Способ обработки лопаток газотурбинных двигателей



Способ обработки лопаток газотурбинных двигателей
Способ обработки лопаток газотурбинных двигателей

 


Владельцы патента RU 2419520:

Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" (RU)

Способ включает определение величины снимаемого припуска, ведут обработку за один проход концевой фрезой, которую перемещают эквидистантно обрабатываемой поверхности. Для повышения точности и снижения трудоемкости обработку ведут торцовой частью фрезы. При этом перед началом обработки определяют площадь поперечного сечения снимаемой стружки и величину тангенциальной силы резания на чистовом этапе обработки поверхности при многопроходном снятии припуска. Обработку ведут с этой силой резания, причем шаг фрезерования выбирают из условия равенства площадей поперечного сечения стружки на чистовом этапе при многопроходном фрезеровании и фрезеровании за один проход. Фрезу относительно обрабатываемой поверхности могут перемещать по спирали для обеспечения плавного перехода от пера лопатки к замку. 1 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

 

Предлагаемое изобретение относится к области обработки металлов резанием и может быть использовано в машиностроении, а именно в авиадвигателестроении, при обработке профиля пера рабочих лопаток газотурбинных двигателей, в частности лопаток компрессора, концевыми фрезами на фрезерных станках с числовым программным управлением (ЧПУ).

Известен способ обработки нежестких деталей (описание изобретения к авторскому свидетельству SU 1400798, МПК4 В23С 3/00, заявл. 23.12.86, опубл. 07.06.88 г.), преимущественно лопаток газотурбинных двигателей, концевой фрезой, при котором определяют величину снимаемого припуска, ведут обработку за один проход и перемещают фрезу вдоль обрабатываемой поверхности эквидистантно ей. Обработку ведут периферийной частью концевой фрезы. После обработки первой детали определяют погрешность ее изготовления, замеряют величину отжима детали на ширине обработки и корректируют положение фрезы и детали относительно друг друга с учетом величины этого отжима.

Основная составляющая силы резания при обработке периферийной частью фрезы - радиальная нагрузка, в результате непостоянства которой отжимающие усилия обуславливают появление остаточных деформаций и, как следствие, нарушение равновесного состояния детали и искажение ее формы. Т.о., непостоянство радиальной составляющей силы резания, отсутствие жесткости детали (колебания жесткости на различных участках профиля могут достигать критических значений) позволяют выполнять снятие за один проход только малых припусков.

Также известен способ обработки нежестких деталей (описание изобретения к авторскому свидетельству SU 1502230, МПК4 В23С 3/00, заявл. 19.10.87, опубл. 23.08.88 г.), преимущественно лопаток газотурбинных двигателей, концевой фрезой, при котором определяют величину снимаемого припуска, ведут чистовую обработку за один проход и перемещают фрезу вдоль обрабатываемой поверхности эквидистантно ей. Обработку ведут периферийной частью концевой фрезы.

После обработки первой детали определяют погрешность изготовления, замеряют величину отжима детали и фрезы и путем изменения упругих характеристик фрезы уравнивают величины упругих отжимов фрезы и детали, затем при обработке остальных деталей глубину резания увеличивают на указанную величину отжатия.

При фрезеровании периферийной частью фрезы происходит ее отжим, как более слабого компонента, особенно при снятии большого припуска на детали за один проход. Кроме этого фрезерование периферийной частью инструмента предполагает задание большого вылета из инструментальной оправки, что снижает жесткость всей системы. Это ведет к непостоянству силы резания при обработке периферийной частью фрезы и требует корректировки положения фрезы относительно детали.

Такой способ фрезерования также невозможно использовать для снятия больших припусков за один проход, в т.ч. чернового и чистового одновременно.

Техническим результатом, на достижение которого направлен предлагаемый способ, является обеспечение постоянства силы резания при обработке детали, повышение ее жесткости, что позволяет снимать большие припуски (черновой и чистовой за один проход), повышает точность обработки, снижает трудоемкость способа и его стоимость.

