Способ изготовления рабочих колес центробежных машин
О П И С А Н И Е (,)632465
Союз Советских
Социалистических
Республик
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К,ЬВТЯРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свпд-ву (22) Заявлено 22.06.76 (21) 2375515/25-27 (51) М. Кл. -
В 21К 1/36 с присоединением заявки М
Государственный комитет (23) Приоритет (43) Опубликовано 15.11.78. Бюллетень 1че 42 (45) Дата опубликования описания 30.11.79 (53) УДК 62.226.2 (088.8) по делам изобретений и открытий (72) Авторы изобретения (71) Заявитель
Е. А. Коломыцев, В. Д. Васильев и В. М. Лукья
Всесоюзный научно-исследовательский и конструкт технологический институт компрессорного машиност (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ РАБОЧИХ КОЛЕС
ЦЕНТРОБЕЖНЫХ МАШИН
Изобретение относится к металлообработке и может быть широко использовано при изготовлении рабочих колес центробежных компрессорных машин со сложной пространственной формой рабочих поверхностей лопаток и криволинейным профилем дисков.
Известен способ изготовления рабочих колес центробежных машин, включающий штамповку лопаток, предварительную и 10 окончательную механическую и термическую обработку лопаток, основного и покрывного дисков, сборку и соединение лопаток и дисков пайкой, а также механообработку колеса в сборе (1). 15
Известный способ не обеспечивает достаточной точности и приводит к большому объему доводочных работ при механообработке и сборке, а также к неоправданным потерям металла. 20
Цель изобретения — повышение точности изготовления и снижение трудоемкости обработки. Для этого штамповку лопаток ведут с технологическими напусками, на которых выштамповывают элементы ориента- 25 ции, по которым производят базирование лопаток при предварительной и окончательной их механообработке и сборке рабочего колеса, под пайку а удаление технологических напусков производят при ме- 30 ханической обработке колеса в сборе, при этом предварительную термообработку лопаток, основного и покрывного дисков ведут после предварительной их механообработки при температуре выше температуры
АС, материала лопаток и дисков на 100—
150 С не выше температуры пайки.
Для обеспечения максимальных аэродинамических качеств рабочего колеса необходимо получить в нем одинаковые по форме газовые каналы. Это условие достигается в процессе изготовления идентичностью формы рабочп . поверхностей лопаток, одинаковым расположением при валочных поверхностей лопаток относительно их рабочих поверхностей и сохранением полученной точности заготовок лопаток и дисков в процессе механической обработки, сборки и пайки. Изготовление лопаток с технологической базой, полученной во время штамповки, обеспечивает получение лопаток с идентичной формой рабочих поверхностей, а сборка лопаток на диске по этим технологическим базам дает одинаковое расположение лопаток на основном диске и, следовательно, идентичность полученных газовых каналов колеса. Кроме того, изготовление лопаток с технологическими базамп и сборка пх в колесе по этим базам устраняет операции ручной подгон632465
1U.t! H ôo 11KH каждой !on aT KH 1! opoo p попаток по весу при сборке колеса, что снижает трудоемкость изготовления колес.
Сохранение полученной точности лопаток и дисков в процессе сборки и пайки обеспечивается совместной термообработкой комплекта лопаток и дисков при температуре выше АС, на 100 — 150 С с выдержкой во времени по режиму термообработки заготовки основного диска. При проведен!!и сборки и пайки рабочих колес без предварительной согмсстной термоооработкп заготовок лопаток и дисков вследствие изменения формы лопаток и дисков зазор между рабочими поверхностями дисков и прпвалочными поверхностями лопаток увеличивается на 3 — 5 мм при номинале
0,15 мм, что приводит к браку при изготовлении рабочих колес. Изменение формы лопаток и дисков вызывается напряжениями, возникающими в результате структурных превращений и релаксации внутре!!них напряжений. Совместная тсрмообработка комплекта лопаток и дисков после предварительной механической обработки приводит к снятию внутренних напря>кений в лопатках и дисках и к стабилизации их структуры. После сборки при нагреве под пайку основного диска с лопатками в результате проведенной перед этим их совместной термообработки исключается влияние факторов релаксации внутреьп!их напряжений и структурных превращений.
