Способ обработки моноколеса газотурбинного двигателя



Способ обработки моноколеса газотурбинного двигателя
Способ обработки моноколеса газотурбинного двигателя
Способ обработки моноколеса газотурбинного двигателя

 


Владельцы патента RU 2482940:

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ, ОТ ИМЕНИ КОТОРОЙ ВЫСТУПАЕТ МИНИСТЕРСТВО ПРОМЫШЛЕННОСТИ И ТОРГОВЛИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ (МИНПРОМТОРГ РОССИИ) (RU)

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. Способ обработки моноколеса газотурбинного двигателя концевыми фрезами на станках с числовым программным управлением включает черновую обработку и чистовую обработку. При черновой обработке прорезают межлопаточные пазы в радиальном направлении. Черновую обработку выполняют таким образом, чтобы каждый паз имел переменную ширину, уменьшающуюся в направлении ступицы моноколеса, а полученный при этом профиль пера лопатки имел пирамидально распределенный припуск, увеличивающийся в направлении ступицы моноколеса. Перед чистовой обработкой профиль пера лопатки с пирамидально распределенным припуском условно разделяют по высоте на 2-4 участка. При чистовой обработке фрезеруют профиль пера лопатки по высоте. Фрезеровку профиля пера лопатки осуществляют путем последовательной обработки каждого из участков лопатки. Повышается точность изготовления моноколес ГТД. 3 ил.

 

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 (ЧПУ).

Известен способ фрезерования лопаток моноколес концевыми радиусными фрезами (Крымов В.В., Елисеев Ю.С., Зудин К.И. Производство лопаток газотурбинных двигателей. М.: Машиностроение-Полет, 2002 г., с.203-210).

Недостатком известного способа является то, что он является трудоемким и не учитывает ограничения, накладываемые формой поверхности обрабатываемой детали на размеры инструмента и ориентацию его оси при работе. Способ используется для моноколес с простой геометрией пера, профиль межлопаточных каналов которых строится с использованием простых образующих и не может применяться для сложных моноколес со значительным углом закрутки по высоте лопатки и значительно изменяющимся углом нормали к перу.

Наиболее близким к заявляемому является способ обработки фрезерованием концевыми фрезами моноколес ГТД на станках с ЧПУ, включающий в себя черновую обработку, при которой прорезают межлопаточные пазы одинаковой ширины в радиальном направлении, и чистовую обработку, при которой фрезеруют профиль пера лопатки по высоте (патент РФ №2247011, В23С 3/18, опубл. 27.02.2005 г.). При этом оба вида обработки выполняют за одну установку.

Недостатком известного способа, принятого за прототип, является то, что при чистовой обработке маложестких лопаток с небольшой толщиной и большой высотой пера возникают упругие отгибы и вибрации от сил резания при фрезеровании. Упругие отгибы пера лопатки снижают точность обработки и искажают теоретический профиль пера лопатки. Вибрации, возникающие при обработке, повышают шероховатость поверхностей пера лопаток, а также могут проявляться в виде глубоких волнообразных дроблений, требующих ручной слесарной зачистки. Также вибрации при обработке снижают стойкость используемого инструмента, в результате повышаются затраты на инструментальное оснащение.

Техническим результатом заявленного изобретения является повышение точности изготовления моноколес ГТД за счет повышения точности геометрии пера лопатки и качества поверхностного слоя при обработке лопатки ГТД фрезерованием концевыми фрезами на станках с ЧПУ.

Заявленный технический результат достигается тем, что в способе обработки моноколеса газотурбинного двигателя концевыми фрезами на станках с ЧПУ, включающем черновую обработку, при которой прорезают межлопаточные пазы в радиальном направлении, и чистовую обработку, при которой фрезеруют профиль пера лопатки по высоте, при черновой обработке межлопаточные пазы прорезают таким образом, чтобы каждый паз имел переменную ширину, уменьшающуюся в направлении ступицы моноколеса, а полученный при этом профиль пера лопатки имел пирамидально распределенный припуск, увеличивающийся в направлении ступицы моноколеса, причем перед чистовой обработкой полученный профиль пера лопатки с пирамидально распределенным припуском условно разделяют по высоте на 2-4 участка, а фрезеровку профиля пера каждой лопатки осуществляют путем последовательной обработки каждого из участков лопатки.

