|
Crow indian
Регистрация: 21.02.2009
Возраст: 40
Сообщений: 29,839
Поблагодарил: 398 раз(а)
Поблагодарили 5983 раз(а)
Репутация: 126089
|
Тема: Технологический процесс получения многослойного теплозащитного покрытия с анкерным эффектом
Технологический процесс получения многослойного теплозащитного покрытия с анкерным эффектом
Дипломный проект
Чертежи в формате Компас
Скачать
Цитата:
Введение 8
1 Технологическая часть 11
1.1 Разработка маршрутного технологического процесса изготовления рабочей лопатки ТВД 12
1.1.1 Анализ конструкции и условия работы детали в изделии 13
1.1.2 Анализ технологичности конструкции детали 17
1.1.3 Качественная оценка технологичности 18
1.1.4 Количественная оценка технологичности 21
1.1.5 Обоснование выбора исходной заготовки 22
1.1.5.1 Выбор заготовки с точки зрения обеспечения требуемой точности 22
1.1.5.2 Выбор заготовки с точки зрения себестоимости 25
1.1.6 Разработка технологического процесса 26
1.1.6.1 Анализ базового технологического процесса 26
1.1.6.2 Анализ разрабатываемого маршрутного технологического процесса 27
1.1.7 Размерный анализ технологического процесса 27
1.2 Разработка операционного технологического процесса изготовления рабочей лопатки ТВД 31
1.2.1 Выбор средств технологического оснащения, расчет режимов обработки, норм времени для операции №51020 «Плазменное напыление островкового подслоя» 31
1.2.1.1 Выбор средств технологического оснащения 33
1.2.1.2 Расчет режима обработки 38
1.2.1.3 Расчет штучного времени 39
1.2.2 Выбор средств технологического оснащения, расчет режимов обработки, норм времени для операции № 50510 «Электроэрозионная» 41
1.2.2.1 Выбор средств технологического оснащения 41
1.2.2.2 Расчет режима обработки 42
1.2.2.3 Расчет штучного времени 45
1.2.3 Выбор средств технологического оснащения, расчет режимов обработки, норм времени для операции №40010 «Шлифовальная» 46
1.2.3.1 Выбор средств технологического оснащения 46
1.2.3.2 Расчет режима обработки 47
1.2.3.3 Расчет штучного времени 49
2 Конструкторская часть 51
2.1 Разработка приспособления для плазменного напыления анкерного подслоя многослойного керамического покрытия на деталь «Рабочая лопатка ТВД» 52
2.2 Описание построения «островкового» подслоя с анкерным эффектом 52
2.3 Разработка способа получения теплозащитного покрытия с островковой переходной зоной для лопаток турбины ГТД. 54
2.4 Рассмотрение составных элементов в приспособлении для напыления
лопаток ГТД 55
2.5 Расчет приспособления на точность 57
2.6 Расчет элемента приспособления 58
2.7 Подбор электродвигателя 60
2.8 Подбор оборудования для автоматизации процесса нанесения покрытия 61
2.9 Подбор дополнительных элементов оснастки 64
2.10 Проектирование экранов 64
2.11 Порядок сборки оснастки 65
3 Специальная часть 66
3.1 Припои на медной основе 68
3.1.1 Медь 69
3.1.2 Медно-цинковые припои 69
3.1.3 Медно-никелевые припои 73
3.1.4 Медно-фосфорные припои 76
3.1.5 Медно-германиевые припои 77
3.2 Серебряные припои 78
3.3 Палладиевые припои 81
3.4 Золотые припои 85
3.5 Жаропрочные и коррозиционно-стойкие припои на никелевой основе 86
3.6 Марганцевые припои 90
3.7 Титановые припои 91
3.8 Выбор припоя 93
4 Организационно-экономическая часть проекта 95
4.1 SWOT – анализ предлагаемого способа создания жаростойкого покрытия 96
4.2 Определение трудоемкости выполнения НИР 97
4.3 Построение сетевого графика выполнения НИР 102
4.4 Определение плановой себестоимости проведения НИР 102
4.5 Определение прибыли и договорной цены НИР 107
4.6 Оценка показателей технического уровня (инновационного потенциала) 108
5 Безопасность и экологичность проекта 114
5.1 Шум в производственных условиях 115
5.1.1 Физические характеристики шума 115
5.1.2 Нормирование шума на рабочих местах 116
5.1.3 Воздействие шума на организм человека. Средства и методы защиты от шума 117
5.1.4 Средства и методы защиты от шума в производственных условиях 118
5.1.5 Звукоизоляция и звукопоглощение 119
5.1.6 Средства индивидуальной защиты человека от шума 119
5.1.7 Расчет звукоизолирующей кабины 120
5.2 Очистка сточных вод 121
Заключение 128
Список литературы 129
Приложения 132
Приложение А 133
Приложение Б 134
Приложение В 136
Приложение Г 143
Приложение Д 145
Приложение Е 148
|
Цитата:
Введение
Рабочие лопатки турбины являются наиболее нагруженными деталями, в основном определяющими эффективность, надежность и, в конечном счете, ресурс газотурбинных двигателей. Ресурс работы лопаток в двигателях для военной авиации составляет 500...1000 ч. Лопатки работают в условиях высоких температур воздуха (газа) достигающих для турбины 800...1200 0С. Многократное изменение тепловых режимов работы двигателя - быстрый нагрев в момент запуска и быстрое охлаждение при остановке двигателя - вызывает циклическое изменение термических напряжений, характеризуемое как тепловая усталость.