Вследствие этого изменение формы лопаток незначительно и составляет 0,02—
0,11 мм, что обеспечивает высокое качество изготовления колес и исключает брак; кроме того, отпадает необходимость в увеличении размеров полотна основного диска и сокращается время на его мехаии !еску!о обработку.
Способ изготовления рабочих колес иллюстрируется с чертежами, где на фиг. 1 изображена начерно обработанная штампованная заготовка лопатки с элементами ориентации технологических баз; на фиг. 2 — штампованная заготовка лопатки, вид сбоку; на фиг. 3 в схема приспособления для сборки рабочего колеса; на фиг. 4 в основной диск с лопатками после сборки; на фиг. 5 в основной диск с лопатками после пайки н удаления технологических участков на лопатках; на фиг. 6— штампопаяное рабочее колесо.
Способ изготовления рабочих колес по предлагаемому изобретению заключается в следующем: химическим анализом контролируют соответствие материала лопаток материалу дисков; для изготовления дисков заготовки основного и покрывного дисков обрабатывают начерно, оставляя припуск 3 — 5 мм по нерабочим поверхностям и 0,5 — 1 мм — по рабочим; вырсзают кольца — свидетели для изготовленп!! образцов на мехиспытания; подвергают заготовки дисков по рабочим поверхностям контролю магнитопорошковой дефектоскопии; совместно отжигают заготовки дисков и комплект заготовок лопаток при температуре выше температуры ЛС, материала лопаток и дисков на 100 — 150 С, но не выше температуры пайки, для снятия внутренних
11а11р11жс! !1! Й 1! стаб1!л! !311 ц11и cTp) к Г) р ы; обрабатывают рабочис поверхности дисков в окончательные размеры; контролируют диски по рабочим поверхностям методом магнитопорошковой дефектоскопии; диски псрсдают на сборку.
При изготовлении лопаток и рабочего колсса контролируют листовой материал лопаток па отсутствие дефектов методом цветной дефектоскопии; нарезают заготовки под штамповку лопаток; штампуют попатки пагорячо с одновременным выполнением элементов ориентации технологических баз в виде двух ксрнов или пукль на технологическом участке заготовки лопатки;
В случае изготовления заготовок лопаток с нанесением двух кернов с помощью центроискателей по кернам устанавливают заготовку лопатки в кондуктор, сверлят, зенкуют и разворачивают переходные базы — отверстия, в случае штамповки с пук .!5 лями последние являются основными базами и не требуют дополнительной обработки; контролируют форму рабочих поверхностей лопаток в приспособлении для контро-!
О ля шаблонами. Лопатки устанавливают в приспособлении по базам — отверстиям или
Г1) КЛ51М; проводят черновую механическую обработку привалочных поверхностей к основ15 ному и покрывному дискам комплекта лопаток в приспособлении для фрезеровки по копирам; установку лопаток в приспособлении производят также по базовым отверстиям илп пуклям;
50 комплект лопаток на колесо совместно с заготовками дисков подвергают отжиг) при температуре выше температуры АС, на
100 — 150 С, но не выше температуры пайки, в режиме по времени термообработки
55 основного диска; проводят окончательную .механическую обработку комплекта лопаток на колесо по привалочной поверхности к основному диску в приспособлении по копиру. Установку
60 лопаток в приспособлении производят по базовым отверстиям или пуклям; собирают лопатки с припоем в приспособлении для сборки на основном диске с прихваткой лопаток аргонодуговой сваркой
65 к основному диску; установка лопаток в
632465
g0
5 прпспособлсп1!и Г1роизводитс5! НО 07130вь!м отверстиям или пуклям; производят пайку основного диска с лопатками в вакуумной пс! 11, коптролиру!от качество пайки; после пайки производят механическу1о обработку основного диска с лопатками по привалочной поверхности к покрывному диску по копиру и обрезают технологические участки лопаток с пуклямп, как выполнившие свои функции; производят сборку покрывного диска с основным с припаянными к нему лопатками: укладывают на привалочные поверхности лопаток к покрывному диску припой и прихватывают его точечной сваркой, затем приваривают в нескольких местах аргонодуговой сваркой покрывной диск; производят пайку рабочего колеса в вакуумной печи; подвергают рабочее колесо упрочняющей термообработке; обрабатывают рабочее колесо по наружным поверхностям в окончательные размеры; производят балансировку и разгонные испытания; окончательно контролируют колесо методом магнитопорошковой дефектоскопии.
