Наукові конференції України, XVII ПРОГРЕСИВНА ТЕХНІКА, ТЕХНОЛОГІЯ та інженерна освіта

Розмір шрифту: 
РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ НОВОГО СПОСОБА ШЛИФОВАНИЯ РАБОЧИХ ПРОФИЛЕЙ ТУРБИННЫХ ЛОПАТОК
Sergiy Zelinskiy, Anatolу Gushchin, Yuliya Serebriy

Остання редакція: 2016-06-16

Тези доповіді


В Украине производство конкурентных станков в значительной мере отстает от аналогичных разработок промышленно-развитых стран мира, а попытки приспособить имеющееся оборудования для реализации принципиально новых технологических процессов изначально обречены на провал.

Создание технических систем, отвечающих требованиям рынка, предполагает интеграцию последних достижений науки и техники в единых технологических комплексах, как правило, дорогостоящих, поэтому вопросы гарантированного качества наукоемкой продукции становятся, чуть ли не первоочередными. Эта проблема становится еще более актуальной в связи со вступлением Украины в ВТО и предстоящим членством в ЕС.

Уровень качества в большой степени зависит от комплексного подхода к решению конструкторских и технологических задач, отвечающих конкурентоспособности на международном рынке, который определяет требования не только к конкретному изделию, но и практически ко всем этапам разработки, производства любого вида продукции. Поэтому традиционная методология инженерного проектирования и создания объектов новой техники, которая формировалась длительное время и предполагала улучшение лишь «внутренних» особенностей машины (производительность, надежность, долговечность и т.д.) в условиях современных рыночных отношений уже не может дать желаемого результата.

В ходе выполнения научно-исследовательских работ учеными Одесского национального политехнического университета выработаны новые подходы к проектированию сложных адаптивных технических систем управления ходом технологических процессов, в частности для окончательного формообразования деталей аэродинамического профиля.

Финишная обработка сложнопрофильных деталей, применяемых в авиационной и ракетно-космической технике, всегда представляла сложную инженерную задачу и не только в виду многообразия конструктивных вариантов такого рода изделий, но и отсутствия технологий, реализующих силовое взаимодействие в зоне контакта «инструмент-обрабатываемая деталь» на уровне чувствительности организма человека. Поэтому в современных технологиях финишной обработки профиля пера турбинной лопатки до сих пор велика доля ручного труда. Это является огромным недостатком существующих технологий, так как присутствие «человеческого фактора» в процессе изготовления однотипных деталей, имеющих аэродинамический профиль, не может гарантировать качества, требуемого для таких ответственных и необходимых в больших количествах изделий.

В этой связи необходимо отметить некоторые аспекты проблем финишной обработки профиля пера турбинной лопатки, имеющих приоритетное значение при создании принципиально новой техники:

1. Турбинная лопатка - одна из важнейших и ответственных деталей газовых и прочих турбин, в конечном счете, определяет не только надежность газотурбинных двигателей (ГТД), но и в значительной степени их конкурентоспособность.

2. С механизацией и автоматизацией формообразования лопаток и других аэродинамических профилей связано развитие, быстрое освоение и обновление авиационной техники, нефтяного, энергетического, судостроительного и прочего оборудования.

3. При отклонении геометрических форм и размеров профиля лопаток от расчетных ухудшается газодинамическая устойчивость двигателя, возрастают аэродинамические потери, приводящие к уменьшению КПД компрессора и турбины, к потере мощности и, как следствие, к снижению экономичности двигателя. Поэтому, изготовление профильной части лопаток в строгом соответствии с расчетными данными является необходимым условием работоспособности, экономичности и надежности ГТД. В связи с этим, комплексная механизация и автоматизация чистовых и финишных операций пера лопаток и других сложнопрофильных поверхностей, где формируются показатели качества поверхности и следовательно, стабильность эксплуатационных характеристик двигателей, являются особо актуальными.

4. После фрезерной обработки, выполняемой, как правило, на 5-ти и 6-ти координатных станках с ЧПУ (рис. 1) возникают и остаются на поверхностях деталей следы обработки -риски, царапины, задиры, вмятины, трещины, заусенцы, которые необходимо удалить на финишной операции.

 

 

 

Рис. 1 - Дефекты на поверхностях деталей после фрезерования

 

5. Особенности тепловых явлений на операции окончательного формообразования шлифованием могут привести к диффузии, особенно при воздействии повышенных температур, вследствие чего в поверхностном слое возникают химические соединения основного металла с проникающими извне веществами. При повышенных температурах усиливается диффузионная подвижность атомов, приводящая к перераспределению концентрации легирующих элементов, что приводит к преждевременному выходу, из строя не только дорогостоящих изделий, но и к тому же ответственных за безаварийную работу машин и аппаратов.

В связи с этим, актуальной задачей является изыскание принципиально новых подходов к решению этой проблемы, не исчезнувшей до сих пор не только у нас в стране, но и за ее пределами.

Целью теоретических исследований параметров процесса финишной обработки профиля пера турбинной лопатки шлифованием является установление основных закономерностей между режимами обработки, геометрией инструмента, материала, из которого он изготовлен, а также условиями обеспечения качественной поверхности рабочей части лопатки без нарушения его химико-механических свойств.

Следует отметить, что указанные задачи сложны, и пути их корректного решения, пригодного для практической реализации, пока не найдены.

В основу исследований положены теоретические фундаментальные законы теплофизики для каждого из твердых тел, участвующих в процессе резания, получены аналитические зависимости, пригодные для практического использования, которые реализованы на экспериментальном оборудовании при обработке профиля пера турбинной лопатки.