Эксплуатационные требования, предъявляемые к роторам компрессора. Технологические особенности изготовления роторов компрессоров. Опера

Штамповочные уклоны для отверстий  принимаются в пределах 10...15°, а  для наружных поверхностей 3...7°. Все  переходы у заготовки должны быть плавными, направление волокон должно соответствовать конфигурации вала.

Заготовки валов турбины и компрессора  принимают по первой группе контроля (ОСТ 1.00021—78). В этом случае от каждой заготовки отрезают конец длиной 70...75 мм для изготовления образцов на механические испытания, а заготовку соответственно предусматривают более длинной.

Для заготовки вала из прутка диаметр  фланца должен быть D < < 2,5d, а из трубы D < (1,25...1,5Ы. Длина вала в обоих  случаях не ограничивается.

При изготовлении валов из трубных  заготовок на ГКМ можно также производить набор металла во внутрь трубы, т.е. уменьшить его внутренний диаметр.

При изготовлении валов штамповкой (осадкой в торец) диаметр фланца D должен быть не более 5d, высота фланца Н < 130 мм, диаметр прошивки dx > 60 мм, а длина L не должна превышать 1300 мм.

В отдельных случаях, когда диаметр  фланца значителен, желательно применять сборные конструкции, состоящие из фланца и стержня. Изменение конструкции позволяет значительно снизить расход металла, объем кузнечной и механической обработки.

В технических условиях на заготовки  валов обычно указывают первую группу контроля (из каждой заготовки вырезается образец для испытаний на разрыв и ударную вязкость). Определяют способ очистки поверхности (например для штамповок из стали — химическое стравливание окалины). Ограничивают глубину поверхностных дефектов до половины припуска на механическую обработку (проверяют зачисткой). Регламентируют смещение штампов (до 1...3 мм), коробление штамповок и методы их исправления. Определяются термическая обработка, твердость, структура волокон на макрошлицах образцов, вырезанных из отобранных заготовок. Указывается метод контроля дефектов (рентген, ультразвуковой контроль, люминесцентный контроль и цветная дефектоскопия и соответствующая подготовка поверхности для их применения). Обдирка штамповок крупных валов обычно производится на предприятии-поставщике.

Припуски на механическую обработку  в зависимости от формы и размеров вала — 6...12 мм на диаметр для штамповок  и 0,5...2 мм после ротационного выдавливания. Их определяют расчетным путем, пользуясь соответствующими нормативами.

Заготовки валов компрессоров и  турбин, как и заготовки дисков, изготовляются на специализированных предприятиях и поступают на авиадвигателестроительный  завод предварительно механически и термически обработанными. На заводе эти заготовки проходят комплексный входной контроль. Для улучшения обрабатываемости лезвийным инструментом заготовки подвергаются закалке при температуре 1010...1050 "С и отпуску при 570...650 "С.

Технологические базы для обработки валов. Основной технологической базой при механической обработке наружного контура валов, особенно длинных (см. рис. 1.1), являются центровые фаски. Для обработки внутренних поверхностей вала, а также мелких осевых и радиальных отверстий в качестве технологической базы используют наружный диаметр стержня и его торец.

Для увеличения жесткости длинных  валов при обработке наружных и внутренних поверхностей широко используются люнеты.

Технологическими базами для механической обработки валов большого диаметра, но коротких, например вала ТВД (см. рис. 18.2), являются наружный диаметр и торец вала и диаметр фланца и его торец.

Закрепление валов на станках обычно осуществляется в трех- и четырехкулачковых  патронах.

Основные этапы технологического процесса изготовления валов компрессора и турбины.

В качестве примера рассмотрим основные этапы технологических процессов  изготовления вала турбины низкого  давления и турбины высокого давления двухвальных ГТД.

Вал турбины низкого давления (см. рис. 1.1, а), мартенситно- стареющая сталь 15Х12Н2МВФАБ-Ш (ЭП517) (ТУ 14-1-2902-80).

Штамповка, термообработка, с твердостью по Бриннелю d > > 3,5 мм, без предварительной механической обработки, КИМ = 0,15, первая группа контроля (ОСТ 1000021—78). Термическая обработка заготовок валов на заводе-поставщике производится по режиму: нормализация при температуре нагрева 1120+15 °С, воздух; отжиг — 740±15 °С, воздух; закалка с 1120±10 "С в масло; отпуск 670...700 °С, воздух.

Подрезка торцев, точение на стержне  шеек под люнет, зацентровка стержня вала (подготовка технологических баз для черновой обработки вала). Токарный станок.

Черновое точение наружного  контура вала. Токарный станок с  ЧПУ, 1Б732ФЗ.

Предварительное сверление отверстия  с торца стержня, отрезка образца для механических испытаний, зацентровка вала со стороны фланца. Токарный станок.

Глубокое сверление отверстия  со стороны фланца. Специальный горизонтально-сверлильный  станок фирмы "Берингер" (ФРГ).

Точение внутренних поверхностей фланца. Токарный станок.

