автореферат диссертации по авиационной и ракетно-космической технике, 05.07.04, диссертация на тему:Исследование, разработка и внедрение комплекснойтехнологии формоо6разования и обработки тонкостенных деталей авиадвигателей из сплавов на титановой основе

і О Ь :

На правах рукопису 2 2 АПР к УДК 621.923.0484

ЖЕМАНЮК Павло Дмитрович

ДОСЛІДЖЕННЯ, РОЗРОБКА І ВПРОВАДЖЕННЯ КОМПЛЕКСНОЇ ТЕХНОЛОГІЇ ФОРМОУТВОРЕННЯ І ОБРОБКИ ТОНКОСТІННИХ ДЕТАЛЕЙ АВІАДВИГУНІВ ІЗ СПЛАВІВ НА ТИТАНОВІЙ ОСНОВІ

Спеціальність

05.07.04 — «Технологія виробництва літальних апаратів»

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Харків — 1996

На правах рукопису УДК 621 923.0484

Жсмішюк Павло Дмитрович

Дослідження, роїройка і впропадження комплексної технології формоутворення і обробки тонкостінних деталей авіадпигуніп п сплавів на титановій основі.

Авторефгрзт

дисертації на мобутгя наукового ступеня кандидата технічних нзух

Спешалмгісп, 0i.07.04

Технологія шіробшштва літальних лпвратів. .

Хзрхі* - 1996 р.

НауковнІІ КеріННИК'

at-даемік ЛІН Укриїші din. Богуслаїв В О.

Науковий консультант: аги. Долматов А.1.

Захист дисергаиії иідбудеться 17 травня 1996 року

о 14 годині 00 хвилин в ауд 427 головного корпусу на засіданні спсшалиошшоі ради 02.27 06 у Харківському авіаційному інституті ім. М Є. Жуковської« ш адресою: 310070, -м. Харків, .пул. Чкалова, 17, ХаркіисисиП авіаиіПний інститут ім. М.Є. Жуковського.

З дисертацією иожіи олиНомитнсь у бібліотеці інституту.

Офіційні опонентн:

академік АІН України д.т.н. Ьориссаич ВК

к і.» Корішікш С Д

Провідне підпрнімстіш: ХаркіискнІ! науково-дослідний

інститут темюлопі машіжобуду-плит

Наукошіі) секретар

спеціалізованої PaSnff*?Cc-0,^--aftpcфіісор1* Г Л. Корн ¡лоа

ЛСТТЯМИІСПі проблем« '

Долгоін'їмість і каліПиість, високі техніко-експлуаташйні показники машин і агрегаті» багато в чому іялежать вія матеріалі*,

і яких в««« пиготоиляютіля Одними і матеріалів, що MS10TV підмішену стійкість проти спранюнанн». міцність у поєднанні з малою питомою (иг«к> f сплави на титанотй основі.

Фізико- механічні характеристики тптаноеих сплавів вкліоча-ють їх до групи ижкообробліпіцних ¡матеріалі»-

Спсим<1ика виробництв» леталей о титанових сплавів полягає у використанні спеціального усгтсувд«ия, режимі» та спеціального інструменту. •

Важливе значення при формуванні структури матеріалу мас метеа одержання заготовок. У даний час для формоутворення ти-. роко використовується обемне штампування. Підітшення якості штампування даігого вмробадпгп» «afeveacnc* за рахунок ЗасТосу-вам«« нових вяіів устаткування, нових технологічних процесів, особливо пе пов'язане » формоутворенням пажкооброблюваних матеріал»» - . . ' : ■ ' ■ ■ - ■ ■ ■ ' ' ■ '

Одіржіиі імастирос^ Лоеер*»е«ого шару деталей після формоутворення багато а чому пріначаотьс« нарежимах обробки, іпструмеїгл тасбллднаияі дда иастутіоГ їх обробки. Методи остаточної обрабиоі обробки багата в чому впливають на фізико-йеханічш характсріїстпкії виробіл ; ■ - . ;

Сучасне обладнання. технології. формоутворення і обробки сплааіа на тктаковій основі повинні чітко простежувати і послідовно формувати потрібні якісні ta сайиуатапір.ні показники матеріалу і початкової сталії виготовлення (мгатовк*) до остаточ-. ияі обробіте* «¿рацій (Тотова аетю»).

Тоцу аосяшсення. спрямовані на уяошжаяе»»« існуючих І розробку иоиіх іч»иесів фзрмоутюреиият огіробна-іиіішіовальиої оброСкивпробірзтитамовпхсааіаіа,« актумишми.

Предметомданої роботививченияМожлиаостіквмплеіссноГ

• техиалогії формоглїорспня і обробки деталей із тнтажинпсплавів іа оагоАІ тсоретичких і сксперименталмиа досліджеик.