Пример конкретного применения способа.
Штампованное рабочее колесо газоперекачивающего агрегата ГПА-LI-6,3 из стали переходного аустенито-мартенситного класса 09Х15Н8Ю ГОСТ 5632-72 изготавлива-! от по следующей технологии.
Поковки основного и покрывного дисков обрабатывают начерно, оставляя припуск 3 — 5 мм по нерабочим поверхностям и 0,5 — 1 мм по рабочим, вырезают кольца — свидетели для изготовления образцов на мсхиспытания. По рабочим поверхностям контролируют диски методом магнитопорошковой дефектоскопии на отсутствие трещин и других дефектов. Заготовки дисков и комплект лопаток после черновой обработки по привалочным поверхностям подвергают аустенизации при темпсратурс 1050 Ñ (температура Ак конца аустепитпого превращения для стали переходного яустенитно-мартенситного класса 09Х15Н8Ю равна 935 С) для снятия внутренних напряжений и стабилизации структуры. После этого диски обрабатывают по рабочим поверхностям в окончательныс размеры, контролируют диски по рабочим поверхностям методом магнитопорошковой дефектоскопии и передают на сборку. Заготовки лопаток размерами
236;>< 80;к,3+-0,01 мм. представляющие собой теоретическую развертку лопатки с припусками, напусками и технологическим участком для нанесения баз при штамповке получают вырубкой в штампе из листовой стали 09Х15Н8Ю ГОСТ 5632-72. Из прямоугольной заготовки штампуют лопатки на20
65 горячо с нагревом до 950 С в штампе с и;1несением в конце процесса штамповки двух пукль нл технологическом участке заготовки. П р"д штамповкой для защиты от окисления заготовки лопаток покрывают ллюминиевой пудрой, В штамповке 1 взаимное расположение рабоих поверхностей 2 и 3 и прпвало«п1ых поверхностей 4 и 5 лопатки 6 с техно tort!«Oct
Отштямпованну1О лопатку устанавливают в приспособлении для контроля по базам-пуклям «фе» = 10С и контролируют шаблонами по сечениям лопатки форму рабочей поверхности 2. заданную чертежом.
Признанные годными штамповки лопаток поступают на черновую механическую обработку; при этом производят обработку привалочной поверхности 4 штамповки лопатки к основному диску 5 и к покрывному диску с припуском, соответственно равным
«<>» tt «f», tf приспособлении g, 15I фрезе(эовкп по коппрлм. Отштампованные лопатки устанавлива!От в приспособлении по базам-пуклям 7 и 8. Припуск «q» по привалочной поверхности к основному диску состлгляет 0,5 — 1 мм, припуск «(» по привалочной поверхности к покрывному диску — 3 — 5 мм, прппуск «17» по торцу лопатки к основному диску — 5 мм. Обработан-!
