Способ изготовления лопаток турбомашин с заданным пределом выносливости

 

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛОПАТОК ТУРБОМАШИН С ЗАДАННЫМ ПРЕДЕЛОМ ВЫНОСЛИВОСТИ , заключающийся в формообразовании лопаток в несколько этапов с проведением термической обработки и проверкой предела выносливости, отличающийся тем, что, с целью повьаиения качества их изготовления , определение предела выносливости осуществляют в процессе формообразования , после каждого этапа формообразования, определяя запасы на геометрические размеры лопаток, проводят проверку предела, выносливости по следующей зависимости ; /ЕД f (ypT-j ( 25, jТТ -irnrvT-l I-П5|х .( /цчзкс. Rnep р / Gt у 44v Reb.x / V о,г I I где (Г - предел выносливости , Т1 - момент инерции в корневом сечении j I - длина колеблкяаейся части лопатки; максимальная толщина MQKC профиля в корневом сечении лопатки; -радиус перехода от pa к замку лопатки; Ч -радиус соответственно входной и выходной кромки в корневом сечении пера лопатки; I -степень закрутки пера -51Г лопатки (йР - угол поворота концевого сечения относительно корневого , 1 - хорда в корневом сече НИИ ,-,-длина пера лопатки); 5 E.Tf.ff.G (Л соответственно модуль упругости, удельный вес временное сопротивление разрыву, предел текучести материала лос патки; С, а, Ь, d, f - коэффициент и показатели степениJ получаемые при обработке результаО тов усталостных испытаний методом многомерноо го регрессионногоанао лиза, со 4 сравнивают с заданным пределом выносливости , после чего по этой же зависимости по отношению к заданному пределу выносливости и имеютемься запасу на геометрические размеры определяют допустиьие изменения геометрических размеров и осуществляют последующий этап формообразования на величину этих изменений.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

РЕСПУБЛИК (!Ю (И) 3(59 2 К 3 04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

М

- максимальная толщина профиля в корневом сечении лопатки;

- радиус перехода от пера к замку лопатки, пер

Р/ э R

iw s w

- радиус соответственно входной и выходной кромки в корневом сечении пера лопатки; где

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ГЮ ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3256975/25-27 (22) 06.03.81 (46) 23.03.83. Бюл. Р 11 (72) Б. Ф. Федоренко, A. Ш. Асатурян, Б. Ф. Балашов и A. Б. Ройтман (53) 621.73(088.8) (56) 1. Евстигнеев М. И. и др. Изготовление деталей и узлов авиадвигателей. М., "Машиностроение", 1972, с. 61-63.

2. Операционная карта на изготовление лопаток 7813. 9075-9077, 1978 (прототип).. (54)(57) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛОЩДОК

ТУРБОМАШИН С ЗАДАННЫМ ПРЕДЕЛОМ ВЫНОСЛИВОСТИ, заключающийся в формообразовании лопаток в несколько этапов с проведением термической обработки и проверкой предела выносливости, отличающийся тем, что, с целью повыаения качества их изго товления,определение предела выносливости осуществляют в процессе формообразования, после каждого этапа формообразования, определяя запасы на геометрические размеры лопаток, проводят гроверку предела выносливости по следующей зависимости з 2 х (ьсак . пав). (й ) 6< — предел выносливости

J - момент инерции в корневом сечении, 1 — длина колеблющейся части лопатки, ГЦ

- степень закрутки пера лопатки (. Ь 9 - угол поворота концевого сечения относительно корневого, k. - хорда в корневом сечении,? длина пера лопатки);

E,ф,Q>, б - соответственно модуль /фью упругости, удельный вес %Ф Ф . временное сопротивле- С ние разрыву, предел текучести материала лопатки, С, а, Ь, d, i- — коэффициент и показатели степени„ получаемые прн обработке результатов усталостных испытаний методом многомерного регрессионного анализа, сравнивают с заданным пределом выносливости, после чего по этой же зависймости по отношению к заданному пределу выносливости и имеющемуся sanacy на геометрические размеры определяют допустимые изменения геометрических размеров и осуществляют последующий этап формообразования на величину этих изменений.

