УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРОЧНЯЮЩЕЙ ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТНЫМ ПЛАСТИЧЕСКИМ ДЕФОРМИРОВАНИЕМ ПЕРА ЛОПАТКИ КОМПРЕССОРА ГТД

Полезная модель относится к устройствам обработки металлических деталей сложной пространственной формы поверхностным пластическим деформированием, например к устройствам обработки пера лопатки осевого компрессора ГТД. Полезная модель может быть также использована для упрочняющей обработки других деталей сложной аэродинамической формы, например воздушных винтов, лопаток колес вентиляторов и др.
Известно устройство для поверхностного пластического деформирования детали сферической формы, содержащее силовой узел, воздействующий на деталь упрочняющими элементами тороидальной формы (патент РФ №2324583, МПК В24В 39/04, 2006). Недостатком данного устройства является то, что им можно обработать только детали сферической формы и невозможно обработать детали сложной аэродинамической формы, например перо лопатки компрессора ГТД.
Известно устройство для обработки наружных поверхностей поверхностно-пластической деформацией содержащее корпус и размещенные в нем деформирующий и нагружающий элементы (патент РФ №2023579, В24В 39/04, 1990). Устройство позволяет повысить производительность и расширить технологические возможности обработки. Однако устройство не позволяет обрабатывать пластической деформацией детали выпукло-вогнутого профиля.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве аналога является устройство для упрочняющей обработки поверхностным пластическим деформированием лопаток компрессора авиационного двигателя (Overview of Low Plasticity burnishing for mitigation of fatigue damage mechanisms, Paul S.Prevey and N.Jayaraman, Lambda Research, 5521, Fair Lane, Cincinnati, OH 45227-3401, Dr. John Cammett, NAVAIR Depot - Cherry Point, Cherry Point, NC 28533-0021. Proceeding of ICSP 9 (paper 260), Paris, Marne la Vallee, France, Sept. 6-9, 2005. Figure 1 - LPB Schematic showing constant volume ball support and separately controlled normal force, Figure 2 - LPB treatment of LE of 17-4PH compressor blade with caliper tool.).
Устройство содержит силовой узел с приводом возвратно-поступательного перемещения, снабженный упрочняющими элементами сферической формы и узел пространственного ориентирования лопатки в процессе обработки. Оба узла смонтированы на несущем корпусе с возможностью воздействия упрочняющих элементов на поверхность лопатки при их возвратно-поступательном перемещении во взаимно перпендикулярных направлениях.
Устройство позволяет обрабатывать сложные поверхности типа спинки и корыта пера лопатки осевого компрессора ГТД, но имеет некоторые конструктивные и технологические недостатки.
Упрочняющие элементы силового узла выполнены в виде гидростатической опоры, в которой упрочняющий элемент сферической формы прижимается к обрабатываемой поверхности потоком рабочей жидкости под давлением. Надежная и качественная работа в этом случае может быть обеспечена только сложной системой программного управления процессом обкатки поверхности лопатки сложной аэродинамической формы переменного сечения (переменной толщины). Однако и при программном управлении процессом обкатки упрочняющий элемент неизбежно будет перекрывать или увеличивать площадь проходного сечения обтекающей его рабочей жидкости, что приведет к неустойчивой работе гидростатической опоры и резкому снижению качества обработки. Кроме того, для работы гидростатической опоры необходима система замкнутой циркуляции рабочей жидкости, включающая насос, создающий заданное давление на упрочняющий элемент, систему сбора, фильтрации отработанной рабочей жидкости, систему ее повторной подачи к насосу и в зону обработки, что приводит к неоправданной технической сложности и стоимости упрочняющей обработки.
Узел пространственного ориентирования содержит сложную систему автоматического программного управления положением детали относительно упрочняющих элементов, обеспечивая синхронизацию возвратно-поступательного движения силового узла с поворотом лопатки сложной аэродинамической формы относительно упрочняющих элементов, что снижает качество и производительность упрочняющей обработки, а также приводит к неоправданной технической сложности и высокой стоимости упрочняющей обработки.