■ •, 1 ..'■■/у

Ifcro« робої» *. виркммня гтжяж»от кародіюгослояяремсеп» заваяяия - сгаврюавння комлаексииа (хсурсої^ерігаючих технологічних процесі* і обмишамиядля к** (формоупюремия •

наступна механічна і обробна обробка деталей авіадвигунів із плановій сплавів), експериментально ■ теоретичні дослідження та впровадження и у виробництво

. Для досягнення мети досліджень необхідно вирішити такі зашиння: ' у . ; ' . ' , : ; :

• дослідити процес високоиївндкісного деформування титанових

сплавів; . ■ : ■ / ■' ; • ; • ■ • : ■ -

- розробити методику розрахунку потрібної.. енергії форноутворен-«я. деталей;.. ~ . . ; . ■ ' ' ' • .; ■•■■■/'

- пронести оптнміїашю режимів нагрівання заготовок під штампування з характерною конфігурації» порожнин;

- розробити процес високошвидкісного штампування деталей із титанових сплавів типу фланець «стакан» із стутнчатою -внутрішньою порожниною, із стушнчатою зовнішньою поверхнею;

- дослідити вплив технологічних факторів високошвняккного де-■ формування на фізико-механічні властивості поверхні деталей;

• дослідити вплив режимів обробки титанових сплавів при лезовій, абразивній обробці на шорсткість, мікротвердість, залишкові напруги у поверхневому ціар» та міцність від утомленрсті дезя-леіі із титанових сплавів,

• розробити обладнання аля обробки складнолрофільннх деталей з важкооброблюваних матеріалів;

• дослідити вшив Нових методів обробки на. геометрію і якість пера компресорних лопаток із титанових сплавів;

- дослідити експлуатаційні характеристики та фізико-механічні

властиік.ч п. поверхневого шару робочих лопаток з титанових сплавів після обробних методів обробки; -

• розробити і впровадити комплексну технологію виготовлення

деталей з титанових сплата. . :

- Методндослідамива.

. Теоретичні дослідження провадились із залученням загальних ршшнь і механіки суцільних середовищ :

Експериментальні дослідження виконані на сучасному обдиманні в Ц1Л АТ «Мотор Січ» із застосуванням стандартних мстсідів обробки

Наукова воаяша.

Розроблена методика розрахунку потрібної енергії формоутво-реині деталей із складною конфігурацію внутрішніх і зовнішніх Порожнин.

Лослілжем» ПИЛИВ ТГХМОЛОПЧ'НЙХ фаКТОрІІ» ПИСОКОШПИДКІСНОГО

деформування на фі інко-механічні пластивості поверхні деталей.

Комплексно досліджено - вилив лсїоппї та абразивної обробки на фішко-мсханічні характеристики повсрхнелого шару титанових силам» ’ .

Ро?роблеио устаткування для обробної обробки склалнопрйфільиих деталей іі вд*ко<ібр<>б.тюііаніїх . матеріадіп.

Досліджено зміну геометрії та якості пера лопаток із титанових сплати при обробної обробці

Досліджені експлуатаційні характеристики та фпмко-мсхашчпі властінюсті новсрхіїепого шару робочих лопаток з титанових сплавів після обробних методів обробки .

На tiw ста пі теоретичних . та експериментальних досліджень розроблені технологічні пронеси формоутпореиня і обробки деталей іі титанових сплата

Лрактячи» іка-тиістЬ {іобатя.

Результати теоретичних, розрахункових і експериментальних досліджень сприяють удосконаленню існуючих і розробці нових технологій 4>ормвутсореіжя. і фінішної обробки деталей авіадвигунів на титановій осноиі. ПрогіедепнЛ •шсс.тшиїі розрахунок роботи пластичного деформування. та- дозволяє у шробинчих умовах оцініпи ; реяичшіу потрібної енергії ф^Уоугпсрйіия ■ деталей. Ехсігерігіїїігтально пиіначсна роботадефо^мумніга frpir рЬмік тем-перагурах тгрнсишя загозояок. ДвіЛіджена ctaii «cnepxjienoro tuapy деталей із титапоміх сплата піезя игтампуватія, '

Розроблена установка для штітио-абразіівиог» полірування лопаток ГГД. '■ . . .. ' ;• ■

Лішдодзнг pyrin* прзиїиаояергшях подїруваиня зодно-чайнім зчігхиенням складнйпрофіяьітх лїтале^. оь-рупіешія кромок та ютчшмшя мйсого йетаду.

Досліяжї«» сплиа МЛГЇ па іаерсткісгь. ¡мікротвердість поверг кисеого шару jsmacft у титанових сплавів 1 продуктивність обробка,'*# qàfcMfr- 'яасадуатдпіяиі мраетеригтики -деталей.

Dimeirp аитій різітхабрззивншс інструментів на фЬико-♦ ^ •

. -, ; ■ - ■ '■ ■ . .. .

* метедяк» роїрахунху потрібної «»eprff фсргоутвореїтя де-теЯ Ь скягяле» дофйгурацк». внутрішні* І зйвиішиих порож-■ ним; ■ . . ;• . . ■ " ■ ' _ ' '

- рекомендації г.о рисскошячдхісному штампуванню деталей

її титанових сплаві»;

' МЄТОДИКіі ВИІНаЧСЇІМЯ КІЛЬКОСТІ ТЕПЛУ, ШО ІІаДЛОЛИТЬ в деталь при обробних методах обробки; .

- обладнання ;.дям МА1) склалішлрофмьннх деталей;.

- рекомендації по МАП деталей і і титаионих сплат» і склзднопрофишшх конфігурацій.

Практична реалізація робогн.