Термообработка вала (закалка, отпуск), твердость НВ d = = 3,3...3,5 мм.

Чистовое точение наружных поверхностей вала. Специальный станок с ЧПУ  фирмы "Хайнеман" (ФРГ).

Чистовое растачивание внутренней полости вала. Горизонталь- но-расточной  станок МК-6017. Горизонтально-сверлильный станок фирмы "Берингер".

Окончательное точение наружного  контура вала и фланца.

Шлифование наружных и внутренних поверхностей вала. Круглошлифовальный и внутришлифовальный станки.

Фрезерование эвольвентных шлицев на стержне вала. Зубоф- резерный станок.

Сверление радиальных отверстий различного диаметра, фрезерование канавок пазов. Радиально-сверлильный и вертикально- фрезерный станки.

Нарезание резьбы со стороны фланца и на стержне. Токарный станок.

Магнитный контроль наружных дефектов материала вала. Установка МСАТ-10000РЭ (УМД-9000).

Шлифование и алмазное выглаживание наружных и внутренних базовых поверхностей фланца/Круглошлифовальный, внутриш- лифовальный и токарный станки.

Точение канавок лабиринтного уплотнения на фланце, раздельно каждую канавку фасонным рездор Токарный станок.

Полирование наружных поверхностей и  внутренней полости вала. Токарный станок.

Окончательный контроль геометрии  вала, в том числе магнитный контроль внешних дефектов материала.

Вал турбины высокого давления (см. рис. 18.1, б), сплав ЭП741НП (ТУ 1 -809-629—86).

Заготовка, изготовленная горячим  изостатическим прессованием гранул и  термообработанная, предварительно проточена (Ra = 2,5 мкм) кругом (см. рис. 18.2, г), проверена  ЭХО-методом ультразвуковой дефектоскопии и ЛЮМ-1 заводом-поставщиком, КИМ — 0,42. Первая группа контроля по ОСТ 100021—78. Термообработка заготовок — отжиг, совмещенный с закалкой: нагрев — 1200° ±10 °С, выдержка — 8 ч, охлаждение с печью до 1130° + 10 °С, выдержка — 2 ч, охлаждение на воздухе; старение — 910°±10 °С, выдержка — 16 ч, охлаждение на воздухе.

Ультразвуковой контроль внутренних дефектов материала заготовки.

Подрезка торцев фланца и стержня  и точение его хвостовика (технологические  базы). Универсальный токарный станок высокой точности DLZ-800 (ФРГ).

Чистовое точение наружного  и внутреннего контуров вала со стороны  фланца (Ra = 2,5 мкм). Обрабатывающие центры MDW-20S, MDW-20SK (ФРГ), 1П732РФЗ.

Полирование наружного и внутреннего  контуров вала со стороны фланца. Токарный станок.

Травление вала и контроль поверхностных  дефектов материала.

Стабилизирующий отжиг в среде  аргона или в вакууме: температура нагрева — 870° ±10 °С, выдержка — 5 ч. Вакуумная электропечь фирмы "Улвак" (Япония).

Подрезка торцев стержня (восстановление технологических баз). Токарный станок DLZ-800.

Окончательное точение наружного  и внутреннего контуров вала со стороны  фланца. Обрабатывающие центры MDW-20S, MDW-20SK (ФРГ).

Полирование наружных и внутренних поверхностей вала со стороны фланца. Токарный станок.

Точение и Полирование канавок  лабаринтного уплотнения и прилегающего к ним стержня вала. Токарный станок с ЧПУ NF-300 (ФРГ), DLZ-800.

Сверление, зенкерование и развертывание  отверстий (Ra = 2,5 мкм) различного диаметра. Радиально-сверлильный станок, 2М55.

Фрезерование по копиру концевой фрезой радиусных выступов на торце стержня. Вертикально-фрезерный станок с  ЧПУ МА-655.

Шлифование торцевых шлицев на торце  стержня. Специальный шлифовальный станок 3D722, "Микрокат-В10" фирмы "Эльб- шлиф" (ФРГ).

Термообработка — стабилизирующий  отжиг вала. Вакуумная электропечь  фирмы "Улвак" (Япония).

Точение поверхностей фланца (восстановление технологических баз, центрирование вала в приспособлении по торцевым шлицам). Универсальный токарный станок высокой точности.

Сверление, зенкерование и развертывание  отверстий во фланце. Радиально-сверлильный станок 2М55.

Контроль внешних дефектов материала  вала ЛЮМ-1.

Деформационное упрочнение микрошариками  поверхностей торцевых шлицев (диаметр 0,16...0,3 мм). Специальная установка.

Окончательный контроль вала.

Механическая обработка  валов. Механическая обработка наружных и внутренних поверхностей валов осуществляется в основном на высокоточных металлорежущих станках с ЧПУ, обеспечивающих заданную точность и разностенность валов в пределах 0,1 мм.

Механическая обработка (лезвийная  и абразивная) валов обычно разделяется  на три этапа: черновую (обдирку), чистовую и окончательную.