Таким образом, недостатками известного устройства являются значительная техническая сложность, высокая стоимость, неустойчивая работа упрочняющих элементов и, как следствие, снижение качества упрочняющей обработки лопатки компрессора.
В основу полезной модели положено решение задач упрощения конструкции устройства для упрочняющей обработки пера лопатки компрессора ГТД, снижения стоимости обработки, повышения качества и производительности упрочняющей обработки поверхностным пластическим деформированием лопаток компрессора ГТД.
Поставленные задачи решаются тем, что устройство для упрочняющей обработки поверхностным пластическим деформированием пера лопатки компрессора ГТД содержит силовой узел, узел пространственного ориентирования пера лопатки и несущий корпус. Силовой узел выполнен с приводом возвратно-поступательного перемещения во взаимно перпендикулярных направлениях вдоль и поперек кромок пера лопатки. Силовой узел снабжен рычажным механизмом с упрочняющими элементам сферической формы и приводом силового воздействия упрочняющих элементов на поверхности спинки и корыта пера лопатки. Узел пространственного ориентирования пера лопатки включает зажим хвостовика лопатки, обеспечивающий возможность ориентирования пера относительно упрочняющих элементов силового узла для различных вариантов расположения хвостовика относительно кромок пера. Оба узла смонтированы на несущем корпусе с возможностью воздействия упрочняющих элементов на поверхности пера лопатки.
Новым в полезной модели является то, что привод силового воздействия упрочняющих элементов снабжен пневмоцилиндром. Упрочняющие элементы выполнены в виде шариковых опор. Узел пространственного ориентирования пера лопатки снабжен корпусом с внутренней полостью, размещенной в полости подшипниковой опорой качения и закрепленным на опоре консольно несущим элементом цилиндрической формы с возможностью свободного вращения несущего элемента вокруг собственной оси. Зажим хвостовика лопатки смонтирован на консольной части несущего элемента с возможностью обеспечения соосности оси несущего элемента и линии, проходящей через центры тяжести сечений корневого и концевого сечений пера лопатки.
Указанные новые существенные признаки обеспечивают решение поставленных задач, а именно:
- снабжение привода силового воздействия пневмоцилиндром обеспечивает упрощение устройства для упрочняющей обработки пера лопатки осевого компрессора ГТД;
- выполнение упрочняющих элементов в виде шариковых опор позволяет отслеживать форму поверхностей лопатки при ее пластическом деформировании, что повышает качество и производительность обработки лопатки;
- снабжение узла пространственного ориентирования пера лопатки корпусом с внутренней полостью, размещение в полости подшипниковой опоры качения и закрепление на опоре консольно несущего элемента цилиндрической формы с возможностью свободного вращения несущего элемента вокруг собственной оси, где зажим хвостовика лопатки смонтирован на консольной части несущего элемента с возможностью обеспечения соосности оси несущего элемента и линии, проходящей через центры тяжести сечений корневого и концевого сечений пера лопатки упрощает конструкцию устройства для упрочняющей обработки пера лопатки осевого компрессора ГТД. При такой конструкции устройства исключается сложная система программного управления обработки лопатки, упрощается и удешевляется вся схема обработки лопатки и убираются все конструктивные элементы, связанные с программным управлением процессом обработки лопатки.
Таким образом, решены поставленные в полезной модели задачи упрощения конструкции устройства для упрочняющей обработки деталей сложной пространственной формы, снижения стоимости, повышения качества и производительности упрочняющей обработки поверхностным пластическим деформированием деталей сложной пространственной формы, например лопаток осевого компрессора ГТД.
Настоящая полезная модель поясняется последующим подробным описанием устройства со ссылкой на фиг.1-2, где:
На фиг.1 изображен общий вид устройства в сборе;
На фиг.2 - вид А устройства со стороны торца лопатки осевого компрессора.
