Методы повышения качества и эффективности механической обработки маложестких деталей газотурбинных установок

МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА И ЭФФЕКТИВНОСТИ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ МАЛОЖЕСТКИХ ДЕТАЛЕЙ ГАЗОТУРБИННЫХ УСТАНОВОК

Проведен анализ методов повышения качества обработки маложестких деталей. Приведены результаты исследований современных инструментальных материалов и охлаждающих сред.

Ключевые слова: инструментальный материал, качество, деталь, пластическое деформирование, детали ГТД.

Основными проблемами и трудностями, которые возникают при механической обработке маложестких деталей газотурбинных установок, являются очень низкая обрабатываемость жаропрочных никелевых сплавов, сложность формы обрабатываемых деталей, высокие требования к их точности и качеству поверхностного слоя.

Основными операциями механической обработки при изготовлении лопаток и дисков газовых турбин являются непрерывное и прерывистое точение, фрезерование, шлифование и полирование.

На машиностроительных предприятиях московского региона выполнен большой комплекс работ по технологии механической обработки основных маложестких деталей стационарных ГТУ, исследованию обрабатываемости жаропрочных сплавов, разработке новых конструкций режущих инструментов, выбору рациональных инструментальных материалов и смазочно-охлаждающих технологических сред, по исследованию качества поверхностного слоя после финишных операций при обработке маложестких деталей из жаропрочных сплавов на никелевой основе (ЭИ893, ЭП957, ЦНК7, ЖС6К и др.).

Исследования показали, что обрабатываемость жаропрочных сплавов лезвийным инструментом во много раз ниже, чем обрабатываемость углеродистых и легированных сталей.

Так, если коэффициент обрабатываемости стали 45 принять за 1 (У60=140 м/мин), то у нержавеющей стали 12Х18Н9Т К=0,85, а у жаропрочных сплавов он имеет следующие значения: ЭИ698 — К = 0,18; ЭИ893 — К = 0,15; ЭП957 — К = 0,14; ЖС6К — К =

0,07; ЦНК7 — К = 0,02 (У60 = 3 м/мин).

Это объясняется высокой адгезионной активностью жаропрочных сплавов по отношению к инструментальному материалу, высоким уровнем контактных напряжений в зоне резания, низкой их теплопроводностью.

Значительные трудности возникают особенно при прерывистой обработке жаропрочных сплавов.

В этих условиях твердосплавные инструменты не обеспечивают стабильной работы, пластины выкрашиваются и хрупко разрушаются, и как следствие — показывают худшие результаты по сравнению с быстрорежущими сталями повышенной производительности.

Например, при прерывистой обработке комплекта лопаток из сплавов ЖС6К и ЦНК7 на токарно-карусельном станке наилучшие результаты показали быстрорежущие Р6М5К5, Р9М4К8, Р12М3Ф2К5 (особенно полученные методом порошковой металлургии).

Стойкость инструмента повысилась до 5 раз по сравнению со сталью Р6М5. Твердосплавный инструмент выходил из строя вследствие усиленного износа и сколов.

В условиях непрерывной обработки жаропрочных сплавов наиболее эффективны твердые сплавы.

Экспериментальные зависимости стойкости резцов от скорости резания при точении сплава ЭП957 показывают, что применение эффективных твердых сплавов особомелкозернистой структуры ВК6-ОМ, ВК 10-ОМ, а также сплавов легированных хромом и рением ВК10ХОМ, ВРК15 позволяет до 5 раз повысить стойкость инструмента по сравнению со сплавом ВК8 или при равной стойкости увеличить скорость резания до 2 раз.

Важным фактором повышения стойкости инструмента, производительности обработки, улучшения качества деталей турбин является применение эффективных смазочно-охлаждающих жидкостей и смазок.

Исследования показали, что при обработке жаропрочных сплавов применение эффективных СОЖ, обладающих высокими смазочными и охлаждающими свойствами, например, СЦМ-1, Акванол-1, Аквол-2 и др. позволяет в 2 раза повысить стойкость инструмента по сравнению с эмульсией ЭГТ и до 6 раз по сравнению с работой без охлаждения.

На токарно-карусельных станках, в частности, при обработке комплекта лопаток целесообразно использовать консистентную смазку типа СКЦ, что позволяет повысить стойкость инструмента в 5-8 раз по сравнению с обработкой без смазки.

Финишные абразивные методы обработки сопряжены с опасностью появления дефектов в виде прижогов, трещин и высокого уровня остаточных напряжений растяжения.

С целью повышения качества обработки турбинных лопаток были проведены исследования процесса шлифования абразивными, алмазными кругами и ленточного шлифования.

Установлено, что рекомендуемый процесс ленточного шлифования обеспечивает минимальный наклёп поверхностного слоя, шероховатость поверхности Яа<0.63мкм, стабильные остаточные напряжения сжатия, однородный микрорельеф поверхности без микротрещин, прижогов и других дефектов.

За последнее время достигнуты весьма существенные результаты в возможности интенсификации процессов шлифования, в частности, фасонное глубинное шлифование успешно применяется при обработке замковых частей лопаток ряда энергетических установок. Разработка процессов, оборудования и инструмента для обработки лопаток и точной правки абразивного инструмента позволило в ряде случаев отказаться от предварительной лезвийной обработки лопаток.

При строгом соблюдении рациональных режимов обработки, требований к абразивному инструменту, смазочно-охлаждающим средам, методам их подвода, режимам и методам правки кругов может быть получено высокое качество поверхностного слоя лопаток из чрезвычайно труднообрабатываемых жаропрочных сплавов с обеспечением сжимающих остаточных напряжений и небольшой глубины деформированного поверхностного слоя.

На основании результатов исследований разработаны рекомендации по рациональным инструментальным материалам, СОТС, режимам резания при лезвийной и абразивной обработке лопаток и дисков газовых турбин из жаропрочных сплавов, а также прогрессивные конструкции режущих инструментов, которые эффективно внедрены и применяются на машиностроительных предприятиях.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Овсеенко Е. С. Качество поверхностного слоя деталей, упрочненных методами поверхностного пластического деформирования./ Овсеенко А.Н., Клауч Д.Н., Кущева М.Е., Овсеенко Е.С.// Упрочняющие технологии и покрытия, №6 (66). — М., 2010. — С. 13—19.

2. Овсеенко Е.С. Технологическая наследственность, остаточные напряжения и деформации маложестких деталей типа дисков.//Известия вузов. Сев-Кавк. регион. Технические науки, №1. — 2011. — С. 93—98.