Заявленный технический результат достигается тем, что в способе обработки лопаток газотурбинных двигателей определяют величину снимаемого припуска, ведут обработку за один проход концевой фрезой, которую перемещают эквидистантно обрабатываемой поверхности.

Новым в заявляемом способе является то, что обработку поверхности ведут торцовой частью фрезы, при этом перед началом обработки определяют площадь поперечного сечения снимаемой стружки и величину тангенциальной силы резания на чистовом этапе обработки поверхности при многопроходном снятии припуска, обработку ведут с этой силой резания, причем шаг фрезерования выбирают из условия равенства площадей поперечного сечения стружки на чистовом этапе обработки поверхности при многопроходном фрезеровании и фрезеровании за один проход.

Для обеспечения плавного перехода от пера лопатки к замку фрезу относительно обрабатываемой поверхности перемещают по спирали.

В таком способе необработанная часть детали выполняет роль люнета, что исключает отжим фрезы и детали и, следовательно, необходимость корректировки положения детали и фрезы относительно друг друга.

На прилагаемых чертежах изображено:

фиг.1 - поперечное сечение стружки на чистовом этапе при многопроходном фрезеровании;

фиг.2 - поперечное сечение стружки при снятии припуска за один проход.

Способ реализуется следующим образом.

Перед постановкой лопатки на станок производят замер ее профильной части и определяют фактическую величину припуска. Обработку поверхности ведут торцовой частью концевой фрезы, для которой, на основании полученных данных, определяют оптимальные параметры резания при многопроходном снятии этого припуска теоретическим или практическим путем (сначала - теоретическим, а если этого недостаточно (бракованная партия деталей), то практическим), определяют площадь S1 поперечного сечения снимаемой стружки на чистовом этапе обработки поверхности при многопроходном снятии припуска как произведение глубины t1 и шага b1 фрезерования. Затем из условия равенства площади S1 поперечного сечения стружки на чистовом этапе при многопроходном фрезеровании и площади S2 стружки при глубине фрезерования t2 (снятие всего припуска за один проход) определяют шаг фрезерования b2. Кроме того, определяют величину тангенциальной силы Pt резания на чистовом этапе обработки при многопроходном фрезеровании и снятие припуска за один проход торцовой частью фрезы осуществляют при той же силе резания.

Сечение стружки имеет в приближении форму многоугольника, представленного упрощенно в виде четырехугольника на фиг.1. При многопроходном фрезеровании четырехугольник будет иметь длинные стороны - шаг фрезерования b1 - в горизонтальной плоскости, а короткие - глубина фрезерования t1 - в вертикальной плоскости.

Из условия необходимости сохранения равных значений площадей поперечного сечения стружки S1=S2 следует, что при увеличении величины снимаемого припуска необходимо уменьшать шаг резания. Таким образом, стружка должна иметь сечение, как изображено на фиг.2, где короткие стороны расположены в горизонтальной плоскости - шаг фрезерования b2 и длинные - в вертикальной плоскости - глубина фрезерования t2, при этом шаг фрезерования b2=S1:t2.

Величину тангенциальной составляющей силы резания определяют по формуле:

где cp - коэффициент, зависящий от марки материала;

t - глубина фрезерования;

Sz - подача на зуб фрезы;

b - ширина фрезерования;

kp(1÷n) - коэффициент, зависящий от твердости материала;

D - эффективный диаметр концевой фрезы;

хр, ур, up, zp - показатели степени, зависящие от типа обработки.

Обработку ведут торцовой частью концевой фрезы, которую перемещают эквидистантно обрабатываемой поверхности. Для обеспечения плавного перехода от пера лопатки к замку фрезу относительно обрабатываемой поверхности перемещают по спирали.

Пример конкретного осуществления способа.