Устройство для упрочняющей обработки поверхностным пластическим деформированием пера лопатки осевого компрессора ГТД содержит силовой узел 1, узел 2 пространственного ориентирования пера 3 лопатки 4 и несущий корпус 5. Силовой узел 1 выполнен с приводом 6 возвратно-поступательного перемещения во взаимно перпендикулярных направлениях вдоль и поперек кромок 7 и 8 пера 3 лопатки 4. Силовой узел 1 снабжен рычажным механизмом 9 с упрочняющими элементами 10 и 11 сферической формы и приводом 12 силового воздействия упрочняющих элементов 10 и 11 на поверхности спинки 13 и корыта 14 пера 3 лопатки 4. Узел 2 пространственного ориентирования пера 3 лопатки 4 включает зажим 15 хвостовика 16 лопатки 4, обеспечивающий возможность ориентирования пера 3 относительно упрочняющих элементов 10 и 11 силового узла 1 для различных вариантов расположения хвостовика 16 относительно кромок 7 и 8 пера 3. Причем оба узла 1 и 2 смонтированы на несущем корпусе 5 с возможностью воздействия упрочняющих элементов 10 и 11 на поверхности пера 3 лопатки 4. Привод 12 силового воздействия упрочняющих элементов 10 и 11 снабжен пневмоцилиндром 17. Упрочняющие элементы 10 и 11 выполнены в виде шариковых опор. Узел 2 пространственного ориентирования пера 3 лопатки 4 снабжен корпусом 18 с внутренней полостью 19. В полости 19 размещена подшипниковая опора 20 качения и закрепленный на опоре 20 консольно несущий элемент 21 цилиндрической формы с возможностью свободного вращения несущего элемента 21 вокруг собственной оси. Зажим 15 хвостовика 16 лопатки 4 смонтирован на консольной части несущего элемента 21 с возможностью обеспечения соосности оси несущего элемента 21 и линии 22, проходящей через центры тяжести сечений корневого 23 и концевого 24 сечений пера 3 лопатки 4.
Устройство работает следующим образом. Лопатка 4 крепится в зажиме 15 хвостовиком 16 так, чтобы линия 22 лопатки 4 была соосна с осевой линией несущего элемента 21 и осью подшипниковой опоры 20. К зонам 25 обработки на поверхности спинки 13 и корыта 14 пера 3 лопатки 4 подводят упрочняющие элементы 10 и 11. В соответствии с требованиями технологического процесса в пневмоцилиндр 17 рычажного механизма 9 силового узла 1 подается заданное давление сжатого воздуха. Через рычажную систему механизма 9 постоянное усилие от пневмоцилиндра 17 передается на упрочняющие элементы 10 и 11, которые воздействуют на поверхности спинки 13 и корыта 14 лопатки 4 в зонах 25 обработки. Это постоянное усилие не зависит от кривизны и толщины лопатки 4. Расположение зон 25 обработки определяется требованиями техпроцесса. Силовому узлу 1 посредством привода 6 придаются возвратно-поступательные перемещения во взаимно перпендикулярных направлениях 26 параллельно и перпендикулярно оси 22 лопатки 4. Под воздействием упрочняющих элементов 10 и 11 лопатка 4 поворачивается вокруг собственной осевой линии 22, оси несущего элемента 21 и оси подшипниковой опоры 20, занимая пространственное положение соответствующее местной кривизне спинки 13 и корыта 14 лопатки 4 и направлению движения упрочняющих элементов 10 и 11 рычажного механизма 9 силового узла 1 в каждый момент времени. Таким образом, криволинейные поверхности спинки 13 и корыта 14 лопатки 4 в зонах обработки 25 в процессе их обработки упрочняющими элементами 10 и 11 определяют пространственное ориентирование лопатки 4 в узле 2 пространственного ориентирования. Такая конструкция устройства позволяет избежать использование сложной системы синхронизации поворота лопатки 4 и возвратно-поступательного перемещения силового узла 1. После полной обработки зон 25 из пневмоцилиндра 17 стравливают рабочее давление воздуха, а рычажный механизм 9 силового узла 1 с упрочняющими элементами 10 и 11 возвращают в исходное положение. Открепляют хвостовик 16 лопатки 4 от зажима 15 и снимают лопатку 4 с узла 2 пространственного ориентирования. Затем в зажим 15 хвостовиком 16 крепят новую лопатку 4. Процесс упрочняющей обработки новой лопатки 4 повторяется.