Способ изготовления маложестких лопаток роторов при одноопорном закреплении на станках с чпу

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при обработке профиля пера лопаток роторов концевыми фрезами на фрезерных станках с числовым программным управлением (ЧПУ). Способ включает обработку концевой торовой фрезой, перемещаемой эквидистантно обрабатываемой поверхности по гладкой траектории. Заготовки закрепляют одноопорно, проводят черновую и получистовую обработку с чередованием зон обработки. При обработке последовательно обрабатывают концевую зону на верхней поверхности лопатки, концевую зону на нижней поверхности лопатки, срединную зону на нижней поверхности лопатки, срединную зону на верхней поверхности лопатки, прикомлевую зону на верхней поверхности лопатки, прикомлевую зону на нижней поверхности лопатки, затем проводят чистовую и финишную обработку с использованием демпфера. Использование одноопорного многопозиционного закрепления маложестких лопаток роторов позволило сократить подготовительно-заключительные работы на установку и базирование деталей, а также исключить из технологического процесса операции стабилизирующей термообработки. 5 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к области обработки металлов резанием и может быть использовано в машиностроении, при обработке профиля пера лопаток роторов концевыми фрезами на фрезерных станках с числовым программным управлением (ЧПУ).

При изготовлении лопаток роторов, предъявляются особые требования к точности изготовления (~0,02-0,05 мм), существенно превышающие требования к конструкциям в составе серийных изделий. Основную сложность представляет изготовление лопаток, имеющих малые относительные толщины при выраженном осевом габарите (200-500 мм). Сила резания при фрезеровании отжимает деталь от инструмента. При малых относительных толщинах, характерных для лопаток, величина отжима может существенно превышать точность обработки, что приведет к недоработке припуска в зонах с малой жесткостью и соответственно большим прогибам. Определяющее влияние на величину прогиба оказывают сила резания, последовательность удаления и величина припуска, повышающего жесткость обрабатываемой поверхности тонкостенных деталей и их элементов. При этом сила резания определяется положением фрезы, относительно обрабатываемой поверхности (пространственной ориентацией), направлением движения фрезы относительно поверхности, величинами технологических параметров обработки (подача на зуб, величина припуска на обработку, шага между строчками), которые определяют производительность. При обработке лопаток выбор стратегии обработки и технологических параметров диктуется требованиями к точности изготовления. При механической обработке маложестких лопаток возникает ряд проблем, основная из которых - это деформация деталей вследствие остаточных напряжений. Эта проблема значительно снижает точность линейных размеров, что нередко приводят к браку. Для минимизации остаточных напряжений в технологический процесс обработки деталей включают операции промежуточной стабилизирующей термообработки. Данный подход к устранению проблем деформаций лопаток требует значительных трудозатрат, что приводит к увеличению сроков их изготовления. В условиях серийного производства, характерного для роторных лопаток, это в значительной мере тормозит создание изделия.

Известен способ обработки нежестких деталей (описание изобретения к авторскому свидетельству SU 1400798, МПК4 В23С 3/00, 1988 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. При данном способе обработки получается невысокая точность обработки при малых скоростях резания. Для уменьшения брака от вибраций оставляют значительный (0,15-0,25 мм) припуск для слесарной доработки, которая увеличивает время изготовления деталей и снижает точность изготовления, а для снятия деформации от остаточных напряжений после операции фрезерования требуется включение в технологический процесс операций стабилизирующей термообработки, слесарную доработку производят после термообработки.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является изобретение «Способ обработки лопаток газотурбинных двигателей» по патенту РФ №2419520 С1, МПК В23С 3/18, 2009 г. Заявленный технический результат в данном изобретении достигается тем, что в способе определяют величину снимаемого припуска, ведут обработку за один проход концевой фрезой, которую перемещают эквидистантно обрабатываемой поверхности по гладкой траектории, обработку ведут торцевой частью торовой 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. 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. Однако обработка производится при 2х-опорном закреплении и полностью обработанная лопатка имеет концевую бобышку, которую необходимо убрать. Кроме того, для снятия деформации от остаточных напряжений после операции фрезерования требуется включение в технологический процесс операций стабилизирующей термообработки и последующей механической доработки.

Задачей предлагаемого изобретения является разработка способа изготовления маложестких лопаток роторов на станке с ЧПУ, используемого один установ лопатки, обеспечивающего отсутствие деформаций от остаточных напряжений.

Техническим результатом является изготовления лопаток роторов без слесарной доводки с заданной в чертеже шероховатостью поверхностей и точностью.