Профильная часть пера и хвостовик лопаток помимо растяжения и изгиба от центробежных сил, изгиба и кручения от газового потока испытывают переменные напряжения от вибрационных нагрузок, амплитуда и частота которых изменяются в широких пределах.
Надежность рабочих лопаток турбины зависит не только от конструктивной прочности, сопротивления циклическим и длительным статическим нагрузкам, но и от технологии их изготовления [1].
Деталь «Рабочая лопатка ТВД» (1402.140100.887 ЧД) изготовлена из сложнолегированного никелевого сплава ЖС32, важнейшим преимуществом которого является высокая термическая стабильность, термостойкость, высокая сопротивляемость разрушению при термической и малоцикловой усталости. Все эти качества позволяют успешно использовать ЖС32 в качестве материала для ответственной детали двигателя типа АЛ-31Ф истребителя «Су-27» [2, с.92].
Увеличение температуры газа в авиационных ГТД и рост агрессивности топлива, используемого в промышленных и корабельных ГТУ, привели к тому, что однослойные многокомпонентные покрытия Me-Cr-Al-Y, получаемые конденсацией в вакууме, все же исчерпывают свой защитный ресурс за весьма ограниченное время (300-6000 ч). Усовершенствования в технологии нанесения металлических покрытий не привели к кардинальному решению вопроса по созданию покрытий, более стойких к высокотемпературной газовой коррозии и эрозии, чем однослойные покрытия типа Me-Cr-Al-Y. В современных ГТД для защиты охлаждаемых лопаток от воздействия теплового потока необходимо, чтобы жаростойкие защитные покрытия обладали не только высокой стойкостью к высокотемпературной газовой коррозии и эрозии в агрессивной среде продуктов сгорания топлива, но и служили термическим барьером по отношению к тепловому излучению газового потока (рисунок 1.1). Для этого необходимо разработать новые многослойные покрытия, которые обеспечат мультипликацию необходимых свойств.
В данном проекте были поставлены следующие задачи:
изучение рабочего чертежа детали, анализ ее конструкции и условия работы в изделии;
оценка технологичности изготовления детали;
выбор и обоснование метода получения заготовки, оценка КИМ;
разработка плана обработки детали, расчет операционных размеров;
разработка операционных технологических процессов (на 3÷4 операции), выбор инструмента, расчет режимов обработки, нормы штучного времени;
разработка технологии нанесения жаростойкого многослойного покрытия с температурой жаростойкости до 1050 0С.
|
Цитата:
1.1 Разработка маршрутного технологического процесса изготовления рабочей лопатки ТВД
Создание авиационных газотурбинных двигателей (ГТД) 4 - го поколения на рубеже 70 - 80-х годов потребовало разработки новых жаропрочных сплавов и перехода от равноосной кристаллической структуры литых лопаток турбин высокого давления (ТВД) к лопаткам с направленной и монокристаллической структурой, что было вызвано ростом температуры рабочего газа на входе в турбину с ≈ 1500 до 1700-1750 К и более.
Значительное повышение температуры газа на входе в турбину, высокая доля затрат энергии на охлаждение сопловых и рабочих лопаток турбины и необходимость снижения этих затрат энергии обусловили рост рабочей температуры лопаток турбин на 50 – 100°С и более, что привело к резкому снижению защитных свойств традиционных диффузионных жаростойких покрытий и ресурса лопаток турбин до 50 – 100 часов. Низкие защитные свойства диффузионных покрытий при высоких температурах, невысокая их пластичность, склонность к образованию трещин термоусталости, неудовлетворительная точность процессов их получения привели к снижению надежности их работы. Поэтому в конце 70 – х и начале 80–х годов возникла острая необходимость в разработке новых покрытий и создании принципиально новых технологических процессов получения покрытий.
Выходом в сложившейся ситуации стали разработанные в ВИАМ вакуумно-плазменные технологии высоких энергий (ВПТВЭ) получения защитных покрытий.
Но в настоящее время имеется тенденция к увеличению рабочей температуры лопаток турбины, вследствие увеличения мощности двигателя, что приводит к необходимости разработки новых ТЗП. В данной работе рассматривается технология нанесения многослойного керамического ТЗП с анкерным эффектом.
