книги / Технология автоматизированного производства лопаток газотурбинных двигателей

Последний путь более предпочтительный, так как он позволяет вы­ членить некоторую общность технологических подходов по подготовке технологических баз, определить порядок их смены. Пример вертикаль­ ной иерархии базы технологий детали "Лопатка турбинная" приведен в табл. 1.2.

В данном случае групповая технология представлена в виде 11 ос­ новных принципиальных этапов (примерного маршрута обработки), оп­ ределяющих последовательность изготовления детали, а именно:

1)заготовительные операции (слесарные, полировальные, операции входного контроля);

2)операции изготовления технологических баз от профиля пера ло­ патки (выполнение центровых отверстий);

3)операции изготовления технологических баз от литейных баз или центровых отверстий, выполненных от профиля пера на заготовке;

4)прожиг перфорационных отверстий;

5)операции обработки замка лопаток турбины;

6)операции обработки плоскостей бандажной полки (зигов) под на­

плавку;

7)операции наплавки бандажной полки, в том числе контрольные

операции;

8)операции окончательной обработки бандажной полки, в том чис­ ле слесарные и полировальные;

9)операции изготовления лабиринтов на бандажной полке лопатки;

10)операции изготовления лабиринтов (канавок) под установку фиксаторов лопатки (контровок) при ее закреплении в диске турбины;

11)слесарные, полировальные операции, промывка, окончательны"

контроль.

Все технологии, входящие в базу данных под своим номером (ХХХХ,

УУУУ или в той или иной мере включают указанные этапы: одни все 11, другие меньше, но ни одна технология не превышает это число. При этом число операций на том или ином этапе различно. Однако в лю­ бом случае для любой технологии каждый основной этап групповой тех­ нологии содержит определенное число операций, каждая из которых ха­ рактеризуется номером операции и операционной картой, а при необхо­ димости и картой наладки. Наличие операционной карты дает информа­ цию об используемом станочном и контрольном приспособлениях, ре­ жущем и измерительном инструменте, режимах обработки и машинном времени осуществления операции.

1.2.Вертикальная структура базы данных "Лопатка турбинная"

Заготовительные операции

Данная информация позволяет развернуть вертикальную иерархию технологической базы данных на каждой ее ступени в горизонтальные базы данных оснастки, инструмента и режимов обработки.

В табл. 1.3 приведена горизонтальная структура технологических данных по оснащению, используемому для реализации пятого этапа осу­ ществления групповой технологии изготовления деталей типа "Лопатка турбинная”, которая включает в себя следующие блоки данных: станоч­ ные приспособления; контрольные приспособления; режущий инстру­ мент; измерительный инструмент; металлорежущее оборудование; ре­ жимы резания (в том числе технологические средства, смазочно­ охлаждающие технологические средства и т.д.); машинное и вспомога­ тельное время, в том числе штучно-калькуляционное.

Построенная подобным образом структура технологической базы данных обладает следующими преимуществами перед всеми остальными подходами, основанными на разработке группового производства.

1.Изложенная иерархия позволяет включать в нее имеющуюся на предприятии интеллектуальную собственность в виде технологической документации без изменения ее кодов.

2.Базы данных оснастки и инструмента, построенные на основе уч­ тенных технологических процессов, дают возможность включать в них только те оснастку и инструмент, которые реально используются в про­ изводстве. При этом исключаются оснастка и инструмент, которые были созданы на этапах внедрения технологического процесса как его различ­ ные варианты и в дальнейшем не нашли применения. Кроме того, это избавляет от повторения ошибок, которые возможны, если опираться только на базу данных "Оснастка" или "Инструмент", создаваемую в от­ рыве от технологических процессов.

3.Значительно упрощается и ускоряется создание нового техноло­ гического процесса. В этом случае при использовании различных систем автоматического проектирования (например, Техкард) технолог, проек­ тирующий технологический процесс или оснастку, опирается на доста­ точно узкую базу данных, целенаправленно сформированную тем или иным этапом групповой технологии. Более того, при этом проектируются инструмент и оснастка, точно сориентированные на тип используемого металлорежущего оборудования, обрабатываемые материалы и качество формируемого поверхностного слоя.

1.3.Горизонтальное строение информационной базы данных

"Лопатка ротора турбины"

Операции обработки замка лопаток турбины (посадочные места крепления в диске)

Таким образом, на этапе проектирования нового технологического процесса предлагаемая модель групповой технологической базы изготов­ ления ГТД позволяет настолько сузить рамки поиска технологического решения, что это может выполнить практически неопытный технолог, поскольку он опирается на интеллектуальный опыт своих предшествен­ ников.

При этом проектирование технологических процессов, создание ос­ настки, режущего и измерительного инструмента являются результатом алгоритма решения той или иной проблемы, которую определяет группо­ вая технология. Соответственно новый этап развития обработки той или иной детали осуществляется только при замене групповой технологии, что осуществляется лишь в том случае, когда изменяется серийность производства или применяются новые способы механической или физи­ ко-технической обработки материалов.