Обрабатывали лопатку из титанового сплава ВТ6 монолитной торусной фрезой диаметром 10 мм. Ширина В хорды профиля пера лопатки - 46,4 мм, максимальная толщина профиля лопатки в сечении Cmax = 3,15 мм. Глубина t1 фрезерования, т.е. припуск на чистовую обработку, составляла 1,9 мм на сторону. Шаг b1 фрезерования был рассчитан CAD/CAM системой, для данного типа фрезерования шаг b1 составил 0,99 мм.

Площадь S1 поперечного сечения стружки на чистовом этапе при многопроходном фрезеровании торцовой частью концевой фрезы определяли как произведение шага фрезерования b1 и глубины фрезерования t1, площадь S1=0,2×0,99 мм2=0,198 мм2. Затем определяли шаг b2 фрезерования из условия S1=S2, b2=0,198×1,9=0,1042 мм.

Для определения тангенциальной составляющей силы резания определили справочные величины, зависящие от материала фрезы и детали: cp=108; Sz=0,08 мм/зуб; kp=0,97; хр=0,95; ур=0,7; uр=1; zp=1,1.

Для монолитной торусной фрезы диаметром 10 мм эффективный диаметр D=9,5 мм.

Подставив значения в формулу 1, получили величину тангенциальной составляющей силы резания для многопроходного и однопроходного снятия припуска:

Для сравнения эффективности многопроходного и однопроходного способов снятия припуска определяли момент инерции J сечения лопатки и величину упругой деформации δ лопатки по формулам:

J=0,04·В·Cmax;

где В - ширина хорды профиля пера,

Cmax - максимальная толщина профиля лопатки в сечении;

где k - коэффициент, зависящий от схемы закрепления заготовки, выбирается из специальных справочников по обработке материалов, kсз=1,

Pt - тангенциальная составляющая силы резания,

l - длина лопатки,

Е - модуль упругости, выбирается из специальных справочников по маркам материалов, Е=125·109 МПа;

J - момент инерции поперечного сечения.

Момент инерции J1 при многопроходном снятии припуска составил:

J1=0,04·0,047·0,003153=0,592·10-104),

а величина упругой деформации δ1

Момент инерции J2 при однопроходном снятии припуска составил:

J2=0,04·0,0504·0,006553=5,67·10-104),

а величина упругой деформации δ2

Полученные результаты сведены в таблицу:

Pt, Н b, мм J, м4 δ, м
Многопроходная схема 643,498 0,99 0,592·10-10 0,00034
Однопроходная схема 643,498 0,1042 5,67·10-10 0,000036

Из приведенных выше расчетов видно, что при предлагаемом способе обработки лопаток величина упругой деформации δ (отжима лопатки) на порядок меньше, чем при многопроходном снятии припуска. Благодаря такому существенному повышению жесткости системы станок-приспособление-инструмент-заготовка становится возможным форсирование режимов резания (введение поправочного коэффициента).

В процессе проведения опытных исследований было установлено, что, при сохранении тождественных значений площади поперечного сечения стружки, имеется резерв в 25-30% в сторону увеличения площади сечения стружки, т.е. мощности фрезерования. Это связано с тем, что при удалении припуска за один проход концевой частью фрезы жесткость системы "инструмент-деталь" в точке их контакта на порядок выше, чем при послойном фрезеровании. Опытные данные были получены с помощью программного комплекса оценки вибраций Harmonizer и индикацией отклонений по мощности резания, соотнесенной с нагрузкой на шпиндель станка. Таким образом, для предлагаемого способа фрезерования нежестких деталей величина тангенциальной силы резания может быть скорректирована с учетом поправочного коэффициента k, зависящего от величины снимаемого припуска, который может быть определен опытным путем.

k=1,25-1,3 для величины снимаемого припуска до 2,5 мм на сторону.

При увеличении припуска поправочный коэффициент k динамически меняется в сторону уменьшения.