1.1.1 Анализ конструкции и условия работы детали в изделии
Деталь «Рабочая лопатка ТВД» - это деталь, входящая в состав газотурбинного двигателя АЛ-31Ф и представляющая собой деталь сложного геометрического профиля. Данная деталь работает при высоких температурах и сильных знакопеременных циклических нагрузках, следовательно при ее проектировании необходимо обеспечить высокую жаропрочность и высокую сопротивляемость разрушению при термической и малоцикловой усталости. Поэтому лопатку изготовляют полой, с циклонно-вихревой системой охлаждения. В переднюю полость лопатки воздух поступает через отверстия в наружной полке, а затем через отверстия в дефлекторе обеспечивает струйное охлаждение внутренних стенок и выходит через отверстия перфораций во входной кромке. Отверстия перфораций изготавливают электроэрозионным способом. Они предназначены для пленочного охлаждения воздухом, так как температура в зоне входной кромки очень высокая ( Т ≈ 1000 ºС) [2, c.8]. Кроме того, удлиненная ножка способствует уменьшению количество тепла передаваемого от лопатке к диску. Данные полости невозможно получить другим путем кроме как литья по выплавляемым моделям. Так как сплав ЖС32 наиболее сильно подходит по всем предъявляемым требованиям, выбираем его. Единственный недостаток данного сплава - черезвычайная трудность при обработке. Поэтому заготовку получают как можно более приближенной в детали. При изготовлении каждая деталь подвергается контролю, а детали - представители - лабораторным испытаниям.
В процессе работы рабочие лопатки турбины высокого давления подвергаются окислению и газодинамической коррозии, т. е. физическому разрушению. Несмотря на то что тугоплавкие металлы (Cr, Ta, Nb, Mo, W, Re) имеют высокую температуру плавления, они не обладают термодинамической устойчивостью в окислительной атмосфере. Вот почему напыление температурозащитных покрытий на рабочие лопатки ТВД является столь важной стадией обработки. Наиболее жаростойкими являются керамические покрытия.
Конструкция детали черезвычайно сложная, что приводит к трудностям изготовления. Для формирования елочного профиля замка применяется метод глубинного шлифования, а большинство остальных операций формообразования выполняются либо методами КПЭ (электроэрозия) либо шлифованием.
Главный недостаток детали – изготовление из труднообрабатываемого сплава и высокая точность (отклонения фактического наружнего профиля лопатки от теоретического во всех сечениях не должно превышать 0,3 мм [2, с. 94]), что приводит к существенному увеличению времени изготовления детали. Для уменьшения времени обработки возможно применение станков с ЧПУ и автоматизированных линий обработки.
Перо лопатки имеет протяженную сложную пространственную форму и спроектировано по определенному закону для обеспечения максимальной тяги. Длина рабочей части пера составляет 58 мм с переменным профилем в поперечных сечениях вдоль оси Z. Эти сечения строго ориентированы относително базовой расчетной плоскости и профиля замка. В поперечных сечениях заданы расчетные значения точек, определяющих теоретический профиль спинки и корыта лопатки в координатной системе XY. Значения этих координат задаются табличным способом.
Смещение каждого сечения профиля от номинального расположения в направлении оси X и оси Y не более 0,3 мм. Разворот каждого сечения профиля от номинального расположения вокруг оси Z-Z не более 30'.
Рабочие лопатки турбины являются роторными. Роторные лопатки вместе с блоком сопловых лопаток ТВД составляют первую ступень турбины высокого давления, основные данные которой приведены в таблице 1.1.
|
Цитата:
1.1.3 Качественная оценка технологичности
Единым критерием технологичности конструкции изделия является ее экономическая целесообразность при заданном качестве и принятых условиях производства, эксплуатации и ремонта. Отработка конструкции изделия на технологичность должна обеспечивать снижение трудоемкости и себестоимости изготовления изделия и снижения трудоёмкости, цикла и стоимости работ по обслуживанию изделия при эксплуатации.
Данная лопатка относится к так называемым «лопаткам без припуска по перу» с циклонно-вихревой системой охлаждения. После получения литой заготовки, не требуется механическая обработка пера лопатки, это весьма технологично, так как основная рабочая поверхность получается за одну операцию, сразу после литья. Обработке подвергается лишь замок и верхний край пера лопатки. При получении пера лопатки литьем, с одной стороны происходит снижение трудоемкости изготовления по механическим операциям, а также коэффициента использования материала. С другой стороны повышается трудоемкость процесса литья. Для достижения повышенной степени точности жаропрочных отливок (лопаток) необходимо регламентировать многие технологические параметры (изготовление пресс-форм и контроль их качества, контроль качества моделей и блоков, контроль технологических режимов изготовления стержней и оболочковых литейных форм и др.). Данную лопатку получают методом литья по выплавляемым моделям.
В основном поверхности детали имеют сложную форму (профиль пера лопатки составляют кривые Безье), получаемые на стадии заготовки, поэтому они технологичны, но существуют трудность при дальнейшей обработке, получение шероховатости на некоторых поверхностях детали Ra0,8 и Ra1,6, также допуски отклонения поверхностей 0,02 мм, 0,03 мм и операции нанесения покрытия.
Основные требования к материалам, использующих для изготовления деталей ГТД является: высокая удельная прочность, жаропрочность и жаростойкость, сопротивление коррозии, стабильность и воспроизводимость механических свойств, хорошая обрабатываемость современными методами заготовительного производства, размерной обработки, сварки, и т.д .
