лопатка, установ­ ленная в приспособление, вращается, а инструмент (дисковая фреза) совершает движение по копиру. Копиры в различных конструкциях станков бывают прямые или обратные.

При фрезеровании круговыми поперечными строчками заго­ товкам придается вращательное движение с переменной угло­ вой скоростью. Обработка осуществляется за два прохода: пер­ вый— предварительный — оставляет припуск 1 —1,5 мм на сто­ рону, второй — окон­ чательный. При этом способе одновременно обрабатываются пло­ щадки под стеллитовые пластинки и утолщения под скрепляющую про­

волоку.

Станки для круго­ вого фрезерования вы­ пускаются для обра­ ботки лопаток разных размеров. При обра­ ботке длинных, недо­ статочно жестких лопа­ ток станки снабжаются специальными люнета­

ми с гидравлическими зажимами, обеспечивающими надежное крепление вдоль всего переменного профиля лопатки. Преиму­ ществом кругового фрезерования является высокое качество обработки. Характерной особенностью кругового способа яв­ ляется постоянство технологических баз. При обработке внут­ реннего и наружного профилей используется одна установка без смены положения лопатки. Точность профиля при изготов­

состоит из собственного отклонения профиля, отклонения от номинального угла закрутки и смещения рабочей части относи­ тельно осей Х и У.

На рис. 65 показано приспособление с шаблонами. Приспо­ собление состоит из основания 4 с профрезерованными про­ дольными пазами; набора штифтов 1 для крепления шаблонов и набора шаблонов по сечениям 3. Основание, штифты и шаб­ лоны изготовляются по второму классу точности. Такое приспо­

146

собление позволяет ориентировать в пространстве положение лопатки и шаблона относительно осей X и Y (см. рис. 50, б). Отклонение профиля рабочей части лопатки 2 от размеров чер­ тежа в направлении осей координат определяют путем замера зазоров между шаблоном и поверхностью лопатки в каждом сечении. Проверка производится пластинчатым щупом. Откло­ нение от оси контролируют глубиномером.

Недостатком этого метода проверки профиля лопатки явля­ ется малая производительность и невысокая точность измерения. Более целесообразно было бы использовать два комплекта шаб­ лонов. Первый — для контроля профиля свободным приложе­ нием; втопой — аналогичный указанному на рис. 65, но выпол-

разместились в окне, образованном при соединении двух шабло­ нов и выполненном, как указано выше, с учетом допустимых отклонений,— это означает, что все отклонения находятся в пределах допустимых. Задача конструкторов и технологов най­ ти правильное решение вопросов измерения. Целесообразно также использовать опыт авиационной промышленности по при­ менению оптических методов контроля [17]. Методы базирова­ ния длинных лопаток также подлежат изучению.

Хорошие результаты были получены на Турбомоторном за­ воде при обработке направляющих лопаток сложнопространст­ венной формы на центрах (рис. 66). Центровые отверстия диа­ метром 5 мм и с углом 60° сверлились в торцах заготовки в рай­ оне максимальной толщины (сеч. ЛЛ). Осевая линия центров находилась параллельно базовой линии, проходящей через вы­ ходную кромку. Технологический припуск на выходной кромке шириной 10 мм служил для крепления к упорам, определяю­ щим повороты лопатки. Одновременно этот припуск увеличивал жесткость наиболее тонкой части профиля — выходной кромки.

На технологическом припуске выполнялись врезы R = 30 мм (сеч. ВВ и ГГ) для прижимных планок, что было необходимо для предохранения прижимов от срезания фрезой. На рис. 67

147

показано несколько положений лопатки в процессе обработки. Приспособление (центровое) показано на рис. 68. В одном при­ способлении, с применением сменных опор 13, выполнялись все операции, связанные с подготовкой баз и профилированием. Установка в центрах обеспечила высокую точность обработки.

Использование центровых приспособлений позволяет приме­ нить установочные шаблоны, значительно сокращающие время установки заготовок и исключающие брак лопаток, возможный при неправильной наладке операции. Шаблоны представляют собой пластины, выполненные по размерам и форме сечения за­ готовки, которые она должна иметь после данной операции (на­ пример, поз. 12, рис. 68). Шаблон имеет отверстие, ось которо­ го расположена соответственно положению оси центров . при­ способления. Этим отверстием шаблон устанавливается на ва­ лик и вместе с валиком в центра приспособления. К шаблону подводится фреза, и путем перемещения всего приспособления относительно фрезы, а также подналадки опоры 13 добиваются совпадения профиля фрезы и профиля шаблона. При их совпа­ дении установка будет правильной как по профилю, так и по глубине фрезерования.

Без применения шаблонов уточнение установки осуществля­ ется путем опытных проходов, на что затрачивается много вре­ мени. В рассмотренном примере при длине лопаток, включая и технологический припуск, равной 810 мм, благодаря примене­ нию шаблонов на каждой установке экономилось от 2 до 3 ч ра­ бочего времени.

13. Обработка головок, сверление, шлифование, контроль лопаток

Головки лопаток можно разделить на две группы: а) с шипа­ ми и б) с утонением. Шипы бывают профильные, прямоуголь­ ные и круглые. Размеры шипов выполняют по 4-му классу точ­ ности.

прямоугольник (при больших размерах профилей); 3) закруг­ ление первого шипа; 4) закругление второго шипа. На рис. 69, а показано положение лопатки под фрезерование на прямоуголь­ ник (опер. 2) и закругление шипов (опер. 3 и 4). Черным пока­ зан слой металла, снимаемый при обтачивании; штриховкой — при дополнительном фрезеровании.

Закругление шипов выполняется на горизонтально-фрезер­ ных станках при помощи патрона, показанного на рис. 69, б. Патрон имеет ползушку, в которой закрепляется резец. Пере­ двигая ползушку, можно установить резец для обточки шипов разных размеров.

149