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

заготовки. Огранка в отверстии кольца (рис. 2, ж) образуется вследствие деформации кольца при его закреплении под обра­ ботку отверстия в четырехкулачковом патроне. Погрешности формы плоских деталей (рис. 2, з, и) могут быть, например, следствием неточности и недостаточной жесткости станка, де­ формации детали при закреплении под обработку, неравномер­ ности припуска и неоднородности материала заготовки.

Достижение требуемых показателей точности обработки на каждой технологической операции определяется тщательностью проведения этой операции, качеством применяемых приспособ­ лений, степенью жесткости станка и инструмента, точностью и сроками выполнения подналадок оборудования, величиной по­ дач и скоростью резания, толщиной снимаемой стружки.

Для обеспечения требуемой точности при обработке поверх­ ностей детали резанием технология должна строиться по прин­ ципу постепенного приближения формы детали к теоретической путем выполнения ряда операций, из которых каждая последую­ щая производится с меньшей глубиной резания, меньшей пода­ чей и меньшим усилием. В результате этого неизбежные дефор­ мации узлов металлорежущих станков, инструмента и самих деталей в процессе обработки становятся с каждой последую­ щей операцией меньшими, и точность формы и размеров обраба­ тываемой детали возрастает.

Для исключения температурных деформаций следует рабо­ тать с охлаждением, что одновременно уменьшает износ инстру­ ментов и повышает чистоту обработки. Сокращение погрешно­ стей взаимного расположения поверхностей детали достигается путем надлежащей подготовки базовых поверхностей и правиль­ ного базирования деталей при обработке.

Важным мероприятием для снижения деформации деталей является хорошо продуманное и правильно осуществленное крепление их в процессе обработки, не допускающее пережимов и исключающее появление изгибающих моментов, о чем подроб­ нее говорится в следующем разделе.

2. Основы базирования деталей в процессе их обработки

Установка заготовок для обработки на станке включает их' базирование и крепление. В процессе базирования заготовке придается определенное положение относительно обрабатываю­ щих инструментов; в процессе крепления обеспечивается неиз­ менность ее положения во время обработки.

Для базирования используют отдельные поверхности или со­ четания нескольких поверхностей детали, имеющие среди дру­ гих, как правило, наибольшую ширину и протяженность1

1 И здесь, и далее под понятием «поверхности» имеются в виду как от­ дельные поверхности, так и сочетания нескольких поверхностей.

50

Поверхности заготовки, ориентирующие ее при установке для . обработки, называют установочными базами', поверхности, от которых заданы выдерживаемые при обработке размеры,— из­ мерительными базами. Желательно, чтобы эти поверхности сов­ падали и с конструкторскими базами. Поверхности, выбранные в качестве установочных баз, должны быть обработаны в самом начале процесса.

Выбору баз должно предшествовать тщательное изучение чертежа детали с анализом служебного назначения каждой из ее поверхностей в работающей машине. Обычно все поверхности де­ талей машин по их служебному назначению можно разделить на следующие четыре вида.

Первый вид — исполнительные поверхности, при помощи ко­ торых машина, сборочные единицы или отдельные детали вы­ полняют свое служебное назначение. У лопаток турбины к этому виду следует отнести поверхности рабочих частей, которые пред­ назначены для преобразования тепловой энергии пара или газа в механическую работу.

Второй вид —• базирующие поверхности, или, иначе говоря, основные конструкторские базы детали. Это поверхности, при помощи которых деталь присоединяется к другим деталям ма­ шины и занимает в отношении их требуемое положение. Напри­ мер, у турбинных лопаток — это поверхности хвостов. Такие поверхности играют наиболее ответственную роль, определяя требуемое положение детали в машине или, иначе говоря, поло­ жение всех остальных поверхностей детали, образующих ее кон­ структивные формы.

Третий вид — вспомогательные поверхности детали. Это по­ верхности, при помощи которых деталь определяет положение всех других присоединяемых к ней деталей, а тем самым и от­ носительное положение этих деталей в машине. Такими поверх­ ностями у лопаток будут, например, поверхности шипов у голо­ вок, предназначенные для крепления бандажей и определяющие положение бандажей на рабочем колесе турбины, или отверстия в рабочей части для установки скрепляющей проволоки.

Четвертый вид поверхностей — свободные. К ним относятся поверхности, свободные от сопряжения с другими деталями. Их назначение заключается в соединении между собою поверхно­ стей первых трех видов и придание совместно с ними необходи­ мых конструктивных форм детали.

Требования к точности размеров этих поверхностей обычно не регламентируется.