Турбина высокого давления:
- лопатки (узел и требования к нему), диапазон рабочих температур 1000-1250 0С, усталостная прочность, сопротивление эрозии, сопротивление агрессивной среде горячих продуктов сгорания топлива.
- материалы: жаростойкие сплавы на никелевой основе.
Никель (Ni) является одним из основных составляющих жаропрочных сплавов, который используют при изготовлении ответственных деталей и узлов ГТД и энергетических установок. Он также составляет основу современных жаростойких и коррозионных сплавов.
Никель имеет температуру плавления 1455°С, кипения – 2900°С, его атомная масса равна 58,69, плотность – 8,9 г/см³, Никель имеет гранецентрированную кубическую кристаллическую решетку с параметром а = 0,352387 нм, атомным радиусом r = 0.125 нм.
Никель обладает высокой коррозионной стойкостью в ряде агрессивных сред. При нагреве на воздухе он взаимодействует с кислородом, образуя оксид никеля NiO.
Наиболее вредными примесями никеля является сера, углерод и кислород. Они при кристаллизации растворяются и выделяются в виде эвтектик: Ni-NiS, Ni-NiO, Ni-C(графит по границам зерен).
Многие жаропрочные сплавы (ЖС) разрабатывались на основе никеля. В целях улучшения жаропрочности и других специфических свойств они легируются другими жаропрочными элементами. Основными легирующими элементами в жаропрочных сплавах являются хром, алюминий и титан.
Рассматриваемая лопатка ТВД изготавливается из жаропрочного литейного сплава на основе никеля ЖС32-ВИ, химический состав которого приведен в таблице 1.3.
Использование сложнолегированных никелевых сплавов позволило повысить температуру газов на входе в турбину с 800 до 1000 °С, что привело к значительному повышению мощности, тягового усилия, скорости, уменьшению потребляемого топлива, увеличению ресурса и надежности работы ГТД.
Сравнительные исследования образцов из различных сплавов и с различной структурой показали, что не у всех сплавов с монокристаллической структурой наблюдается выигрыш по жаропрочности. Например для образцов из сплава ЖС32-ВИ: увеличение жаропрочности при 975°С на 10% наблюдается на образцах с направленной структурой (250 МПа) по сравнению с образцами равноосной структурой (230 МПа), а на образцах с монокристаллической структурой (265-275 МПа) существенное увеличение не получено. Если при средних температурах 700 - 800°С практически все серии сплавов ЖС32-ВИ дают выигрыш свойств в варианте монокристалла, то при повышенных температурах (950-1050°С) этот выигрыш для этих сплавов становится ничтожным [9].
Таким образом, для выращивания лопаток с монокристаллической структурой подходит не каждый литейный жаропрочный сплав.
Технологические аспекты выращивания лопатки с монокристаллической структурой также зависят от ряда факторов связанных с выбором сплава а именно с физико-химическим составом жаропрочного сплава (химическим составом, тепло–температуропроводностью, теплоемкостью).
В результате множества исследований и опытов на ОАО «УМПО» совместно с учеными ВИАМ, НИИДа, был предложен ряд сплавов, свойства которых наиболее оптимально подходили множеству требований изготовления лопаток ТВД с монокристаллической структурой.
Для изготовления лопатки, рассматриваемой в данной работе, применяется жаропрочный сплав ЖС32-ВИ. Данный сплав соответствует множеству условий предъявляемых к изготовлению лопаток с монокристаллической структурой. Он обладает хорошими показателями жаропрочности с монокристаллической структурой по сравнению с образцами с другими структурами.
Учитывая все сказанное выше можно сделать вывод, что деталь является технологичной.
1.1.4 Количественная оценка технологичности
Технологичность конструкции изделия оценивают количественно посредством системы показателей, которые характеризуют технологическую рациональность конструктивных решений и преемственность конструкции или пригодность к использованию в составе других изделий.
Количественная оценка технологичности производится на основе анализа значений показателей технологичности изделия.
В качестве количественных показателей рассматриваются коэффициенты использования материала, точности, шероховатости.
|
Цитата:
1.1.5.1 Выбор заготовки с точки зрения обеспечения требуемой точности
В технических условиях для ответственных, тяжело нагруженных деталей, для деталей, работающих в условиях переменных нагрузок, в специальных средах (детали турбостроения, энергомашиностроения, такие, как валы, шестерни, зубчатые колеса, роторы, турбинные и компрессорные диски и лопатки и т.п.), указывают определенные требования к качеству материала, к физико-механическим свойствам.
При выборе заготовок учитывают форму, размеры и массу детали, материал, масштаб производства, периодичность повторения, размеры припусков на обработку и точность размеров.
Материал заготовок обычно задается на рабочем чертеже конструктором. Вид заготовки, форму и размеры определяют, исходя из условий наибольшей простоты и экономичности обработки с учетом конкретных производственных возможностей заготовительных цехов и сроков окупаемости капитальных затрат на подготовку производства.