Практическая применяемость способа была опробована на станках STARRAG НХ-251 и STERLITAMAK 1000VBF. Геометрически заданные параметры лопаток выдержаны полностью, на 20% снижено время обработки и в 1,5 раза сокращено потребное количество инструмента. По результатам испытаний принято решение о необходимости использования данного способа обработки в производстве. На сегодняшний день уже четыре различных типа тонкопрофильных лопаток компрессора успешно обрабатываются предлагаемым способом.

1. Способ обработки лопаток газотурбинных двигателей, при котором определяют величину снимаемого припуска, ведут обработку за один проход концевой фрезой, которую перемещают эквидистантно обрабатываемой поверхности, отличающийся тем, что обработку ведут торцовой частью фрезы, при этом перед началом обработки определяют площадь поперечного сечения снимаемой стружки и величину тангенциальной силы резания на чистовом этапе обработки поверхности при многопроходном снятии припуска, обработку ведут с этой силой резания, причем шаг фрезерования выбирают из условия равенства площадей поперечного сечения стружки на чистовом этапе при многопроходном фрезеровании и фрезеровании за один проход.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что фрезу относительно обрабатываемой поверхности перемещают по спирали для обеспечения плавного перехода от пера лопатки к замку.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области машиностроения и предназначено для обработки лопаток газотурбинного двигателя (ГТД) на многокоординатных фрезерных станках с ЧПУ. .

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для шлифования, полирования, фрезерования пространственно-сложных поверхностей деталей, в частности лопастей гребных винтов, рабочей части лопаток газовой, паровой или гидротурбины.

Изобретение относится к области металлообработки и авиационного моторостроения и может быть использовано для фрезерной обработки профиля пера рабочих лопаток компрессора высокого давления на вертикально-фрезерных станках с числовым программным управлением (ЧПУ).

Изобретение относится к области авиационного двигателестроения, обработке фрезерованием межлопаточных каналов моноколес или крыльчаток ГТД. .

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для шлифования, полирования, фрезерования пространственно-сложных поверхностей деталей, в частности лопастей гребных винтов, рабочей части лопаток газовой, паровой или гидротурбины

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при фрезеровании деталей со сложной пространственной геометрией, характеризующейся чередованием выступов и пазов, в частности, при изготовлении моноколес центробежных или осевых лопаточных машин

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в авиадвигателестроении при обработке профиля пера рабочих лопаток газотурбинных двигателей, в частности аэродинамических моделей лопаток роторов газотурбинных двигателей, имеющих малую толщину и осевые габариты 200-300 мм

Изобретение относится к области обработки металлов резанием и может быть использовано при фрезеровании концевыми фрезами лопаток моноколес газотурбинных двигателей (ГТД) на станках с числовым программным управлением

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при производстве лопаток газотурбинных двигателей. Способ включает фрезерование пера лопатки на пятикоординатном станке с числовым программным управлением. Вращающейся фрезе сообщают перемещение и периодическую подачу на строчку вдоль оси заготовки лопатки в виде параллелепипеда, которую поворачивают относительно фрезы. Заготовку зажимают в размещенном на горизонтальном столе станка приспособлении вертикально относительно стола. Подводят к исходной точке контакта с обрабатываемой поверхностью лопатки и осуществляют фрезерование с приданием готовой формы хвостовика и предварительным фрезерованием элементов лопатки, находящихся в проточной части компрессора по меньшей мере за пять переходов при помощи цилиндрической ее торцевой и периферийной частью. Затем базируют заготовку вертикально относительно горизонтального стола станка по поверхности хвостовика, удаляют технологическую прибыль, обрабатывают заготовку с приданием готовой формы пера или пера с дополнительными конструктивными элементами лопатки при помощи конусной фрезы по меньшей мере за один переход при обработке пера лопатки с отклонением оси фрезы от нормали к обрабатываемой поверхности в плоскости направления подачи фрезы и в перпендикулярной ей плоскости или при помощи конусной и цилиндрической фрезы по меньшей мере за два перехода при обработке лопатки с дополнительными конструктивными элементами. Уменьшается время изготовления, упрощается технология. 3 з.п. ф-лы, 1 табл., 8 ил.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при обработке профиля пера рабочих лопаток газотурбинных двигателей. Способ основан на выборе безопасной частоты вращения шпинделя, обеспечивающей исключение резонанса между частотами колебаний фрезы, воздействующих на обрабатываемую поверхность, и собственными частотами обрабатываемой лопатки, которую закладывают в управляющие программы обработки. Обработку осуществляют позонным снятием припуска с использованием упомянутых программ. Обеспечивается обработка лопаток, имеющих малые относительные толщины при выраженном осевом габарите. Сокращается время изготовления. 12 ил., 1 табл.