1006034

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при изготовлении лопаток турбомашин..

Известен способ изготовления лопаток газотурбинных двигателей, заключающийся в формообразовании лопатки и проведении термообработки f1).

Недостатком способа является недостаточная надежность лопаток, так как не предусматривает определения предела выносливости их.

Известен также способ изготовления лопаток турбомашин с заданным пределом выносливости, заключающийся в Формообразовании лопаток в нес- 15 колько этапов с проведением термической обработки и проверкой преде ла выносливости. Предел выносли- . вости лопаток определяют путем испытания их на вибростенде до разруше- 2О ния. Проводя такие операции определения предела выносливости нескольких лопаток от изготавливаемой партии, судят о пригодности к эксплуатации всех лопаток данной партии 2 . 25

Недостатками известного способа являются значительная трудоемкость изготовления лопаток, связанная с проведением специальных испытаний, и невозможность обеспечения требуемого предела выносливости в процессе изготовления, Целью изобретения является повышение качества изготовления лопаток.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу изготовления лопаток турбомашин с заданным предеJIGM выносливости, заключающемуся

s Формообразовании лопаток в несколь.ко этапов с проведением термической обработки и проверкой предела вынос- 40 ливости, определение предела выносливости осуществляют в процессе Формообразования, после каждого этапа формообразования, определяя запасы на геометрические размеры лопаток, 45 проводят проверку предела выносливости по следующей зависимости

et

2 сравнивают с заданным пределом выносливости, после чего по этой же зависимости по отношению к заданному пределу выносливости и имеющемуся запасу на геометрические размеры . определяют допустимые изменения геометрических размеров и осуществляют последующий этап формообразования на величину этих изменений.

Способ осуществляют следующим образом.

Вначале проводят входной контроль партии прутков для заготовок лопаток. Для этой цели из партии выбирают пруток-свидетель, который термообрабатывают по схеме изготовления лопатки: двойной отжиг (высокотемпературный и ниэкотемдературныф

Затем замеряют механические свойства термообработанного прутка-свидетеля (Fg б Д, ч ) и отмечают структуру материала.

Если замеренные параметры соот-. ветствуют требованиям Ту, партия нетермообработанного прутка отдает Й) . 60 б» - предел выносливости;

3 - момент инерции в корневом сечении) 55

- длина колеблющейся части лопатки; площадь корневого сечения лопатки; .

С - максимальная толщина профиля в корневом сечении лопатки, — радиус перехода от пепер ра к замку лопатки, 65 к, R — радиус соответственно входной и выходной кромки в корневом сечении пера лопатки;

- степень закрученности пера лопатки (д угол поворота концевого сечения относительно корневого, 7 — - хор-. да в корневом сечении, Й - .длина пера лопат1 ки), Е,у,g,Qà - соответственно модуль упругости, удельный вес, предел прочности и предел текучести, определенные для каждой партии материала, из которого изготовлены лопатки, С, а, Ь, d, f - коэффициент и показатели степени, определенные многофакторным регрессионным анализом при обработке усталостных испытаний лопаток (так для методов изготовления пера лопатки, дающих на его поверхности величину поверхностных остаточных сжимающих напряжений (Ур < 25 кг/см численййе значения величин составляют: С = 6064; а = -0,7942, Ь = - 1,3474;

d = -0,0452, f 1,4649, для методов, дающих (Кос, 7 30 кг/мм, С = 89009; а = -0,8613; b = -1,02;

d = 0,2376 f = -2,2967, 1006034 ся в работу. Так как на готовой лопатке невозможно -проверить механические характеристики, то после выполнения всего технологического процесса (включая термообработку идентичную указанной) считают, что лопатка должна иметь характеристики, полученные на прутке-свидетеле.

Контроль проводится по идентичности структуры материала в готовой лопатке и термообработанном пруткесвидетеле.

Иэ нетермообработанного прутка прОводят первый этап формообразования лопатки. Методом штамповки получают заготовку, фрезеруют полку и замок лопатки, заполировывают радиусы кромок, проводят первый этап вальцевания пера, отсекают технологическую прибыль, заполировывают радиусы кромок, шлифуют торец лопатки и проводят высокотемпературный отжиг, который снимает деформационный наклеп, проводя рекристаллизацию материала.