Правильное решение в выборе заготовок, если по техническим условиям применимы различные их виды, можно получить только на основе технико-экономических расчетов путем составления технологической себестоимости детали при том или другом виде заготовки. Однако, при выборе заготовок можно руководствоваться некоторыми общими соображениями. Заготовки в виде поковок, получаемых ковкой, и штамповок, изготовляемых в штампах, применяют для деталей, работающих преимущественно на изгиб, растяжение и кручение при значительной разнице в поперечных сечениях. С точки зрения экономии материала, снижения объема механической обработки, целесообразно заготовку приближать по формам, размерам и качеством материала поверхностного слоя к параметра готовой детали, но при этом будут существенно возрастать затраты на получение заготовки в заготовительных цехах.
С другой стороны, упрощение формы заготовки, снижение требований к её точности, качеству поверхностного слоя ведет к удешевлению заготовительного производства при одновременном увеличении затрат на механическую обработку и одновременно с этим, коэффициента использования материала. Поэтому при проектировании технологического процесса и выбора варианта исходной заготовки рекомендуется рассматривать несколько вариантов и выбрать тот, который позволит получить минимальную сумму технологических затрат по заготовительным и механообрабатывающим цехам.
В машиностроении для получения заготовок наиболее широко применяют следующие методы:
1) литье;
2) обработку металлов давлением;
3) сварку;
4) комбинации этих методов.
Каждый метод содержит большое число способов получения заготовок.
Вид заготовок и способ их изготовления для конкретной детали определяются такими показателями, как:
1) материал;
2) конструктивная форма;
3) серийность производства;
4) масса заготовки.
Материал является одним из важных признаков, определяющих метод получения заготовок. Рабочие лопатки ТВД изготавливают из жаропрочного сплава на никелевой основе ЖС32, который является литейным сплавом. Деталь имеет сложную пространственную конфигурацию, в том числе внутренние каналы охлаждения. Производство лопаток является среднесерийным. Масса заготовки 0,28 кг.
Учитывая все выше перечисленное выбирают метод получения заготовки – литье по выплавляемым моделям.
При выборе данного способа получения заготовки и разработке технологического процесса (ТП) учитывались следующие пункты:
необходимость получения детали сложной формы со сложной внутренней конфигурацией;
создание заготовки с минимальным припуском по перу лопатки;
применение метода ориентирования исходной заготовки в технологической системе относительно профиля с целью распределения (оптимизации) припуска на различных этапах обработки;
использование отделочных методов обработки шлифованием и полированием с гарантированием качественных показателей поверхностей.
Процесс литья по выплавляемым моделям базируется на следующих основных принципах:
1) копия или модель конечной детали (рабочей лопатки ТВД) изготавливается из воска с добавлением мочевины. В месте расположения дефлектора вставляется керамический стержень. В вершине формы располагают затравку;
2) модель погружается в кремообразную гипсовую массу (огнеупорную суспензию) методом окунания и высушивается. Данный процесс осуществляется поэтапно: вначале наносят один слой огнеупорной суспензии и высушивают, затем - второй слой огнеупорной суспензии и снова высушивают. Таким образом наносят еще 5 слоев. В конечном итоге модель затвердевает и образует форму;
3) при последующем нагревании (прокалке) формы восковая модель расплавляется и удаляется, а именно вытапливается паром по давлением 8-10 атмосфер при температуре 175 ºС на установке «Бойлерклав»;
4) в оставшуюся на месте удаленного воска полость заливается металл, который точно воспроизводит исходную восковую модель. Благодаря затравке достигается направленность структуры материала. Стержни удаляют в расплаве бифторида калия КНF2;
5) отрезается литник для дальнейших исследований;
6) проводится операция «опескоструивание».
1.1.5.2 Выбор заготовки с точки зрения себестоимости
С точки зрения себестоимости процесс получения заготовок литьем по выплавляемым моделям значительно дороже получения заготовок штамповкой либо ковкой. Но необходимость получения сложной внутренней пространственной структуры диктует невозможность какого-либо иного способа получения заготовки, кроме как литься по выплавляемым моделям.
1.1.6 Разработка технологического процесса
1.1.6.1 Анализ базового технологического процесса
Исходной информацией для проектирования технологического процесса (ТП) служат: чертежи детали, технические требования, регламентирующие точность, параметры шероховатости поверхности и другие требования качества.
Заготовку выбираем, исходя из минимальной себестоимости готовой детали для рассчитанного годового выпуска. В технологическом процессе используется литье по выплавляемым моделям.
Формирование параметров рабочей лопатки ТВД осуществляется на механическом и электроэрозионном участках после проведения входного контроля исходной заготовки. В процессе контроля проверяются сопроводительные документы, наличие маркировочных клейм и осуществляется внешний осмотр.
Процесс обработки условно можно разделить на три части.