Анализируя служебное назначение отдельных поверхностей детали, технолог должен составить себе ясное представление о последовательности обработки детали и о поверхностях, кото­ рые необходимо использовать в качестве установочных баз на всех стадиях обработки. Эти поверхности должны быть обрабо­ таны наиболее тщательно как с точки зрения правильности их

51

форм, так и с точки зрения правильности и точности их взаим­ ного положения в пространстве.

В производстве часто приходится иметь дело с явлением смены баз, т. е. устанавливать детали при обработке на разные базовые поверхности.

Смена баз бывает необходима в случаях;

1)когда нельзя обработать все поверхности детали (заготов­ ки) с одной установки;

2)когда для получения требуемой точности или других по­ казателей качества деталь приходится обрабатывать на разных

станках; 3) когда для обработки детали приходится, применять раз­

личные виды обработки и, следовательно, вести обработку на различных по своему назначению металлорежущих станках (то­ карном, фрезерном, зуборезном и т. п.).

Осуществляя смену баз технолог должен заранее рассчитать и установить определенные допуски на неточность обработки по­ верхностей, намеченных в качестве базовых, с целью сохранения необходимой связи между поверхностями прежней и вновь на­ мечаемой технологической базы и исключения возможности вы­ хода отклонений размеров обрабатываемой детали при смене баз за пределы установленных допусков.

Каждая смена баз всегда сопровождается появлением доба­ вочных погрешностей на поверхностях детали и связывающих их размерах. Поэтому надо стремиться к тому, чтобы по воз­ можности все поверхности детали можно было обработать и измерить от одних и тех же технологических баз, или, другими, словами, использовать принцип единства баз.

Практически принцип единства баз используется в полной мере лишь при обработке деталей в центрах на токарных стан­ ках и в патронах, выполняемой с одной установки. Если нельзя полностью применить принцип единства баз при обработке той или иной конкретной детали, то надо так построить процесс, чтобы данный принцип был использован в максимально возмож­ ной степени. Особенно это относится к той обработке, где тре­ буется наиболее высокая точность взаимного расположения по­ верхностей данной детали, т. е. надо, обеспечить обработку хотя бы этих поверхностей с одной установки.

Из механики известно, что каждое свободное абсолютно твердое тело имеет шесть степеней свободы (три поступатель­ ных и три вращательных) и положение его вполне определяется шестью независимыми величинами, например шестью координа­ тами относительно трех взаимно перпендикулярных плоскостей. В соответствии с этим для определения правильного положения детали в приспособлении при его проектировании необходимо придерживаться принципа шести точек. Подробно с этим прин­ ципом и с его использованием при проектировании приспособле­ ний можно ознакомиться в специальной литературе.

52

Силовое замыкание необходимо для того, чтобы деталь заня­ ла и сохранила неизменным требуемое положение в процессе обработки. Для этого к детали прикладываются силы с целью ее закрепления. Естественно, что силы и их моменты, создающие силовое замыкание и обеспечивающие непрерывность контакта обрабатываемых деталей и элементов крепления, должны быть больше сил и их моментов, стремящихся нарушить, этот контакт в процессе обработки.

При приложении сил, обеспечивающих силовое замыкание, могут возникать деформации закрепляемой детйли. Эти дефор­ мации могут быть: контактными — за счет смятия микронеров­ ностей опорных поверхностей; изгиба — за счет изгибания де­ тали силами прижима при расположении этих сил вне опорных точек или между ними.

Для исключения указанного явления необходимы:

а) надлежащий выбор и подготовка базирующих поверх­ ностей;

б) создание правильного силового замыкания с расположе­ нием точек приложения сил по возможности против опорных точек;

в) уменьшение контактных деформаций.

Глава VI. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ ПРОИЗВОДСТВА

1. Нормирование и методы повышения производительности труда

Под производительностью труда понимается эффективность затрат труда, уровень трудовых затрат на единицу продукции. Неуклонное повышение производительности труда является важ­ нейшим условием роста и совершенствования социалистического производства, экономическим законом его развития.

Непрерывный технический прогресс, техническое совершен­ ствование производства являются материальной основой и глав­ ным источником быстрого роста производительности труда на социалистических предприятиях. Технический прогресс находит свое выражение в создании новых более экономичных и эффек­ тивных машин, которые могут изготовляться с меньшими затра­ тами труда и материальных ресурсов. Ведущая роль в этом деле принадлежит конструкторам и технологам предприятия.