Решение задачи и технический результат достигаются тем, что заготовки закрепляют одноопорно, проводят черновую и получистовую обработку с чередованием зон обработки, при котором последовательно последовательно обрабатывают концевую зону на верхней поверхности лопатки, концевую зону на нижней поверхности лопатки, срединную зону на нижней поверхности лопатки, срединную зону на верхней поверхности лопатки, прикомлевую зону на верхней поверхности лопатки, прикомлевую зону на нижней поверхности лопатки, затем проводят чистовую и финишную обработку с использованием демпфера.

На фигуре 1 показано закрепление лопаток в приспособлении для их последующей всесторонней обработки.

На фигуре 2 показано условное деление лопаток ротора на зоны.

На фигуре 3 показана траетория движениия фрезы при черновой и получистовой обработке лопаток ротора в концевой зоне.

На фигуре 4 показана траетория движениия фрезы при чистовой обработке лопаток ротора без разделения на зоны с минимальным припуском.

На фигуре 5 показана финишная обработка лопаток ротора с использованием технологических гасителей вибрации.

Для высокоскоростной обработки лопаток 1 ротора было спроектировано специальное приспособление 2, позволяющее оперативно одноопорно крепить и базировать сразу несколько лопаток для их последующей всесторонней обработки (фиг. 1). Первая (черновая) обработка осуществляется с припуском 5 мм. Экспериментально было определено, что деформации лопаток под действием внутренних напряжений после съема основного материала не превышают 5 мм. На этапе черновой и получистовой обработки применяют при зонной стратегии обработки 3-х координатную однонаправленную обработку верхней и нижней поверхностей с выполненным заранее поворотом инструмента на определенные, ранее рассчитанные углы α и β, рассчитанные по стандартным методикам. Обработка осуществляется построчно с шагом между строчками 1 мм. При этом для минимизации вибраций сначала обрабатывают верхнюю часть - концевую зона лопаток с обеих сторон. При обработке лопаток на этапе черновой и получистовой обработки разрабатывают особый порядок чередования зон - концевая зона на верхней поверхности лопатки, концевая зона на нижней поверхности лопатки, срединная зона на нижней поверхности лопатки, срединная зона на верхней поверхности лопатки, прикомлевая зона на верхней поверхности лопатки, прикомлевая зона на нижней поверхности лопатки. Условное разделение на зоны показано на фигуре 2. Траектории 4 движения фрезы 3 при черновой обработке верхней части лопатки (концевая зона) показаны на фигуре 3.

Получистовая обработка осуществлялась за два этапа с припуском 2 мм, затем 1 мм. При этом фреза 3 движется не построчно, как в случае черновой обработки, а по траектории 5 эквидистантной криволинейному профилю пера лопатки (см. фиг. 4). Расчетными средствами было установлено, что для данных лопаток припуск 1 мм обеспечивает жесткость, при которой вибрации лопатки не происходят или незначительны при обработке по эквидистантным траекториям на эффективных режимах резания. Это же было подтверждено и экспериментально. При припуске менее 1 мм начинаются вибрации лопаток. Для их минимизации чистовая обработка лопатки была разбита на несколько этапов, наиболее рациональных для различных участков пера лопатки. Так, для обработки наименее жестких участков пера лопатки на этапе чистовой обработки концевой зоны лопатки разработана 5-ти координатная обработка, позволяющая аккуратно снимать материал, не вызывая высоких сил резания, но отличающиеся невысокой производительностью. Для других, более жестких (срединная и прикомлевая зоны), участков пера лопатки были использованы более производительные траектории 5 движения фрезы 3 (см. фиг. 4). Помимо этого, при чистовой и финишной обработке (см. фиг. 5) маложестких лопаток рационально использовать средства, искусственно повышающие их жесткость. Наиболее удобным и эффективным таким средством в данном случае являются технологические гасители вибраций (демпферы) 6 (см. фиг. 5).

Таким образом, использование предложенного способа позволило сократить подготовительно-заключительные работы на установку и базирование деталей, а также исключить из технологического процесса операции стабилизирующей термообработки. Все изделия соответствуют предъявляемым техническим требованиям как по точности их изготовления, так и по шероховатости поверхности. Общее время изготовления одной лопатки при этом снизилось в 5 раз (с 20 ч до 4 ч).