В первой части ТП (операции №№ 40000 - 40170) осуществляется выбор баз для черновой и получерновой обработки, точное ориентирование заготовки относительно профиля пера лопатки, обновляются базовые установочные поверхности. Выполняется съем основного припуска у заготовки. Производится специальная оперция КПЭ (операция № 40095) – обработка в режиме вибро-ЭЭО 15 отверстий. Эта часть ТП заканчивается проведением контроля качества материала и проверкой размеров заготовки. Таким образом используем оборудование и приспособления класса точности 4, рабочих 4 и 3 разрядов.
Во второй части ТП (операции №№ 41000 - 52000) проводятся получистовые и чистовые операции для основных элементов лопатки и последующие операции КПЭ. Производится окончательная доводка рабочих поверхностей лопатки, производится нанесения покрытия на внутреннюю (хромалитирование) и наружнюю (керамика) части лопаток. Таким образом используем оборудование и приспособления класса точности 3, рабочих преимущественно 5 и 4 разрядов.
В третьей части ТП (операции №№ 53670 – 63820) проводится визуальный осмотр и окончательный контроль геометрических параметров лопатки, также выполняется контроль микроструктуры и механических свойств материала. Таким образом используем оборудование и приспособления класса точности 4, рабочих 4 и 5 разрядов.
Базовый ТП на изготовление «Рабочей лопатки ТВД» приводится в Приложении В.
1.1.6.2 Анализ разрабатываемого маршрутного технологического процесса
При разработке базового ТП использовалось оборудование и методы обработки доступные на тот момент. Но так как технологии машиностроения постоянно совершенствуются, то возникает необходимость изменения базового ТП с учетом доступного оборудования и методов. Так как в данной работе рассматривается процесс нанесения многослойного ТЗП с анкерным эффектом, то в базовый ТП внесем следующие изменения:
операцию 51000 «НАНЕСЕНИЕ КЕРАМИЧЕСКОГО ПОКРЫТИЯ ПО ТЕХНОЛОЛОГИИ ЛМЗ НПО «САТУРН»» заменим на операцию «Нанесение многослойного ТЗП газотермическим методом».
Разрабатываемое ТЗП по сравнению с используемым обладает повышенной жаростойкостью и адгезией, продлевая срок службы и увеличивая предел рабочей температуры лопаток ТВД.
1.1.7 Размерный анализ технологического процесса
При проектировании оснастки для операции 51020 «Нанесение островкового подслоя» необходимо провести размерный анализ сопрягаемых поверхностей. Так как перо лопатки не подвергается снятию припуска и его точность обеспечивается на этапе отливки, то остается провести анализ тех поверхностей, которые подвергаются механической обработке. На чертеже 1402.140100.887 ЛР представлена схема размерных связей ТП изготовления “Рабочей лопатки ТВД”.
Исходными данными для размерного анализа ТП являются чертеж детали (1402.140100.887 ЧД), чертеж заготовки (1402.140100.887 ЧЗ), план обработки (1402.140100.887 ТП).
Основными этапами расчетов являются:
1) составляется совмещенная схема, на которой указываются:
все необходимые операционные размеры с нумерацией в порядке их получения;
все припуски;
размеры заготовки;
чертежные размеры;
2) преобразование совмещенной схемы в граф;
3) выявление размерных цепей и их решение.
Построение совмещенной схемы (приложение Б) заключается в следующем: на эскизе детали со всеми чертежными размерами на каждой поверхности указываются припуски, снимаемые на операциях при обработке. Ниже такого «одетого» припусками эскиза детали указывают операционные размеры в порядке принятой последовательности обработки.
За начальную точку (корень графа) берется поверхность, которая является базой при получении первой поверхности. С этой вершины строится исходный граф (приложение Г), в котором используются все чертежные размеры и припуски (1402.140100.887 ЛР).
Составим систему уравнений для оси Z, исходя из размерных связей, представленных на графе (см. 1402.140100.887 ЛР). Система уравнений используется для определения номинальных значений операционных размеров:
1. (72,6) – l4 = 0
2. (14,18) - C = 0
3. (10,1) – l3 + C = 0
4. Zl0 - B + l1 = 0
5. Z15 - l2 + l1 = 0
6. Z255 - l2 + l3 = 0
7. Z340 - A - C + B +l4 = 0
Для определения численных значений искомых размеров необходимо вначале распределить допуски замыкающих звеньев по составляющим звеньям по условиям взаимосвязи исходного и составляющего звеньев размерной цепи, который выражается в том, что допуск замыкающего звена должен быть большим или равным сумме допусков составляющих звеньев. Такая взаимосвязь выражается следующими неравенствами и уравнениями:
Допуски на чертежные размеры заданы по чертежу.
Допуски на размеры заготовки выбраны в зависимости от метода получения заготовки – литье по выплавляемым моделям.
Допуски на операционные размеры назначаем исходя из параметра шероховатости (Ra1,6), размера детали и вида операции - чистовое либо черновое шлифование (3, с.332).
Последовательно решим каждое уравнение:
Из (1) уравнения
l4=72,6-0,03 мм.
Из (2) уравнения
C = 14,18±0,055 мм.
Из (3) уравнения
l3 = 24,28±0,015 мм.
Из (8) уравнения
Z255(min) = 0,86 мм.
l2 = 0,86+0,08 + 24,28±0,015 = 25,18±0,015 мм.