Черновой обработкой достигается  равномерное распределение припусков  на последующую обработку и удаляются поверхностные дефекты материала заготовки. Ее проводят при напряженных режимах, ограничиваемых допускаемыми деформациями вала под действием усилий резания и закрепления. При значительных масштабах производства здесь чаще применяют мощные и жесткие станки высокой производительности.

При чистовой обработке снимают  значительно меньшие припуски, чем  при черновой. Режимы обработки здесь  назначают менее напряженными во избежание деформаций как всего вала, так и его поверхностных слоев. При серийном производстве на этом этапе применяют производительные многорезцовые токарные станки, часто снабженные копировальными устройствами. Основная цель этого этапа — получить вал с малыми припусками на окончательную обработку.

Здесь должны быть исправлены погрешности после первого этапа механической обработки и коробление после термообработки.

При окончательной обработке требуется  получить заданные точность, шероховатость  поверхности и физико-химическое состояние поверхностного слоя рабочих  поверхностей вала. По этой причине здесь недопустимы условия, при которых могут возникнуть значительные погрешности вследствие деформации и нагрева детали. Наибольший удельный вес на этом этапе имеет абразивная обработка на шлифовальных станках. Кроме того, применяются различные методы отделки (хонингование, суперфиниширование, алмазное выглаживание и полирование). На этом же этапе, как правило, обрабатывают резьбу, шлицы и другие поверхности, которые могли бы быть повреждены, если бы их обрабатывали раньше.

При построении технологического процесса обработки вала обычно придерживаются такой последовательности, чтобы на последних этапах внутренние поверхности обрабатывались ранее наружных. Это обусловлено тем, что концентричность наружных и внутренних поверхностей проще обеспечить, если вначале обработать внутренние поверхности, используя их затем в качестве технологических баз для обработки наружных. Бывают, однако, случаи, когда от этого правила приходится отступать и окончательно обрабатывать отверстия в конце технологического процесса. Так, в частности, поступают, если вал имеет впрессованные вкладыши из мягкого металла (например, из свинцовистой бронзы); использование окончательно обработанных отверстий вкладышей в качестве технологической установочной базы могло бы привести к надирам при установке на оправку.

Термическая обработка  валов. Большое внимание необходимо уделять выбору места термической обработки. Термоулучшаемые валы, например, можно подвергать закалке как до механической обработки, так и после первого этапа. В первом случае, очевидно, отпадет необходимость в транспортировке валов из механического цеха в термический и обратно, и тем самым сокращается длительность цикла обработки. Однако это не всегда удается. При наличии больших припусков на обработку возникает опасность непрокаливания валов. Такие валы вначале обдирают, а затем подвергают термообработке.

Для валов, имеющих отдельные цементируемые  участки, место термообработки в  технологическом процессе зависит  в основном от способа защиты нецементируемых  поверхностей. В авиадвигателестроении применяют следующие способы защиты:

1. Меднение нецементируемых поверхностей перед цементацией.

2. Увеличение на нецементируемых поверхностях припуска, который снимают после цементации, но перед закалкой.

3. Комбинация первого и второго способов, заключающаяся в меднении поверхностей с увеличенным припуском, который снимают после закалки деталей (двойная защита).

 

Рис. 7.3. Подрезка торцев и зацентровка на фрезерно-центровалыюм станке

При решении вопроса о выборе способа защиты от цементации руководствуются  следующими соображениями. Если допускается  местное повышение твердости  на нецементируемых поверхностях, то применяют первый способ. Если деталь имеет поверхности, повышение твердости которых совершенно недопустимо (места, где должны сверлиться после закалки мелкие отверстия, нарезаться резьба, шлицы и т.п.), то применяют третий способ. Наконец, если при обработке (чистовой или окончательной) нецементируемых поверхностей металлическим режущим инструментом приходится проходить участки цементируемых поверхностей, то в этом случае применяют второй способ.

 

7.3. Основные операции технологического процесса изготовления валов

 

Подрезка торцев и зацентровка. Торцы подрезают в зависимости от размеров вала и масштаба производства на токарных или горизонтально-фрезерных станках. При подрезке на токарных станках заготовку устанавливают в патроне, а на фрезерных — в приспособлении с установочными зажимными призмами. После обработки торцев производят зацентровку. Зацентровать заготовки можно на станках общего назначения (токарных, сверлильных, револьверных) и на центровочных одно- и четырех- шпиндельных типа ФЦ-2.

Крупные заготовки зацентровывают вручную по разметке или по кондуктору с помощью электродрели или на радиально-сверлильных станках.

В мелкосерийном и единичном  производствах распространена зацентровка  с помощью спирального сверла и зенковки. Однако для малых и  средних валов в серийном производстве лучше применять комбинированные центровые сверла. Такие сверла позволяют получить отверстие за один проход. В крупносерийном производстве для зацентровки небольших валов применяют фрезерно-центровальные станки (рис. 7.3), позволяющие с одного установа произвести обработку торцев и зацентровку. При всех способах выполнения операции зацентровки должно быть обеспечено равномерное распределение припуска.