В машиностроении измерение производительности труда ве­ дется в единицах нормированного времени. Прогрессивные тех­ нически обоснованные нормы служат большой мобилизующей силой в борьбе за неуклонный рост производительности труда. Вопросы нормирования труда подробно изучаются в курсе «Эко­ номика промышленности». В данном разделе мы остановимся

53

только на основных положениях технического нормирования, по­ зволяющих более ясно изложить некоторые технологические ос­

партию изготовляемых деталей, т. е. времени на ознакомление с чертежом и технологическим процессом, на наладку станка для обработки партии деталей, на получение и сдачу работы, приспособлений, инструментов, чертежей и технологической до­ кументации, а также времени на приведение в порядок рабочего места после окончания работы;

Т’парт = tn — нормированное время на выполнение одной опера­ ции при партии деталей в количестве п штук.

Сокращение подготовительно-заключительного времени мо­ жет быть достигнуто на основе лучшей организации труда, свое­ временной и хорошей подготовки производства, правильного об­ служивания рабочего места, предварительного комплектования чертежей, инструментов и приспособлений, необходимых для выполнения операции и подноски их к станку, применения про­ грессивных быстро налаживаемых приспособлений и других ме­ роприятий по совершенствованию организации производства.

Штучное время выражается формулой

—вспомогательное время;

л/0б •— время обслуживания рабочего места;

tÄ— время перерывов на отдых и естественные надобности рабочего.

При станочной обработке основное технологическое время определяется расчетом, для каждого технологического перехода в отдельности, по формуле вида

^от— >

SM

54

где L — расчетная длина обработки (в мм), получаемая путем прибавления к длине обрабатываемой поверхности раз­ меров пути на врезание и перебег режущего инстру­ мента;

і — число проходов в данном переходе; sM—■минутная подача инструмента в мм.

При проведении расчета используются операционно-норми­ ровочные карты по разработанному технологическому процессу. Вспомогательное время затрачивается на элементарные дейст­ вия (приемы), являющиеся вспомогательными при выполнении обработки деталей. Сумму основного и вспомогательного време­ ни называют оперативным временем. При станочной обработке основное технологическое время может быть уменьшено за счет повышения режимов резания (sM), уменьшения расчетной дли­ ны (L) и уменьшения числа проходов (£).

Из числа технологических мероприятий, направленных на по­ вышение режимов резания, можно назвать внедрение нового высокопроизводительного оборудования, модернизацию действу­ ющего оборудования, совершенствование конструкции и геомет­ рии режущего инструмента, изыскание и внедрение в производ­ ство новых высокостойких инструментальных материалов и твер­ дых сплавов.

Сокращение вспомогательного времени может быть достигну­ то за счет механизации и автоматизации работ. Внутри станоч­ ных операций, которые считаются в принципе механизирован­ ными, большинство вспомогательных приемов являются не меха­ низированными, так как выполняются вручную. К ним относится установка и закрепление деталей, управление механизмами станка, контроль размеров в процессе обработки. Процесс реза­ ния, т. е. основная полезная работа станка, затрачиваемая на резание металла, особенно на крупном оборудовании при обра­ ботке корпусных деталей турбин, составляет меньше половины штучного времени. Поэтому механизация вспомогательных прие­ мов является крупным резервом повышения производительности труда и лучшего использования оборудования.

При определении направления рационализации технологиче­ ских и производственных процессов не может быть общего под­ хода. В каждом отдельном случае должны приниматься реше­ ния, основанные на глубоком критическом анализе конкретных условий. В одном случае это может быть повышение режимов обработки, т. е. сокращение машинного времени, а в другом —■ вспомогательного.

Рассмотрим, например, обработку турбинных лопаток первой и последней ступени. Лопатка первой ступени имеет длину 40 мм, а последней ступени 1030 мм. В первом случае машинное время при обработке наружного профиля профильной фрезой составляет около 2 мин, а'во втором — 55 мин при установочном времени соответственно 2 и 6 мин. Если с применением механи-

55

зации установочное время можно сократить в 3 раза, то в пер­ вом случае это даст сокращение штучного времени на 33%, а во втором — только на 5%. В силу этого в первом случае (учиты­ вая меньшую сложность модернизации приспособления, чем во втором случае) механизация зажима детали в приспособлении может оказаться целесообразной, тогда как во втором случае затраты на ее осуществление могут не оправдаться.

Основными мероприятиями, направленными на повышение производительности труда, являются совершенствование конст­ рукции выпускаемой продукции с разработкой новых наиболее экономичных и эффективных машин, которые могут изготовлять­ ся с меньшими затратами труда и материальных ресурсов; со­ вершенствование технологичности изделий; внедрение прогрес­ сивной технологии; совершенствование парка основного обору­ дования предприятий на основе применения более высокопроиз­ водительных станков и модернизации существующих; оснащение технологических процессов высокопроизводительными инстру­ ментами и приспособлениями, механизирующими и автоматизи­ рующими труд; максимальная типизация технологических про­ цессов и унификация деталей, что позволяет совершенствовать формы и виды применяемых производственных процессов.