Из (5) уравнения
l1 = l2 + Z15,
Z15min = Rz + hc = 0,28 мм.
l1 = 25,18±0,015 + 0,28+0,08 = 25,5±0,025 мм.
Из (4) уравнения
B = l1+ Z10,
Z10min = 0,6 мм.
B = 25,5±0,055 + 0,6+0,3 = 26,25±0,065 мм.
Из (9) уравнения
A = l6- C+ D+ Z340,
Z340min = 0,8 мм.
A =72,6-0,03 + 26,25±0,065 - 14,18±0,055 + 0,8+0,5 = 89,7±0,11 мм.
Таким образом, в результате размерного расчёта для оси получены следующие операционные и исходные размеры:
l1 = 25,5±0,025 мм;
l2 = 25,18±0,015 мм;
l3 = 24,28±0,015 мм;
l4 = 72,6-0,03 мм;
Z255(min) = 0,86 мм;
Z15min =0,28 мм;
Z10min = 0,6 мм;
Z340min = 0,8 мм;
A = 89,7±0,11 мм;
B=26,25±0,065 мм;
C = 14,18±0,055 мм.
1.2 Разработка операционного технологического процесса изготовления рабочей лопатки ТВД
1.2.1 Выбор средств технологического оснащения, расчет режимов обработки, норм времени для операции №51020 «Плазменное напыление островкового подслоя»
Восстановление поверхности или придание ей особых свойств за счет нанесения дополнительного материала — покрытия связано с необходимостью прочного взаимодействия покрытия с подложкой. В процессе нанесения покрытий не должен быть снижен уровень прочности и выносливости материала подложки.
Наиболее полно этим требованиям отвечает газотермическое покрытие (ГТП), при котором формирование слоя покрытия происходит дискретными частицами материала в расплавленном или пластичном состоянии.
Метод газотермического напыления (ГТН) характеризуется широтой технологических возможностей:
1. Покрытия можно наносить на объекты любых размеров: мосты, суда, трубопроводы, строительные конструкции, котлы, коленчатые валы, лопатки турбин, пресс-инструмент и др.
2. Толщина покрытия может быть от 0,01 до 10 и более миллиметров.
3. Покрытия могут иметь заданную пористость (от нуля до 30 и более процентов).
4. Покрытия могут быть из любых материалов, имеющих точку плавления или интервал размягчения.
5. В качестве подложки могут быть дерево, стекло, пластмассы, керамика, композиционные материалы, металлы.
6. Нанесение покрытий может производиться в условиях широкого диапазона состава, температуры, давления среды — от динамического вакуума в специальной камере и атмосферы воздуха до подводного напыления.
7. Система удаления запыленного воздуха снабжается фильтрами сухого и мокрого типа, полностью улавливающими пыль. Таким образом, процесс напыления является экологически чистым.
Газотермические покрытия применяются при придании рабочим поверхностям деталей особых свойств. В зависимости от назначения покрытия и условий его работы меняются требования к точности соблюдения основных параметров покрытия — его толщины и плотности. Повышение требований к покрытию обусловливает более высокие требования к оборудованию, которое должно автоматически поддерживать постоянными технологические режимы напыления. Новейшие разработки и применение последних цифровых технологий позволяют максимально точно воспроизводить процесс газотермического напыления. Для полной автоматизации работы должны быть стабильными по составу и размеру исходные материалы различного назначения, газы топливные и плазмообразующие (с контролем их массового расхода), а также стандартизованы методики оценки качества покрытий в соответствии с требованиями отраслей промышленности.
На операции № 51020 ведется плазменное напыление «анкерного» подслоя жаростойкого многослойного покрытия.
Назначение режимов плазменного осаждения покрытия выполняется в зависимости от требования чертежа детали в следующей последовательности:
назначают параметры режима, обеспечивающие заданные физико-химические свойства покрытий;
задают расположение детали и размеры обрабатываемой зоны, обеспечивающие заданную точность;
при выполнении первых заданных условий выбирают режимы с максимальной производительностью.
Плазмотрон F4 (таблица 1.5) предназначен для нанесения одно- многослойных покрытий на детали любой конфигурации.
|
Цитата:
Заключение
Таким образом в результате выполнения данной работы:
изучен рабочий чертеж детали, проанализирована ее конструкция и условия работы в изделии;
дана оценка технологичности изготовления детали;
выбран и обоснован метод получения заготовки, дана оценка КИМ;
разработан план обработки детали, произведен расчет операционных размеров;
разработаны операционные технологические процессы, выбран инструмент, расчитаны режимы обработки, нормы штучного времени;
разработана технология нанесения подслоя жаростойкого многослойного покрытия с температурой жаростойкости до 1050 0С.
Список литературы
1. Производство газотурбинных двигателей / Под ред. В.В. Крымова. М.: Машиностроение / Машиностроение – Полет, 2002. 376 с., ил.