Способ изготовления лопаток роторов на станках с ЧПУ, включающий обработку концевой торовой фрезой, перемещаемой эквидистантно обрабатываемой поверхности по гладкой траектории, отличающийся тем, что заготовки закрепляют одноопорно, проводят черновую и получистовую обработку с чередованием зон обработки, при котором последовательно обрабатывают концевую зону на верхней поверхности лопатки, концевую зону на нижней поверхности лопатки, срединную зону на нижней поверхности лопатки, срединную зону на верхней поверхности лопатки, прикомлевую зону на верхней поверхности лопатки, прикомлевую зону на нижней поверхности лопатки, а затем проводят чистовую и финишную обработку с использованием демпфера.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности, к изготовлению изделий посредством послойного аддитивного наращивания. Может использоваться для изготовления деталей турбомашин.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано на операциях шлифования, фрезерования лопаток газотурбинных двигателей. Изготовление лопатки осуществляют путем механической обработки заготовки по разработанной управляющей программе, которую ведут в несколько комбинируемых в зависимости от припусков этапов обработки, включающих: этап обработки хвостовика и прикорневого участка лопатки с закреплением ее за перо, этап шлифования абразивной лентой профиля пера лопатки с закреплением ее за хвостовик и управлением съемом металла путем изменения скорости подачи ленты или скорости вращения ленты, или обеих скоростей, этап фрезерования входной и выходной кромок пера или всего профиля пера заготовки лопатки по адаптированной траектории с учетом замеров прикромочной зоны пера в каждой точке контрольных сечений со стороны ее спинки и корыта и с определением величины припуска между контрольными точками для плавной стыковки зоны обработки и необрабатываемых поверхностей пера и этап удаления технологической прибыли на торце пера лопатки по управляющей программе.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для закрепления заготовок лопаток турбомашины при механической обработке. Устройство содержит по меньшей мере одно фиксирующее устройство, которое выполнено в виде установочного кольца, в котором расположены базирующие элементы для осевой установки заготовок, установочного диска, расположенного съемным образом на установочном кольце, и антивибрационного кольца, прикрепленного к установочному диску с возможностью контакта с концами закрепляемых заготовок, противоположных их замковой части, при этом упомянутое фиксирующее устройство расположено в установочном диске с возможностью фиксации замковой части заготовок лопатки.

Способ вырезания предварительно отформованной заготовки включает съемку изображения заготовки и обработку изображения заготовки, причем заготовка предназначена для изготовления детали турбомашины и образована тканьем множества нитей плетения, включающих визуально различимые нити, в соответствии с контуром вырезания, рассчитанным по модели заготовки, в которой нити плетения имеют эталонное расположение.

Изобретение относится к изготовлению лопастей турбины. Используют цельную болванку из алюминида титана, из которой с помощью гидроабразивной резки получают одновременно по меньшей мере две заготовки, уложенные внахлест друг на друга.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при механической обработке лопаток газотурбинных двигателей, например на операциях шлифования и полирования хвостовиков лопаток.

Изобретение относится к области изготовления лопаток турбомашин. Профиль лопасти лопатки определяют по цифровой теоретической модели.

Изобретение относится к способу электронно-лучевой сварки плиты с оребренной поверхностью и может быть использовано в различных отраслях машиностроения. Сварку осуществляют со стороны плиты.

Изобретение относится к общей области газовых турбин для самолетных или вертолетных двигателей и более конкретно к способу изготовления лопаток, который способствует минимизации напряжений и веса во время механической обработки.