Проведені дослідження дршолилн роїробіііи обірушоііаіи технологічні рішення створення комплексних технологічних проиесіи формоутворення заготовок і наступною фінішною обробкою Одержані метолнки ро ¡рахунків енергетичних параметрів аоїволили оітімізуватн параметри, технологічних; пронссіїї. Результати і вис-новий роботи зн-дйішм адстисувашш при впровадженій нових технологічних процесій формоутворення і обробки деталїй ГТД І7 титанових сплавів на підприємстві, «Мотор Січ», що дозволяють Підвищити ккість дстилеЙ за рахунок Покрашення фізико-.мехашчних показшікіи пойгрхіквого шару і створення втмозалежних комплексних технологій: формоутсорешш і наступної обробки.

Апробацій робити.

Матеріали дисертаційної роботи, доповідались' t обговорювались на VI ціжнародній науково-технічній конференції «Нові конструкційні «галі та сплави і методи їх обробки для иідяищеіщя надійності та довговічності/виробі#» (Запоріжжя, 1995р.), 4-ій міжнародній діловій зустрічі *Діапіостнка-94» <Лчта, І?94р.), Другій робігішчій нараді за Державна» іцуковс^технічною програмою 5.S2.03 «Підвищення надійносіі, ресурсу та аикліочеШія катастрофічних руйнувань транспортних ГГД» (Миколаїв» .1994р.), VII; ішукоао^тошічній- KoiwJjepcfíuií «Неметмеиі ііключпшя га пш у ливарних сплавах» ЧЗааоріжжя,' 1994р.),; Російській наукоиі-; технічній ;.коііференції »Нові матеріали і технології^ (Москва, - 199Sp.).

. Публіка«??* - .

За. материиіами дисертації оііулдікйьаііа 8 робіт, із яхт Т. друкбеиішх, І на правах рукопису. ■.

Обсяг.І ctfjstyp» foSáru. .

Рефератна робити загальним обсягом 158 сторінок складається ¡V £сгупу> 4 розділів та загальних висновків. Містить 23 таблици, &9 ілюстрацій, список лігерітурл із 107 найменувань.

У вступі обіруиіопана зктуальнісіь обраного напрямку дослідження Вкаїуиьси мл ірулм'нш формоутворення і обробної обрізки деталей іі профільних деталей ГТД п титанових сплавів. Формуються мета і напрямок досліджень

У. лсріїшму .роиїлі роботи проводиться огляд публікацій за гемою дисертації Заіначасткя ібільшснля обсягу дггалеА іі тита-мови» спілміп ІІииелена характеристика титану у порівнянні з. млііоч Описані нміст легованих елементи1 і домішок, а також тмин лани» елементів на іміну характеристик титанопих сил а піп. Наведений сьлад і механічні аіастилості титанових сплавів.

. Обрійлктатсть титанових сплаті» ріииням залежить пш вмісту а ніш кисню, зюту і алюмінію Збільшення їх вмісту знижує оброблюваність Низька теплопровідність і високі механічй) властивості титанових сплавів іннжукггь їх оброблюваність.

Тнтанппі сплав« належать до групи важкооброблюнзних матеріалів Формоутлоргшія даних матеріалів пов'язане з реликими труднотами: створення спеціального обладнання, інструменту і технології обробки

Для одержання заготовок із титанових сплавів використовусться штампувальне ебладления. Мас поширення пряме і зворотне пресування Як правило, профілі та труби із титанових сплавів одержують прямим пресуванниям на горизонтальних Гідравлічних пресах. З поротне пресування провадять «я вертикальних гілращгшнх пресах.

ВіломиП метод гарячого видавлювання деталей ІЗ титанових сплавів, проте останні налипають на поверхню інструмента, внаслідок чого на поверхні з'являються ряски, вм'ятини, задирки. Освоєний процес ізотермічного еііяавлювзння заготовок. ‘

Найбільш поширення у данмП час - спосіб одержиш» за потово?; точним штампуванням.

Знаходить застосування ізотермічне штампування, яке усуеас деякі недоліки звичайного штампування тим, іио зменшує зусилля деформування, підвищує пластичність оброблюваного металу, рівномірність деформації. Одночасно ізотермічне штампування міс нелолікя - низмез орояустнвнісгь І стіПкість шгампіз, трудомісткісп. процесу виша, ніж при об'ємному штампуванні.

В останні роки знакгаіггь застосування швидкісне пластичне деформування заготовок. В исоксиївид кісним деформуванням одер-

жують деталі з різних млгріалів і рішої конфігурації Головною технологічною перевагою і можливість одержання ііщктів і тонкими елементами, малими радіусами запру! іенни купи, пі;івіпііенок>

ЧИСТОТОЮ тНіерХІІІ

У порівняти і традиційними способами штампування внсокошвидкісне деформування іабсшечус країно іатіннення по-рожншім їйтамна, зандякн зниженню контактного іертя і більш повному виявленню дії інерційній сил

Схеми формоутворення, нкі наййі іьш чисто застосовуються на ВНСОКОЦІШІДКІСНИХ МОЛШіІХ, в основному зьодятиа ло закритого штампування і видаїиюниннн 0 іилежносп під еііерюприіюду схеми високошвидкісного штампування можна розділити на мо.к/ти, то використовують: енергію вибухових речовин. еііерпкз вибучу газовій сумішей, енергію електричного розряду я рідині, енерпю, за-иасенну кріогенними РШИІНІМН

Значний' внесок у дослідження і розробку ВИСОКОШВИДКІСНОІО деформування належить Р В.Піхтовникову, К) І Маиукіну, Л.О.ІОікіну, А І.Зимшу, В К. Борисовичу

У даний час високошвзідхісне обладнання знаходиться в стаді; дослідження і доробок, тому виготовлення штампувальною оснащення ведеться в індивідуальному порядку. При розробці технологічних процесів необхздзю враховувати специфічні оссйлнвапі титанових сплавів.