Группа изобретений относится к машиностроению и может быть испоьзована при фрезеровании изделий с врезной подачей. Режущая головка содержит поверхность основания, боковую область, соединенную с поверхностью основания, верхнюю область, соединенную с боковой областью, и верхние ножи, расположенные на верхней области и имеющие режущие кромки, предназначенные для контакта с изделием для удаления материала и проходящие от центральной точки верхней области к периферии верхней области и расположенные под углом относительно базовой плоскости, приблизительно перпендикулярной указанной оси. Центральные части режущих кромок расположены на большем расстоянии от поверхности основания вдоль оси, чем их периферические части. Способ фрезерования включает вращение режущей головки при продвижении режущей головки по направлению к изделию, удаление материала из изделия с помощью передних ножей, расположенных на передней поверхности режущей головки, изгиб держателя инструмента, выполненного с возможностью направления режущей головки внутрь изделия, остановку продвижения режущей головки по направлению к изделию, когда режущая головка достигла заранее заданной глубины внутри изделия; и извлечение во время вращения режущей головки из внутренней части изделия для удаления материала из внутренней части изделия. Повышаются качество обработанной поверхности и стойкость инструмента. 6 н. и 39 з.п. ф-лы, 3 табл., 23 ил.

Изобретение относится к области машиностроения и может найти применение при изготовлении двухвенцовой звездочки. Способ включает обработку пазов плунжерным фрезерованием. Предварительно вытачивают впадину между венцами, проводят черновое точение, а чистовое выполняют антивибрационной фрезой с боковыми режущими поверхностями. При чистовом точении обрабатывают сначала все зубья верхнего венца, затем нижнего. Диаметр режущей части фрезы подбирают максимально приближенным к наименьшему радиусу профиля впадины между зубьями. Выдерживают постоянным расстояние от места закрепления до места резания как на верхнем, так и на нижнем венцах. При нарезании каждого зуба разбивают кривую резания на отдельные участки, каждый из которых характеризуется своим радиусом кривизны. На каждом участке назначают свой режим резания в зависимости от величины радиуса кривизны и разницы проходимого пути резания и пути движения оси фрезы. Движение фрезы выполняют с возвратом к частично обработанной поверхности до образования выступов одинаковой высоты. При расчете подачи фрезы на каждом участке изменяют подачу по сравнению с прямым участком на величину изменяющего коэффициента. Изобретение направлено на повышение точности выполнения двухвенцовой звездочки. 1 ил.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при обработке криволинейных поверхностей пера лопаток газотурбинных двигателей. Способ включает использование сферической фрезы, содержащей торцевые зубья, имеющие притупленные режущие кромки на перемычке с перекрытием ими оси вращения фрезы, которую устанавливают с расположением оси вращения по нормали в каждой точке контакта с обрабатываемой поверхностью. Фрезе сообщают эксцентричное вращение посредством ее закрепления во втулке-эксцентрике, установленной в шпинделе фрезерного станка, и производят уплотнение поверхностного слоя обрабатываемой поверхности притупленными режущими кромками фрезы и разглаживание поверхностного слоя путем создания плоской площадки, обеспечивающей перекрытие образующихся на обрабатываемой поверхности гребешков и впадин от перемещения фрезы. Обеспечивается снижение шероховатости поверхности пера лопатки, повышается качество. 4 ил.
Наверх