Производственная структура предприятия формируется и изменяет­ ся в процессе функционирования под действием следующих факторов: конструктивно-технологических особенностей изделий; программы вы­ пуска и трудоемкости изготовления изделий. Эти факторы влияют на состав цехов и участков, находятся в тесной связи друг с другом. В зави­ симости от них различают три основные формы внутризаводской спе­ циализации: предметную, подетальную и технологическую.

Предметная форма специализации классифицируется на предметно­ узловую и предметно-агрегатную. Предметная форма специализации подразделений характеризуется тем, что объектами изготовления явля­ ются конструктивные узлы изделий. В подразделениях производятся раз­ нотипные в конструктивном отношении детали, которые входят в узел, собираемый в том же цехе.

Подетальная специализация отличается тем, что изготовляются в этом случае детали, принадлежащие как одному узлу, так и разным. При этом в подразделении производятся детали, имеющие несколько различ­ ных конструктивных признаков.

Технологическая специализация характеризуется общностью вы­ полняемых видов работ или операций при обработке закрепленной но­ менклатуры деталей. Каждому виду работ соответствуют свои принципы построения групповой технологии. Групповые технологии, основанные на технологической специализации, наиболее просты. Ее примерами мо­ гут служить операции термической и гальванической обработки, а также технологии штамповки, сварки и др.

Таким образом, при технологической специализации цехов и участ­ ков в них реализуются, как правило, простые или специальные процессы,

осуществление которых слабо связано с конструкцией (формой) детали, а в большей степени затрагивает качество поверхностного слоя. Групповые технологии, основанные на подетальной специализации, используются при изготовлении деталей, хотя и имеющих общие конструктивные при­ знаки, но значительно отличающихся друг от друга по габаритным раз­ мерам, обрабатываемым материалам. К подобным технологиям прежде всего относятся технологии изготовления различных видов нормализо­ ванных деталей (болтов, гаек, шпилек, пружин и т.п.). Они предполагают большую загрузку оборудования, низкую трудоемкость, высокую степень автоматизации и механизации специализированных рабочих мест. К та­ кой специализации относится производство деталей любой сложности, выпускаемых в рамках массового и крупносерийного производств.

Предметная специализация цехов и участков значительно сокращает длительность производственного цикла изготовления того или иного уз­ ла, снижает объемы межцеховых связей, упрощает межцеховое планиро­ вание. В условиях серийного производства она наиболее приемлема, осо­ бенно в тех случаях, когда в рамках предметной специализации цехов в них существуют участки подетальной специализации. Примерами такого рода производств являются производства по изготовлению турбины и компрессора. В каждом из производств, построенных по предметно­ узловому принципу, существуют участки, которые построены по деталь­ ному принципу: участки рабочих лопаток, дисков, статорных лопаток и др., а также участки, основанные на технологической специализации: термический, слесарный, сборочный и т.д.

Построение каждого из таких участков осуществляется в рамках технологического (пооперационного) потока, связанного последователь­ ностью этапов выполнения группового технологического процесса. Ос­ новные принципы построения подобных потоков при изготовлении лопа­ ток турбины и компрессора, а также открытых и полузакрытых крыльча­ ток, будут рассмотрены в следующих главах.

Глава 2

ТИПОВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛОПАТОК ТУРБИН

2.1.ОБЩИЕ ВОПРОСЫ

Наиболее нагруженными деталями ГТД, определяющими их ресурс, являются лопатки ротора турбины. Профильная часть и хвостовики лопа­ ток кроме растяжения и изгиба от центробежных сил, изгиба и кручения от газового потока испытывают переменные напряжения от вибрацион­ ных нагрузок, частота и амплитуда которых изменяются в широких пре­ делах, а также от тепловых нагрузок. В этом случае температура на ло­ патках первой ступени турбины достигает 1200 °С. Во время работы дви­ гателя входная и выходная кромки лопаток нагреваются и охлаждаются значительно быстрее, чем средняя часть лопатки. При этом на входной и выходной кромках лопатки возникают напряжения сжатия (при нагреве) и растяжения (при охлаждении).

Цикличность знакопеременных напряжений приводит к разрушению лопаток вследствие термической усталости; образующиеся в результате этого термические микротрещины развиваются в усталостные.

Кроме того, лопатки турбины работают в условиях агрессивной га­ зовой среды при высокой температуре, что может вызвать их газовую коррозию. Находясь в запыленном и влажном воздушном потоке, лопат­ ки подвергаются постоянному воздействию абразивных частиц, отчего входные и выходные кромки изнашиваются.

В связи с изложенным, для обеспечения необходимой долговечно­ сти деталей и в целом работоспособности двигателей к конструкциям данных деталей предъявляют такие требования, обеспечение которых возможно только при реализации специальных технологий. Технология изготовления лопаток определяется их геометрической формой, свойст­ вами материала и указанными эксплуатационными свойствами.

Перо лопатки имеет сложную пространственную форму с перемен­ ными по длине профилями поперечных сечений. Сечения развернуты друг относительно друга по длине пера, образуя закрутку, доходящую до 60°. Спинка и корыто в сечении очерчены кривой переменного радиуса и задаются в виде координат отдельных точек (рис. 2.1).