Iь!й нячспцо ком!1 Ict 1 час выбрано в соответствии с режимом тсрмообработкп основного диска). В приспособлении л гпдрокоппровяльHом станке производят oKoнчятельную.обработку лопаток по прпвялочHîé поверхности 4 и основному диску, установку лопаток в приспособлении производят по базам-пуклям 7 и 8 с фиксированием положения лопаток элементами по рабочим поверхностям 2 и 3 штамповки 1. Зачища!от заусенцы, мо1от. чистят лопатки и передают па сборку. На прпвало шую поверхность лопаток к основному диску укладывают припой и прихват!1вают точечной сваркой. В процессе сборки основной диск 10 (см. фиг. 3) устанавливают в подставкv 11 на втулку 12 диаметром «ЯК» (Я45Х) приспособления дчя сборки и крепят винтами; в отверстие основного диска «ЯК» (Я45А) устянавлпва!от втулку 13 с планкой 14 и стойкой 15, на которой расположены два отверстия (Я10А) для установки штамповки лопатки по базам-пуклям и винт для 632465 30 35 10 крепления лопатки. После установки лопатки по базам-пуклям для увеличения жесткости положение лопатки фиксируется устройством 16 по рабочим поверхностям. Приспособление для сборки смонтировано таким образом, что оно обеспечивает установку лопатки в соответствии с расположением ее на рабочем колесе (размеры а, в, с, Я, n). Я = 335 м м, и = 182,5+0,01 мм. После установки заготовки лопатки 1 в приспособление ее вместе во втулкой 13, планкой 14 и стойкой 15 опускают до соприкосновения с диском 10 и зажимают гайкой 17, проверяют щупом зазор между лопатками с припоем и рабочей поверхностью 18 основного диска 10, который не должен превышать 0,05 — 0,07 мм. После этого лопатку в местах технологических припусков «й» и «Р» основного диска прихватывают к диску аргонодуговой сваркой. Делительное устройство 19 обеспечивает установку заготовок лопаток на основном диске в соответствии с их количеством в рабочем колесе. Пайку основного диска с лопатками производят в вакуумной печи, контролируют качество пайки. Затем производят механическую обработку основного диска 10 (см. фиг. 4 и 5) с припаянными заготовками лопаток 1 по привалочной поверхности 5 к покрывному диску в окончательные размеры по копиру, отрезают технологическис участки 9, зачищают заусенцы па лопатках, моют их, укладывают на поверхность 5 припой и крепят его точечной сваркой. Производят сборку покрывного диска 20 (см. фиг. 6) с основным диском 10 с припаянными к псму лопатками б и прихватывают аргонодуговой сваркой на припускс «Р» и «/т» («Р»=5 мм, «й»=5 мм). Затем производят пайку рабо,cro колсса в вакуумной печи, контролируют качество пайки, проводят отжиг и упрочняющую термообработку по режиму: обработка холодом прп температуре 70 С в тсчение 2 часов, старение при температуре 380 С в течение 1 часа. Обрабатывают рабочее колесо по наружным поверхностям в окончательные размеры, производят балансировку, разгонные испытания рабочего колеса и окончательный контроль методом магнитопорошковой дефектоскопии. Предлагаемый способ изготовления колес обеспечивает высокую точность, экономию металла и снижение трудоемкости, позволяет изготавливать рабочие колеса центробежных компрессоров различных конструкций, в том числе с пространственной формой газовых каналов, обеспечивающих повышение производительности компрессоров по сравнению с существующими в 1,5 раза и КПД на 3 — 5 /О. Формула изобретения Способ изготовления рабочих колес центробежных машин, включающий штамповку лопаток, предварительную и окончательную механическую и термическую обработку лопаток, основного и покрывного дисков, сборку и соединение лопаток и дисков пайкой, а также механообработку колеса в сборе, отличающийся тем, что, с целью повышения точности изготовления и снижения трудоемкости обработки, уменьшения расхода металла штамповку лопаток ведут с технологическими напусками, на которых выштамповывают элементы ориентации, по которым производят базирование лопаток при предварительной и окончательной их механообработке и сборке рабочего колеса под пайку, а удаление технологических напусков производят при механической обработке колеса в сборе, прп этом предварительную термообработ«у лопаток, основного и покрывного дисков ведут после предварительной их механической обработки при температуре выше температуры АС, материала лопаток и дисков на 100 — 150 С, но не выше температуры пайки. Источник информации, принятый во внимание при экспертизе 1. Сборник «Труды ЦНИИТМАШ», Ко 112. М,, ЦНИИТМАШ, 1973, с. 73. 632465 Составитель Е. Субботин Техред В. Рыбакова Корректор Е. Осипова Редактор И. Острова Типография, пр, Сапунова, 2 Заказ 2502/12 Изд, № 13 Тираж 1045 Подписное НПО Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва 7К-35. Раун ская наб., д. 4/5