Выполнение межлопаточных пазов переменной ширины при черновой обработке с убыванием ширины паза в направлении ступицы моноколеса (от торца лопатки к ступице) и получение профиля пера лопатки с пирамидально распределенным припуском, увеличивающимся в направлении ступицы моноколеса, обеспечивает повышение жесткости лопатки при выполнении чистовой операции за счет большей величины припуска на лопатке у ступицы, чем у торца лопатки в продольном ее сечении после черновой обработки.

Разделение полученного профиля пера лопатки с пирамидально распределенным припуском по высоте условно на 2-4 участка (пояска) перед чистовой обработкой и выполнение фрезеровки профиля пера каждой лопатки путем последовательной обработки каждого из участков позволяет максимально использовать поддерживающий эффект увеличенного припуска на лопатки у ступицы.

Высоту участков (поясков) и их количество выбирают таким образом, чтобы консольный вылет пера лопатки при обработке давал минимальные упругие смещения и вибрации от сил резания, но при этом количество участков не должно быть слишком большим и должно обеспечивать необходимую производительность. В зависимости от различных конструкций и типоразмеров лопаток моноколес при чистовой обработке профиль пера лопатки разделяют на 2-4 участка. При чистовой обработке выполненные поверхности пера лопатки предшествующего участка больше не обрабатываются, а увеличенный припуск лопатки у ступицы моноколеса обеспечивает требуемую жесткость.

На фиг.1 изображена кинематическая схема обработки моноколеса концевой фрезой на многоцелевом обрабатывающем центре.

На фиг.2 изображена схема прорезания межлопаточных пазов при черновой обработке моноколеса.

На фиг.3 изображена схема снятия припусков при чистовой обработке моноколеса.

Способ обработки моноколеса газотурбинного двигателя осуществляется следующим образом.

Предварительно обработанную заготовку моноколеса 1 ГТД, выполненную в виде кольца, устанавливают на приспособление для обработки 2, которое крепят на столе 3 многоцелевого обрабатывающего центра (фиг.1). Стол 3 перемещается по направляющим и имеет возможность поворота вокруг оси O1-O1 на 360°. Обработку проточной части моноколеса 1 осуществляют фрезой 4, которая, вращаясь вокруг собственной оси со скоростью резания, перемещается в трех осях: X, Y, Z. Также фреза 4 имеет возможность вращения вокруг оси О22 на +60° -110°.

Перед началом черновой обработки задают величину припуска 5 по торцу 6 лопатки и по ступице 7 моноколеса 1. Величина припуска 5 по ступице 7 должна обеспечивать необходимую жесткость при чистовой обработке, но при этом не затруднять доступ для черновой обработки ступицы 7 и не повышать трудоемкость чистовой операции. Величина припуска 5 по торцу 6 лопатки 8 задается минимально возможной и учитывает деформацию лопатки 8 после черновой обработки и операции термообработки.

При черновой обработке прорезают межлопаточные пазы 9 в радиальном направлении таким образом, чтобы каждый паз 9 имел переменную ширину, уменьшающуюся в направлении ступицы 7 моноколеса 1, а полученный при этом профиль пера лопатки 8 имел пирамидально распределенный припуск, увеличивающийся в направлении ступицы 7 моноколеса 1. При этом каждый паз 9 обрабатывается последовательно по каждому уровню 10 (впадине) между лопатками 8 на моноколесе 1 начиная с первого уровня 10 и до n-го уровня 10. Обработка выполняется до тех пор, пока межлопаточное пространство 9 не будет полностью освобождено на всю глубину до ступицы 7 в радиальном направлении. Глубина каждого паза 9 зависит от применяемого инструмента и возможности доступа в зону обработки. Ширина каждого уровня 10 паза 9 зависит от конструкции лопаток 8 и величины припуска 5, заданного на лопатке 8 для данного уровня. Ширина каждого последующего уровня 10 паза 9 меньше ширины предыдущего уровня 10, уменьшение ширины обрабатываемых пазов 10 формирует по высоте лопатки 8 неравномерное (пирамидальное) распределение припуска 5.