Аналіз літературних джерел показав, шо механічна обробка титанових сплавів проводиться практично усіма методами первинної обробки: точіння, фрезерування, свердління і т.д. Проте

складшсі ч полягає у використанні спеціального різального інструменту і особливо правильному виборі режимів обробки, Технології Важливі геометричні параметри різальною інструменгу Для вибору оптимальних режимів обробки необхідні дослідження вплину різального інструменту на (формування філіко-механічнмх властивостей поверхневого шару дсіалеП титанових сплавів, шо важливо знати для подальшої фінішної обробки uaicpiu.uu.

Вплив обробних методів обробки на експлуатаційні властивості поверхневого шару деталей з титанових сплавів с визначальним і при цьому не достатньо вивчений аля промисіового використання, оеоблнш це сіосуігся деталей із складними геометричними формами Очевидна необхідність розробки нових методів І обладнання для обробки склаанопрофільньїх поверхонь, шо поєднують можливість обробки важкооброб.тіоііаннх матеріалів о

В

«(к течениям високої якості поверхневою тару детален.

Олмнм и перспективних методів с. магнітно-абразивне полірування ОсоГілііисісті інструменту при МАП дозволяють злііісмюішп! ойроГжу різноманітних поверхонь, у тому Числі ш-кппОровлюплних матеріалів. Проте відомих досліджень недостатньо для (Іою ссріПкпгп пнровадження в виробництво.

На підставі проведеного лкзлііу, в кінні першого розділу сформулиммш метл досліджсішя і перелічені завдання, розв'язання яких необхідне для досягнення тіостаатсної мети.

(?_._ЛРУІРМХ__Г(>)Л!-’!І роботи подаються теоретичні і експериментальні дослідження пронесу формоутворення леталей із титанових сплавів.

ґруитумчись lia теорії пластичного деформування суцільних серсдопиш кнзначасться потрібна робота деформування.

За Пазову прийнята технологічна схема штампування s 'додаванням навантаження до плоского горня круглої иготовки, діаметр якої дорівнює діаметру матриці,

Вихідним пунктом стало поперелис дослідження течії металу. . ' ■

З аналізу мишо, шо гчдмінносгі я течії металу вияачяютея в ©сноішому між центральними і пері(ферШнямн мнами,' які діляться підносно вузьким« пермідшіі«!! донями. Ікруча яо уваги, шо з боку прихатняя навантаження. деформації поквкж иаяі, можна передбачити близьке до. лінійного- '»аіуадшіа «шикмті у межах зон течії мешу. . •

Пнзнэчитпк вектор швидкості -деформування і три й«гя складові з умой? рівності сбЧму. враховуючи- граничні умови, знаходимо складові швидкості лгфернзції і Інтенеиоігія* швидкостей деформацій.

с, “—VfE, - ся )> + (єм - сп)> + (s0 - tj>' + -i (c’rt + є>„ +еу ' Функція дисипації енергії мізначзсться із елівсішіоіцения, прїі

.(», » ст,

15 “ о(*, .

Рсбс-та пластично? де^хзрчзми а межах зони, то розглядається А » І 1 І І ЕЛ<* .

І V

А = ї А, ,

•'І . де т-число /момшх ро іра,ч>нм>ин\ юіі . Далі тиначамться поли швидкостей і робота ле4*>рм>иання для досдіажуьаті* (руті деталей (рис. І). - висадка 2-х фланців

іі циліндричної шогокки - ишомішеїшк деталі ошу «сіакан» (і ступінчастою внутрішньою іічражншіаю * дегаїь з лікш.і фланцями. Процес <)к>рмуваішя роїби шиться на стани (2 чи 3)

Гкс. 1. Схема одержаная флаиців !і шииїлрачит іаготеваг.

Відомі кінематичні іраничні умови: в площині контакту і пуансоном шнидкості V * V, при ; * 0 і V “ 0 Прийнятий лінійний іакон іагуханіїя ТашеїшШна складова швидкості V **0. Складош шішдкосіей деформації

V Л1

-----(1 + 1-)

г (11_ -У#/) Аг*

V

и || . V; ’ *' "

інтенсивність швидкостей деформації!

1

48

4,’

7~

Функція дисипації Е

------V— (1

г (Н. -V,/)

Г і Ч І П7 И1-'

А-,1 ІІ С ,/|+- і

І І { V 48 г* 'і

а>

4Н

-Ггіл^рЛЛ

Внр.п хія роботи на другому стані мас ««алогічний вигляд за шніяткпм мея: інтсгрупзішя, які пизначаються геометрією яста-

Олсржані рівняння для тпна'іенпя роботи по переходах деформування; прораховані на ЕОМ » врахуванням номенклатури деталей, то оиготомяються. Матеріал деталей ОТЧ-І, ВТЗ-1. Результати роботи подані на ркс. 2.

Гне. І. ЗміжвасН,. та х*;мгггірв:?}'>оті вроме іферяумияЯ детхеШ е) детмь - ф.йая*иь; і) деталь - естакен* з - внутрінтьою спупіичогнья іхуожняюю; «) <?тал Ь етупіячатяо зо«яішяьок> порсжяіт&о.