По указанной формуле вычисляют предел выносливости лопатки, сравнивают с заданным пределом выносливости и определяют, какие и на сколько нужно изменить геометрические параметры, чтобы, получить лопатку с заданными по чертежу геометрическими характеристиками и величиной предела выносливости (характеристики материала учитываются по результатам входного контроля прутка-свидетеля).

Далее проводят очередной этап формообразования путем вальцевания пера на величину допустимых изменений геометрических размеров. Контролируют лопатку по геометрическим параметрам и если лопатка после очередного этапа вальцевания не получает геометрические характеристики, соответствующие ТУ - повторяется этап

6 вальцевания, если лопатка по геометрическим характеристикам соответствует ТУ, т. проводится окончательный низкотемпературный отжиг лопатки для выравнивания (стабилизации) величин остаточных напряжений.

Контроль готовых лопаток проводится по геометрическим характеристикам, чистоте поверхности и структуре материала.

Если структура материала лопатки идентична структуре, полученной на образце-свидетеле - это говорит о том, что прочностные характеристики лопатки соответствуют ТУ и лопатку направляют на сборку.

Пример. Из титановых заготовок.методом вальцевания изготовляют лопатки компрессора. После

-иредварительной обработки лопатки до следующих размеров корневого сечения, С с =, 0,4., радиусов входной Rgy, 0 1 см, выходной кромки

Рещ„ = 0,07 см при хорде Ь = 2,3 см определяют площадь и минимальный момент инерции в этом сечении. На координатно-печатающей машине

"GAMMA" снимаЮт координаты профиля корневого сечения и, с помощью вычислительной машины "Минск-32" по имеющейся программе определяют мо10 мент инерции 3 = 0,006635 см и площадь корневого сечения S = 0,64 см ..Лопатка прошлифована по торцовой части на длину пера g- Q - "4,422 см.

Угол поворота концевого сечения относительно корневого ЬМ= 0,262 рад определяют на поворотном столе координатно-расточного станка. фиксируя предел прочности 66

=. 115 кг/мм и предел текучести

O0p.= 106 кг/мм - материала заготовки, (ВТ-8) данной плавки лопаток и зная величины модуля упругости

Е = 1200 000 кг/см и удельного веса материала f = 0,00448 к ./смъ, обработку полученных данных проводят по зависимости, коэффициент и показатели степени которой взяты следующие: С = 89009; а = -0,8613, Ь = 1 02ю d = 0 2376; f 2ю2967, так как принятая технология изготовления лопатки дает на пере лопатки остаточные сжимающие напряжения

6 .„ 1 30 кг/мм

4 -09й -1,0й еще вЯ Gab

40 получают предел выносливости

G < = 5468 кг/см Так как контроль геометрии профиля при вальцевании ведется по С О„ сечения, то следующий этап вальцевания проводят до

= 0,33 см в корневом сечении. окс

При этом получают, следующие гЕометрические характеристики корневого сечения Я8„=. 0,07 см, R 0,05 см;

Ь = 2,2 см; 4 = 0,00339 см4;

S = 0 493 см . Остальные характеристики лопатки: ЬУ = 0,262 рад; Й

Eq . 4 р422 см, Еде = 0 18 см °

Предел выносливостй после этого этапа обработки равен К„ 4663 кг/сьЛ

Так как предел выносливости для данных лопаток должен быть не ниже

4300 кг/см, то последующую обра.ботку проводят до следующих чертежных размеров готовой лопатки в корневом сечении: С = 0,242 см;

60 R, = 0;03 см; R „ = 0,022 см) Ь

2,122; остальйые характеристики профиля 3. Ф 4,422; LV =

= 0,262 рад; й„0,18 см. Опреде,ляя площадь и момент инерции кор65 невого сечения (3 = 0,00136 сМ ф

S 0,3486 смз ) укаэанным способом, учитывая характеристики материала ,5о,з, Е,, получают величину редела выносливости готовой лопатки 0»" 4400 кг/см ". .Для оценки получейных расчетных величин предела выносливости прово1006034

О дят испытание лопаток на вибростенде. АналоГично обрабатывают остальные лопатки. Полученные результаты приведены в таблице (для данной плавки эаготовок лопаток 6 115 кг/см, Gj) 106 кг/см, E 1200000 кг/см

0,00ф48 кг/cM ).