2. Турбореактивный двухконтурный двигатель с форсажной камерой сгорания АЛ-31Ф: Учеб. пособие / Под редакцией А.П. Назарова. - ВКНА им Жуковского, 1987, 363 с.
3. Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. Т.1/ Под редакцией А.Г. Косиловой и Р.К. Мещерякова.-4-е изд.,перераб. И доп.-М: Машино¬строение, 1986, 656 с.;ил.
4. Варгафтик Н. Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей / Н. Б. Варгафтик .— 2-е изд., доп. и перераб. — Москва : Наука, 1972 .— 720 с. : ил.
5. Пузряков А. Ф. Теоретические основы технологии плазменного напыления : / А. Ф. Пузряков .— М. : Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2003 .— 360 с. : ил.
6. Газотермическое напыление: учеб. пособие / под ред. Л.Х. Балдаева. М.: Маркет ДС, 2007. - 344 с, ил.
7. Станок плоскошлифовальный 3е711в. Руководство по эксплуатации. – Минск : «Полымя», 1983. – 28 с., ил.
8. Горбацевич А.Ф., Шкред В.А. Курсовое проектирование по технологии машиностроения: учебное пособие для машиностроит. спец. вузов. – 4-е изд., перераб. и доп. – Мн.: Выш. школа, 1983. – 256 с., ил.
9. Марочник сталей и сплавов / сост. М. М. Колосков [ и др.]; под ред. А. С. Зубченко .— М. : Машиностроение, 2001 .— 672 с.
10. Общемашиностроительные нормативы времени и режимов резания для нормирования работ, выполняемых на универсальных и многоцелевых станках с числовым программным управлением. Нормативы режимов резания. -М: Экономика, 1990-208с.
11. Анурьев В. И. Справочник конструктора – машиностроителя: В 3 т. Т. 2 – 8-е изд., перераб. и доп. Под ред И. Н. Жестоковой. – М.: Машиностроение, 2001. – 920 с.: ил.
12. Допуски и посадки : справочник : в 2-х ч. Ч.2. / В. Д. Мягков [и др.] .— Л. : Машиностроение, 1983 — 448с. : ил.
13. Лашко С. В., Лашко Н. Ф. Пайка металлов. М.: Машиностроение, 1988. 376 с.
14. Понимаш И. Д., Орлов А. В., Рыбкин Б. В. Вакуумная пайка реакторных материалов. М.: Энергоатомиздат. 1995. - 191 с.
15. Основы безопасности жизнедеятельности / Т.А. Хван, П.А. Хван. – Изд. 4-е. – Ростов н/Д: Феникс, 2007.
16. Безопасность жизнедеятельности: Учебник /Под ред. Проф. Э.А. Арустамова. – 12-е изд., перер. и доп. – М.: Издательско торговая корпорация «Дашков и К», 2007. – 56-62 стр.
17. Безопасность технологических процессов и производств: Учеб. Пособие для вузов / П.П.. Кукин, В.Л. Лапин, Н.Л. Пономарев и др. – 2-е изд., испр. и доп. М.: Высш. шк., 2005. – 201-207стр.
18. Безопасность жизнедеятельности: Учебник для студентов средних спец.учеб.заведений / С.В. Белов., В.А. Девисилов, А.Ф. Козьяков и др.; Под. общ. Ред. С.В. Белова. – 3-е изд., испр., и доп. – М.: Высш. шк., 2005. – 189-195 стр.
19. Графкина М.В., Михайлов В.А., Нюнин Б.Н. Безопасность жизнедеятельности: учебник / под общ. ред. Б.Н. Нюнина.- М.: ТК Велби, Изд-во Проспект, 2007. – 156-196 стр.
20. Алексеев С.П., Казаков А.М., Колотилев Н.Н. Борьба с шумом и вибрацией в машиностроении. - М.: Машиностроение, 1980. - 95-97 стр.
21. Роев Г.А. Очистные сооружения. Охрана окружающей среды, М., Недра, 1993.
22. Комарова Л.Ф., Полетаева М.А. Использование воды на предприятиях и очистка сточных вод в различных отраслях промышленности: учебное пособие. - Барнаул, АлтГТУ, 2010. - 174 стр.
23. Конвенция № 148 Международной организации труда
24. Санитарные нормы СН 2.2.4/2.1.8.562-96 "Шум на рабочих местах, в помещениях жилых, общественных зданий и на территории жилой застройки"
25. Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. Т.2/ Под редакцией А.Г. Косиловой и Р.К. Мещерякова.-4-е изд.,перераб. И доп.-М: Машино¬строение, 1986, 656 с.;ил.
26. Анурьев В. И. Справочник конструктора – машиностроителя: В 3 т. Т. 1 – 8-е изд., перераб. и доп. Под ред И. Н. Жестоковой. – М.: Машиностроение, 2001. – 920 с.: ил.
27. Анурьев В. И. Справочник конструктора – машиностроителя: В 3 т. Т. 3 – 8-е изд., перераб. и доп. Под ред И. Н. Жестоковой. – М.: Машиностроение, 2001. – 920 с.: ил.
|
|
Почта
11.09.2012, 08:54
Похожие темы