Ділі у розділі експериментально лосліджеїшй процес формування деталей із титвиотя епязпіз. Експерименти проводились нп 'внсокошвкдкісному молоті. Оптимальні режими нагрівання згпгго-ие йсгаковлюились експериментально, шляхом нагрівання їх у пгчал опору, форвакуумі та індукційним способом.

На основі серелньоквгарзіїмтгх значені. тшірюваігь побудовані графіки величини гоицин окалини та глибини аяьфіровгного шару рис. 3.

лей. Дія другої груші леталеП робота леформупяния визначається як

Я >*9 / . ■

11 іігішііІ

, мН.-У«

Робота деформування для шіліндричного зразка

Л » Ш Е<Л' =* Ш а ~ .

■ . А

а) б)

Рис. 3. Зміяа тисшимн оіалиаи ті глнбиіш альфіроикоп»

• шарі віа температури:

а) індукційне нагршаинн, wo сторона ¿рафиа • не повітрі, проев ~ у форвакуумі;: 6) нагрівання в nest опору,

Результати досліджень показали, що величини альфірованого шару у більшій мірі залежать а ід температури та середовища у вакуумі. Залежність від часу показує, що умови нагрівання у вакуумі краші,. при цьому істотний шина шит/їм температура нагрівання зразків. •

Провадилась оцінка температури заготовок перед штамиуван-адм. Одержані залежності охолодження заготовок з титанових сплаві» ВТЗ-1, ОТЧ-).

Процеденнй підбір оптимальних рецептур мастил. З досліджуваній покриттів найбільш ефективним видом мастила є сплав хлористого барію. Рекомендуються по застосування як захисно-змащувальні покриття: а) міднення з товщиною плівки 5-10 мкм, б) каїрівання в солнк Барію. У розділі проведена оцінка Штампованості титанові« сплавів ОТЧ-І, ВТЗ-1, ВТ-15, BT-S при різних ііім»шкосгях і температурах (рис. 4).

Aw. 4. Залежності tu ігмиаинисгі Иітеридіа.

Одержані результати буяй враховані при встановленні оотнмадьноі кмиератури і схем процесів штампування натуральних ймро£ц»

Досліджені наклеп штампованих деталей, мікротвердість зразків за глибиною поверхневого шару, поверхневі залишкові напруги.

Порівняння теоретичних і експериментальних досліджень по* казало, то розроблена методика визначення роботи дс<[юрмуБашіЯ мас достатню длн практичних цілей точність.

В кінні розділу наведена впроваджена у виробництво технологія високошиилкісмого штампування деталей із ступінчатою зовнішньою і внутрішньою порожниною.

V ТПЄШ1МУ рочлпі розглядаються особливості обробки титанових сплавів механічними метолами обробки.

Заготовки із сплати на плановій основі з о8<1000 МПа при відсутності окалини, юрки та альфіронаного шару обробляються інструментом із шшико[ишьної сталі і твердими сплавами. Обробка заготовок із сплавів на титановіїї основі ов>І(ХіО МПа інструментои із швидкорізальної сталі іатруаненд, ири роботі чо окалині і альфірованому шару слід тасіосовуїшти тільки твердосплавний

інструмент. .

Подані рекомендації по режимах обробки при точінні,

фрезеруванні і свердлінні титанових сплавів, а також вирази для роботи швчлкості і сили різання для даних нидів обробки.

Продуктивність шліфування титанових сплавів у порівнянні з конструкційними матеріалами дуже ниіька.

Причинами низької оброблюваності с:

1) хімічне зношення зерен шліфувального круга;

2) висока твердість вкраплень (карбідів), що знаходяться у сплавах;

3) висока теплова напруга в зоні контакту шліфувального

круга з поверхнею, шо обробляється. •

Для сплаву ВТ2 рекомендується:

KJ(I6...40) СМ1.:.СМ2/К6, V ~3J.. 45M/c,Vt*IOM/o6 5=0,ЗВмм/об.дет., с5„», =0,03 мм/ди.ход, , СОЖ-20Ж водний розчин нітрату натрію і

0,ЗЯ> змочувача НБ - Некаль:

У розділі досліджені теплові процеси при шліфуванні титанових сплавів за схемою плоского шліфування.

Описуються калориметричні досліди но значенню кількості тепла, шо поступає в оброблювану деталь.

В експерименті застосовувались крупі ПП 190*20*75 з характеристиками К340СМ2К, К325СМ2К, КЗІ6СМЖ, KJ6CM2K.

В результаті експериментів були одержані фафіки залежності ДТ вш різних факторів (приклав: рис. і)

Рас. 5. Зілсжиості прнреадумяия температури колориметр» ДТ еід глибина иліфуїави* І яли різни* швкдіосгей V прк ияіфумааі ВТЗ вругок К316СМ2К.