После черновой обработки может быть выполнена операция термообработки для снятия остаточных напряжений, возникающих из-за сил резания и нарушения уравновешенности сил в материале заготовки при прорезке межлопаточных пазов 9.

Перед чистовой обработкой полученный профиль пера лопатки 8 с пирамидально распределенным припуском 5 условно разделяют по высоте на 2-4 участка (пояска) 11.

Чистовая обработка выполняется по участкам 11. Фрезеровку профиля пера лопатки 8 осуществляют путем последовательной обработки каждого из участков 11 лопатки 8. Обрабатывая первый участок 11, сначала выполняют выравнивание припуска 5 первого участка 10 пера лопатки 8 до получения припуска 12, равномерно распределенного, эквидистантного по профилю пера лопатки 8. После чего концевыми фрезами 4 выполняют фрезерование припуска 12. Это позволяет повысить режимы резания на чистовой операции, сохраняя постоянство сил резания в точке контакта фрезы 4 с обрабатываемой поверхностью. При этом упругие отгибы пера лопатки 8 минимальны и снижается шероховатость поверхности. Черновой припуск на лопатке 8 по высоте оставшихся частей 11, который увеличивается к ступице 8, обеспечивает необходимую жесткость при обработке. При обработке по высоте лопатки 8 получается ступенчатое продольное сечение, которое постепенно обрабатывается по частям 11. Фрезерование частей 11 выполняют последовательно для всех лопаток 8 моноколеса 1, переходя от одной части 11 на следующую. При фрезеровании последующей части 11 поверхности лопатки 8 предшествующие части не обрабатываются. После чистового фрезерования пера лопатки 8 по всей высоте выполняют чистовую обработку ступицы 7 и сопряженного радиуса между ступицей 7 и лопаткой 8.

Таким образом, применение заявленного способа позволяет сохранять необходимую жесткость лопатки на стадии чистового фрезерования, что обеспечивает уменьшение величины возникающих при обработке упругих отгибов. Повышенные режимы обработки и постоянство сил резания на чистовой обработке снижает вибрации при обработке, что существенно повышает точность изготовления и качество обрабатываемых поверхностей маложестких лопаток моноколес.

Способ обработки моноколеса газотурбинного двигателя концевыми фрезами на станках с числовым программным управлением, включающий черновую обработку, при которой прорезают межлопаточные пазы в радиальном направлении, и чистовую обработку, при которой фрезеруют профиль пера лопатки по высоте, отличающийся тем, что при черновой обработке межлопаточные пазы прорезают таким образом, чтобы каждый паз имел переменную ширину, уменьшающуюся в направлении ступицы моноколеса, а полученный при этом профиль пера лопатки имел пирамидально распределенный припуск, увеличивающийся в направлении ступицы моноколеса, причем перед чистовой обработкой профиль пера лопатки с пирамидально распределенным припуском условно разделяют по высоте на 2-4 участка, а фрезеровку профиля пера лопатки осуществляют путем последовательной обработки каждого из участков лопатки.



 

Похожие патенты:

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

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.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при обработке профиля пера рабочих лопаток газотурбинных двигателей на станках с ЧПУ. Способ включает обработку концевой торовой фрезой, которую перемещают эквидистантно обрабатываемой поверхности. Выбирают оптимальную частоту вращения шпинделя, для чего для обрабатываемой лопатки строят расчетную последовательность математических конечно-элементных моделей с моделированием условий закрепления, соответствующих последовательному позонному удалению предварительно заданной величины припуска при обработке. Рассчитывают значения собственных частот обрабатываемой лопатки для каждой зоны. Проводят оценку совпадения расчетных и экспериментальных частотных характеристик обрабатываемой лопатки. Строят графики для визуализации выбора частоты вращения шпинделя. Осуществляют ступенчатую регулировку частоты вращения шпинделя в процессе обработки и регулировку частоты вращения по линейному закону по заданной программе. Исключается резонанс при обработке лопатки. 6 ил.
Наверх