Изобретение относится к изготовлению узлов турбины, работающей в условиях высоких температур. Способ изготовления узла (10, 10а) турбины в виде расположенных между двумя платформами (46, 46΄) по меньшей мере двух аэродинамических профилей (12, 14), который формируют монолитным, включает создание первой защиты путем нанесения теплозащитного покрытия на по меньшей мере два соседних аэродинамических профиля (12, 14), при этом в процессе нанесения по меньшей мере одна область (16) одного аэродинамического профиля (14), находящегося в теневой зоне другого аэродинамического профиля (12, 14), остается необработанной, создание второй защиты в по меньшей мере одной необработанной области (16) одного аэродинамического профиля (14), находящегося в теневой зоне другого аэродинамического профиля (12, 14), путем модификации поверхности до нанесения теплозащитного покрытия или после его нанесения, причем первая и вторая технологии защиты отличаются одна от другой и вторая технология защиты приводит к модификации поверхности по меньшей мере одной области (16) одного аэродинамического профиля (14) из двух соседних аэродинамических профилей (12, 14), которая останется необработанной или которая осталась необработанной, путем нанесения покрытия, или травления, или придания шероховатости, или путем химического преобразования поверхности.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано на операциях шлифования, фрезерования лопаток газотурбинных двигателей. Изготовление лопатки осуществляют путем механической обработки заготовки по разработанной управляющей программе, которую ведут в несколько комбинируемых в зависимости от припусков этапов обработки, включающих: этап обработки хвостовика и прикорневого участка лопатки с закреплением ее за перо, этап шлифования абразивной лентой профиля пера лопатки с закреплением ее за хвостовик и управлением съемом металла путем изменения скорости подачи ленты или скорости вращения ленты, или обеих скоростей, этап фрезерования входной и выходной кромок пера или всего профиля пера заготовки лопатки по адаптированной траектории с учетом замеров прикромочной зоны пера в каждой точке контрольных сечений со стороны ее спинки и корыта и с определением величины припуска между контрольными точками для плавной стыковки зоны обработки и необрабатываемых поверхностей пера и этап удаления технологической прибыли на торце пера лопатки по управляющей программе.

Изобретение относится к режущим инструментам и может быть использовано для удаления материала с изделия. Головка имеет базовую поверхность, боковую и верхнюю области.

Изобретение относится к области изготовления лопаток турбомашин. Профиль лопасти лопатки определяют по цифровой теоретической модели.

Изобретение относится к обработке металлов резанием и может быть использовано при формировании криволинейных поверхностей лопаток цельнофрезерованного рабочего колеса газотурбинного двигателя на станках с числовым программным управлением.

Изобретение относится к способам чистовой обработки поверхности лопатки. Осуществляют обработку передней кромки и задней кромки, а также чистовую обработку участка корыта и участка спинки до поверхности лопатки лопаточного элемента.

Группа изобретений относится к машиностроению и может быть использована при фрезеровании деталей сложной пространственной формы. Способ включает построчное фрезерование сферической фрезой вращающейся заготовки на многокоординатном обрабатывающем центре с ЧПУ.

Изобретение относится к авиационной промышленности и может быть использовано для изготовления моноколес турбомашин. Способ включает последовательную черновую обработку концевыми фрезами верхних, средних и концевых участков лопаток и дальнейшую их чистовую обработку.

Изобретение относится к области авиадвигателестроения, в частности к технологии изготовления моноколес газотурбинных двигателей, преимущественно имеющих сложнопрофильные лопатки.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при обработке лопаток газотурбинного двигателя на многокоординатных фрезерных станках с числовым программным управлением.

Изобретение относится к области металлообработки и может быть использовано, например, при чистовой обработке лопаток газотурбинного двигателя. Способ включает удаление обработкой с помощью адаптированного инструмента (20) припуска обрабатываемой зоны (8), при этом для определения конечного положения инструмента в ходе обработки осуществляют цифровое моделирование поверхности (11) теоретического профиля в виде сетки (13) и моделирование позиции каждой точки (Р) контакта между деталью и инструментом (20) в процессе обработки, измеряют посредством зондирования детали для каждого узла Ni, находящегося за пределами внешней границы (12) обрабатываемой зоны (8), отклонение (дельта Ni) между положением узла Ni на исходной поверхности (10) и рассчитанной позицией узла на поверхности (11) теоретического профиля, путем соответствующих расчетов определяют отклонение (дельта Р), необходимое для добавления к каждой точке Р для достижения в ней контакта между деталью и инструментом (20), относительно системы координат обрабатывающего станка.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при обработке профиля пера лопаток роторов концевыми фрезами на фрезерных станках с числовым программным управлением. Способ включает обработку концевой торовой фрезой, перемещаемой эквидистантно обрабатываемой поверхности по гладкой траектории. Заготовки закрепляют одноопорно, проводят черновую и получистовую обработку с чередованием зон обработки. При обработке последовательно обрабатывают концевую зону на верхней поверхности лопатки, концевую зону на нижней поверхности лопатки, срединную зону на нижней поверхности лопатки, срединную зону на верхней поверхности лопатки, прикомлевую зону на верхней поверхности лопатки, прикомлевую зону на нижней поверхности лопатки, затем проводят чистовую и финишную обработку с использованием демпфера. Использование одноопорного многопозиционного закрепления маложестких лопаток роторов позволило сократить подготовительно-заключительные работы на установку и базирование деталей, а также исключить из технологического процесса операции стабилизирующей термообработки. 5 ил.

Наверх