За результатами розрахунків іалсжності кількості тепла від розтисків шліфування побудовані, графіки о декартовій та логарифмічній системі координат (приклад: рис. 64.6). '

Гигс- і. ікнгжнісп. игівв кількості ППЖІ еро вліф/маї!:

Після обробки результатів експериментів у логарифмічній системі координат одержана залежність р ” / (*,\) дл* різних

с

марок сшиву титану і різних характеристик крупи (У =

. V V

і

Наведені шіежиосн тільності теплового потоку 0о від глибини шліфування при різних швидкостях деталі для матеріалів 1УП, ОТ4-1 кругами КМОСМЖ, К325СМ2К, К1ІЬСМ2К, К36СМ2К і графіки і.ьїс,шості тільності теплового потоку 0в від швидкості деталі V

Одержана 'і.ис*шсть =* / (. V )

Щільність іеиловоіо потоку у великій мірі зшісаить від характеристик абразивною круга - Яою твердості, к’ршістості, матеріалу звя зки та ш Зменшення зернистості або її збільшення, відносно зерна 25 збільшує пильність тепловою потоку

Одержані результати щільності теплового поюку можуть бути використані при розрахунку температурних полін деталей і контактних температур

У четвертому роїділі проведені дослідження по МАТІ детале/і із титанових сплавів

Маїїіїгио-абразіїана обробка являє собою процес обробки деталей в с.-редовиші абразивного порошку, шо /гримується силами магнітного поля у робочій зоні

Використовуючи метод МАИ розроблена і виготовлена дослідно-промислова установка для полірушіпни, округлення кромок

і зняття зайвою металу з поверхонь загоіовок складної 'конфігурації. Установка спроектована з можливістю застосування двох обертальних, осішлюмчою та руху коливання деталі у зоні обробки.

Полюсні наконечники електромагнітного інлуктира створюють замкнуту кільцеву юну. .

Основні технічні характеристики установки:

- середній діаметр юіш обробки, чи 1080

- величина магнітних зазорій, ми 15. .30

- тип машітмої системи - електромагнітннЛ індуктор З КІЛЬЦСІЗОЮ робочою зоною,

- частота обертання диска з іатискамн, об/хв 0 ...600

- частота осциляції, с 1 0...5

-амплітуда осциляції, мм , 0...І2

• індукція в зазорі, Гл 0... 1,3 •

- кількість детале», шо одночасно (шліруються, ют 12

• загальна вага устшіоіин, кг 1200

- необхідна робоча площа, м1 2,4

'Переваги установки полягають у простоті коїіструиії. наладці та обслуговуванні. можливості вести обробку деталей рпноі конфігурації. одночасній обробці декількох заготовок. різних матеріалів, у тому числі тих. шо важко деі)хірмуються, можливості автоматизації пронесу обробки

У роїлілі -досліджено зміни фпико-механічних властивостей поверхневого шару титанопкх сплаті і я після МАТІ

Необхідно відмітити. Шо важливим фактором, шо шілігкас нз показники МАЙ. с шшлне стаиоішше ноперхш. одержане на попередніх станах обробки. . ' • . ■

При дослідженні 'іра-іїсів, шо пройшли шліфування.' і МАТІ, встановлено, що після МАП підносне фізичне ро.іширюр.пітя у титанових сплавів знк-кусться (сплап ВТ5 з (’>=1(і3 10’ ао р=0.79-10‘і, шо мало місце після шліфування. Встзнонлений факт дроблення блоків повинен ІЯСТИ до зміцнення поигрхнепого шару.

У порівнянні з шліфупзнним у зразків після МАП зменшуетмя параметр а грзток (ішдалсння дсі|>сктного шару). Це ввае до підвищення міцності від утоми і стійкості матеріалів проти спрацюванню. .

Результат!! виміру мікротвердості (рис. 7} показали, шо у зразків після МАП мікротвердість більша <Н.*30Я ), ніж пісня

шліфувдішя >

Досліджена стійкість зразків із титанових сплавів проти спрацювання після точіння, шліфування і МАП. Спрацювання шліфованих зразків за 32300 циклів склало 31.6 мг. точечних -20 мг, МАП'- 16.7.19,2 мг ірис. £).

НуЙ-

зго

т

т

і&о

іча

гго

І

і 1

N.

0 г Ч 6-8 Й 12 А

ї¥с. 7, Зчіа» иіїрвтмрдості іат*яо*сго сшіаїу ВТ5: і • тс« ои/фрмтш, І - Мели ШП

Гкг. £. Ї>»фяї аяошгвк* ггтвашого сплаву ІЇТ5 ■ млежиасі! «5я Чшсяз вмиіа глфж»:

/ ■ тліфунаяня; 2 - т>*інкя;

З - ШП №”/.24; * - ШЯ №-ПІ

Вивчено вплив шинакосн переміщення деталей у робочій юш на шорсгкісгь поперхні пігаїкншх сплавів

Можна «робити висновок, ііі» ібільшеини ішли коси різанин ВСЛС ЛО збільшенії* ДОСЯЖНОЇ ШОрСІКОСП, причому у початковий період обробки зменшення шорсткості ішбупастьси найбільш

ІНТСНСИВНО

Досліджені залежності зміни шорсткості віл швидкості обертаний дсіхасй у робочій кип

Значно шини,н на шорсткість імжа магнітної індукції.

У роботі лослшжено вплив мапіітио-абраіивннх порошків на ефективність МАП титанових сплавні (рис 9, 10).

Pat. 9. Залежність nu то його Риє. 10. 3»лслшосі1 шорсткості від

івіманиа від тривалості пшгіру* тривалості обробки при МЛП

еаквя ВТ5 рішана порошками: ІІТЇ ¡іі.ініши порошками:

/ • шшоняо, ЛЗ/ІМІ ч-г-г». / • lUMwfeso, jn/m

і ■ інтимо. Ш/ivU. 1-1.3-Ґ"; 2 ■ 2Xt ЧШіЩ ¡60/ ¡00;

) • ІІЛМШгЮ, nu. <1-0,2 ■Г", І ■ ІЗА»40ЬИО. 100,

4 ■ Ж-5П ft. i-«,w ■ 4 ■ ft-AI-SiC-Cr, Hi/tbO;

і ■ tt-ЛіС. JI}//60, q-O.t ■ t'4, 5 - і ! 1, JlS/ltO;

і ■ ïeAl-S,l'l>, » - Ф»tmrtpat II, 120

7 - фсриЛраі II. ІІЗ/ШІ. ./-«Л ■(*”.