1006034

A 1

Qe I

aCt и.

1.1 (В

Ю

Ю

443 Ф

С3

Ю о

Ю

С3

Ю ь

МР

CD

Ю Р C3

С3 о Ф о

Ю 3 Р

4Ч

\О

4Ч

М

4Ч аО (Ч

М

С3

4 "4

3О

3Ч о

%-4

432 (Ч

РЪ

4Ч

Ю

33Ъ

4Ч

Ю

an (Ч

СЪ

° Ф

4Ч

CD

%

СО ч-3

Ю (О -4

Ю

CO ч-4

Ю

CO

%-3

Ю

М

Ю сп

Р4

CD

Ю (Ч (Ч

Ю

«

С3

3Ч (Ч

Ю

«

Ю к д 1

C3q g O I

an и

Ю

«

Ю о

РЪ

Ю

«

С3

an Ф

Ю

« о

% 4

° Ф

Ю

«

Ю

4Ч

СЪ

4Ч

1О

«

4Ч ао

Ю а

4Ч

Ю с

П3 I

4Ч

%" 4 Ф

« 3 п4 1 с3 I

« с3 1

ao l

3 Ъ

l о I

33Ъ 1 ао 1 ч-4 I о о !

« о !

1! иЪ 1

1 I

at) I

Ф I

4О Ф

РЪ

«

С3

an

Ю

4 Ъ

«

1О (Ъ

Ю о

O I

1О

3«Ъ

%-4

С3

CD

«

In

ЪО 4

С3

Ю

«

«Ф гъ Е

O l

1О Ч

CD

Ю

« о Э

%4

CD

Ю

CP

%-4

С3

Ю

«

РЪ

3 «

ttt

4Ч.

\О

Щ ф I

1 П3

1 Ь

I Ct3

Ж а 1 I И I

3 †.«Ъ,.,О 1

I (334 14 I

1 333 Х 1

1 1 !

1 1

ОО!

Owl

-33! 4 1 аXI

1!!

М 1

9- 333 е а1

«- 3

I 1

$X I О l

4.3

1 1

1 I

1 ЪЗЕ 1

3O I

4 !

c33 X 1

«о !

1 I

) — — — 3

1 Õ I

O l !

4Ы

Е 1

I 33O

I ! 3 4, 1 3 х х

О 34

1 Хtht4 I

1 Э 9433

1 НЕ!1 хоо

I Ã. æ Ö I (6

t3c

С3

Ю

CD аА

Ю

3Ч

РЪ Ю

4-4

3О

4Ч

М о

an сР

4Ч

«

CD

CO

tE

М

Ю (Ч

О

«

СЪ

33Ъ о

« о

< Ъ

3Ч 4 3 тй

« 3 Ф йс

an cl

<9 3 Ъ

« « о о

43 t ж t

l о l о !

3«3 ч3

I о !

Ю с3

° Ф!

I а-3

1О I (Ч 1 ъ о !

4Ч I

4Ч I!

Ю!

CO I ч-4 I!

Ю I

1 л I

4Ч

Ю I

« о I

РЪ гЪ о с

Ю I

100б034

Составитель В. Карпычев

Редактор Н, Бобкова Техред A.Áàáèíåö Корректор А, Гриценко

Заказ 2000/19 Тираж 684.

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Использование предлагаемого способа изготовления лопаток турбомашин по сравнению с известным обеспечивает заданный предел выносливости в -процессе изготовления лопатки.

Кроме того, обеспечивает нераэрушающий контроль каждой выпускаемой лопатки по параметру "Предел выносливости",что повышает надежность эксплуатации газотурбинного двигателя и снижает трудоемкость их изготовления за счет устранения операции испытания.