2. Себестоимость машины и резервы ее снижения

Каждая вновь изготовляемая машина должна не только от­ вечать всем требованиям ее служебного назначения, но и отли­ чаться от ранее выпущенных меньшими затратами материалов и обоих видов труда (живого и овеществленного). Полные за­ траты труда и материалов на изготовление машины, выражен­ ные в денежной форме, Определяют себестоимость данной ма­ шины. Непрерывное снижение себестоимости выпускаемых ма­ шин является одной из основных задач технологии машинострое­ ния. Различают себестоимость машины в целом, себестоимость ее отдельных сборочных единиц, деталей и отдельных операций технологического процесса их изготовления.

Снижение себестоимости достигается путем проведения боль­ шого количества различных организационно-технических меро­ приятий. В начале данного раздела на отдельных примерах бы­ ли показаны технологические основы повышения производитель­ ности труда, которые одновременно являются и путями снижения себестоимости продукции.

На рис. 3 показана структура себестоимости турбины [9] по усредненным показателям ряда турбинных заводов. Как можно определить по этому рисунку, основными резервами снижения себестоимости являются:

а) снижение расходов на материалы, что может быть достиг­ нуто путем применения более рациональных заготовок, влияю-

56

щих на уменьшение расхода металла, применения более деше­ вых марок материалов и более дешевых заготовок;

б) снижение трудозатрат за счет совершенствования техно­ логических процессов;

в) снижение накладных расходов путем лучшего использо­ вания оборудования, приспособлений и инструментов, экономии электроэнергии, воды, воздуха, топлива и других вспомога­ тельных материалов, стоимость которых учитывается в статье накладных расходов.

в имеющихся производственных условиях; не завышены ли точ­ ность и чистота обработки детали; надо учесть также ожидае­ мый расход и стоимость металла; просмотреть возможность уни­ фикации детали, т. е. возможность использования уже изготов­ ленных деталей других машин.

Конструктор при проектировании изделий должен также учесть, какое количество их подлежит изготовлению. От этого в значительной степени зависит технология изготовления новой машины. Машина, сборочная единица и деталь, спроектирован­ ные без рассмотрения технологии их изготовления, могут ока­ заться или вовсе непригодными для производства, или потребу­ ют слишком больших затрат. Деталь, спроектированная для единичного изготовления, может оказаться абсолютно нетехно­ логичной в массовом производстве, и наоборот.

57

Р А З Д Е Л Т Р Е Т И Й

МЕХАНИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ОСНОВНЫХ ДЕТАЛЕЙ РОТОРОВ ТУРБИН

Глава VII. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О РОТОРАХ ТУРБИН

Ротором называется вращающаяся часть турбины, несущая на себе рабочий лопаточный аппарат, с помощью которого осу­ ществляется преобразование кинетической и потенциальной энергии рабочей среды (пара, газа) в механическую работу пу­ тем вращения турбиной подсоединенного к ней ротора генера­ тора или любой другой рабочей машины.

Ротор является наиболее ответственной частью турбины. В условиях эксплуатации турбины ротор подвергается действию центробежных сил, крутящего и изгибающего моментов, растя­ гивающих осевых сил и нагрузки от собственного веса. Лопатки и диски ротора при действии на них возмущающих сил как от рабочей среды (пара, газа), а также и по другим причинам, ра­ ботают в условиях вибрации со знакопеременными напряжения­ ми. По своей конструкции роторы разделяются на дисковые, цельнокованые, барабанные и комбинированные.

Дисковый ротор [рис. 4 (передний план) и рис. 120] пред­ ставляет собой вал с насаженными на него облопаченными дис­ ками. Применяют такие роторы в области умеренных темпера­ тур и давлений пара.

У цельнокованых роторов вал откован заодно с дисками (рис. 5). Они применяются для мощных турбин высокого давле­ ния. При температурах пара 500° С и выше отсутствие по­ садок дисков является основным преимуществом таких ро­ торов.

Барабанным ротором называется барабан (рис. 6, а), отко­ ванный заодно с валом, в пазы которого вставляются рабочие лопатки. Такие роторы делают составными, что обеспечивает возможность их облегчения путем растачивания бочкообразной плоскости в барабане. Отдельные части ротора соединяются го­ рячей посадкой и скрепляются между собой при помощи болтов (рис. 7).

В газовых турбинах применяются преимущественно роторы барабанного типа. Барабанная часть ротора может иметь еще и насадные диски. В таком случае роторы называются комбиниро­ ванными.

59