і • Фірі&ра) l[, 120,

Найбільшу пролуктмвність Mit порошок 2JAM4f)FeSO фракції 315/lbü. Пиршя ііьско порошку на* також шОвнщу стійкість Найбільш низької шорсткості вдалося добитися при тиірувалш порошком 2ГЗААИ()Рсй(І фракції 160/НХ).

У розділі викладені питання, поп'яшн і особливостями МАП титанових лопаток ГТД на сконструйованому автором обладнанні.

При МАП лопаток Ь-ого ступеня компресора вибору 78 відбувається безрозмірна обробка корита і спинки Виняток складають кромки Пера, які прнлбавають радіуси, підновиш технічним вимогам

В результаті МАП шорсткість пера знижується і досягає середніх Ка”0.30.. 0,45 мкм

Дослідження продуктивності МАП титанових лопаток покатали, шо і бігом часу відбувається затухання процесу обробки, що пояснюється зниженням різальних властивостей порції порошку, зміною властивостей поверхні заготовки в міру видалення дефектного шару ' _

Дослідження на міцність від утоми покатали, шо найбільш довговічними виявились лопатки, шо піддавались більш «жорсткому» (тривалому) режиму МАЛ Більш масивні лопатки руйнуються раніше, ніж менш масивні.

Результати вимірів залишкових напруг наочно свідчать про стискаючий характер залишкових напруг', шо перевишу« результати серійної технології (середня величина ам ** 600-750 МПа).

Метод МАП передбачає одночасне полірування і зміцнення поверхневого шару деталей. Найбільш ловко ия властивість вняаляпься з використанням суміші малііпіо-абразивиого порошку зі сталевими шариками у процентному складі 10...30 за об’ємом останніх. ,

На базі цих досліджень розроблені технології процесу виготовлення вальцьованих компресорних лопяток із титанових сплавів з використанням магнітно-абразивного полірування, з заміною ручних операція механізованими.

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ.

1.РеалповашііІ комплексний системний підхід до вивчення

технології формотворення (штампування), обробка різанням і фінішна обробка магнітио-абразивним поліруванням, шо дозволило створити фпичішй і математичний опис процесів, оформити банк даних для розрахунку оптимальних процесів і на підставі ииіго розробити комплексну ресурсозберігаючу технолзіію і обладнання для неї. .

2. Ля підставі лроведсНнх досліджені, формоутворення деталей при високошапдкісному деформуванні розроблена методика розрахунку потрібної енергії формоутворення деталей Із складною конфігурацією .внутрішніх.'і зовнішніх ііорожішіі.

З Виявлено, шо яри внсокоштідкісноку штампуванні деталей тнтшюшіх сплзкіп нагрівання заготовки необхідно робіітн до температур« фазового перетворення. Встановлені найкраШІ умом» нагрівання- -, нагрівання мідненої заготопкп при товщині плівки 10 мкм.. ; ... ‘■ ' ■ ; . ’ . ; . . ■ '

4.Досліджено стан поперхнеиого шару ягталеіі Із титанових

сплавів піс я viraMitysatiim; Результатом дослідже»* є розроблена І впроваджена у виробництво • технологія ліісохошпндкісКого штампування деталей« титанових сплавів. .

5.Лосліджс»із особливість обробки итшілиіч сплапіп методами

Лсзорої (точіння, фрезерування, - сіердлішія)’ . і абразивної (цЩфугашїЯІ. с^робіш. Визначено кількість /тепла, і іао Ляе: a деталі. гірі» шліфуванні і щільність .теїідорого потоку, о ш шгждісп. • шгаьністі тепдовЬго потоку бід режііміа иміфугсшнн та ¡»Сфук^іпу. : : . ' ..

•''б.Спрояфкяя і .шіготоалена яосаіаііо-проікііслова установка яяя ЬїДГГ ' ЯЄТ!0ЄД::]ГТД. ■'‘У•

7 С«іїче)іо ; спя«я ,іЦлП на стіІМсть протя спрацювання, нікроївераість, тор<лт^й 'т)тношіх сплавів, в /також twiitaрізні» шгш'тио-ябразіштх матеріалів иа продуктивність обробки і шорсткість птзгрмщь« Естакоалені режиян обробки і магнітно-'

• абразійний.. Шіеріаа,: 'іфіг.ііюв-: МАГІ- проводігтьея » найбільшо» np^icïinniicTiq V їфзшіши якісніша псїяяпїікміи гозерхтюго шару ■Шалей.■ '■■■ .

3.ДосліджеІюen-лиаМАП яа; теоііетрі» і якість пера компресорних лопаток ù титаном» «іяасіа Результатом МАЛ лопаток с иманізйція ■ пазіруііаніи, <ї»рмумііііз. ¡радіусів кромок

пера » тнімашій іалиіиок металу, вдбс течения , шорсткості, що вимагається. зміцнення поверхневого .• шару, зростання . міцності «із утони в 1.2 .14 раїи • : .

9 За результатами теоретичних і експериментальних лослилсиь-розроблені німії технологічні процеси тісіжоштиккуісуго юггзмяу-вання і наступної механізованої обробки детале^ ГТД o--immm-вих сплаїїін. Технологічні пршіесн і розроблене обдзлнани» використані на пілпрі« мсти» «Мотор Січ» ял* деталей’, тав сеуійвр внпускакт.сч.

OcuiiBiiiifi їмісі дкссртаїііі вийлалгіи» в татгх р®&т*!К,

1. Жеыанюк П.Д. Технплотческие проблемы обеспечения прочности и надежности аииашюннш гаюгурбинных двигатслсА. Второе рабочее совещание но госуларстиенной . научи»-технической программе 5.52.03 «Попышегте надсжн«сіи:г ресурсами" исключение' KUTaCTjMnJiK'iccKHx разрушений транспсртных газотурбин)«« двигателей» (гііиколаев I.V15 »«он» 190Л р.у, г.Киев, 1994 г. .

2. Жсмннюк fiJXi, Крвалс» W-Е.. Ганас Ф ІГ, Коиалев Л.Е.

Моделиропапие технологического процесса даформироиайия дяа-лей' авиадвигателя. Téjiicw. доши. ♦Рогеийска»: научпо-тмличеС-ХМ; «жференшш *Н»вые материаль» » технология*. Mock&ú- |995г., СТР-69. ' : . ’ • ' ■ . . .; ‘ /. .' ' ' . '

3. Долматов АД1., Согусдаев ß./t, Жсшиюк ПЛ., СсргесвС.В., Курина И.О., -«Соааатн: оборіудогші»(ія » разработка технологии высокоскоростной шташюцт гонкоеппних деталей ГДТ. Огчст 2Qí-$¿94 Харькой, 49.Í4 f., 89 стр. t ;идлвсі(рацияйи. -

.4. Жешніок•'«.-др. Технологическое обеспечение несу ще Л способности авталейГГД после длительной иара-

ботки о 3muysTauHii, f»l»repa4Äu V{ ыежяучэрашой іиучію-тех-нической конференции «Ноиис коисгруквдюмиыс стілш к тиаш н иетоли нх обйз0опзі іілз поі5ШііеіП{» юадеюс» н далпрреч* нвстц мзаелма*. Запврожїс, 1995г.. стр,72. :

. і. ЗДиишх - ijhjifc,.- Щаеш 8.1t. КорсисвсчіЛ Е-Я Сойфдаеи-стеаышие техназапш юдаоїменн»' и редечіт» ІТД: воешшшгих вадежвостм. сокрзщмше срахов в заїрах і». адаяку н «esoemre » «ряАїки» пршзводсгт. Материала Vt вдізуигреаной научно* Ttxmwecw$ кон^ренщш «іІовиг кшіїїрутвашье сша и .cum» і» «агйш ks oC{iíS<rtWí «м Ггавшкяш^ тшагости в дадговечиоста «нкша». 3ano{mw, l9VJi’.. ctp.T5-t?.

6. Наумик В.В., Жеманюк ПЛ, Ключихик В.Г., Пнвирко Э.И. •Причины недостаточной долговечности арматуры термических печей». VII научно-техническая конференция «Неметаллически.-включения и газы в лйтейных сплавах». Запорожье, 1994.

7. Жеманюк ПЛ., Воронин В Л, Глаыатда В.Ф., Гончарова ТА Автоматизированная система дистанционного украпленим, контроля и диагностирования'газотурбинных энергетических установок. Четвертая международная деловая встреча «Диагностика-94». Ялта, 1994г. Москва, 1994г. Стр 140-143

3. ЖемаНюк П.Д.,, Наумих В.В., Ключихик В.Г. Химический Со~ ста» н структура жаропрочных хроионикелькремниевых сталей. " Материалы VI международной научно-технической конференции «Новые конструкционные стали и сплавы и методы их обработ-кн для повышения надежности и долговечности нэделиА». Запорожье, 1995г.', сгрбі.

АННОТАЦИЯ

Жеманюк П.Д. Исследование, разработка и внедрение комплексной технологии форши>6рак>вания м обработки тонкостенных деталей авиадвигателей из сплавов на тетановой основе.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05 07.04 - технология производства летательных аппаратов. Харьковский авиационный институт, Харьков, (9% г. . ■ !

В работе представлены теоретические и экспериментальные исследования, ра ¡работка технологических процессов и оборудования для формообразования и последующей механической и финишной обработки деталей их титановых сплавов, раїработана методика расчета потребной энергии формообразования Исследо-ваио влияние отделочной обработки на эксплуатационные характеристики и свойстка ковсрхностного слоя деталей авиадвигателей

и) титаиовых сплавлп. Разработана оборудование м техжмогия для отделочной обработки : сложнонрофнльмых деталей из титановых сплавов. ■ > ■ • ■ - ■ . ■ - ' ' ■ '. '

. Осуществлено промышленное внедрение технологии я обору* давания формообразования и отделочной обработки. .

; ABSTRACT ' '

P.D, Zhemanytik, Investigator». development and imptemention of integrated technology' for forming and machining thin-walled aeroengine components frwrt Ті-based alloys. ■ >

Thesis for compétition ofadegreeofcandHJate of icchnica) jcienccs in ipccialrty 05 07.u4 - technology of аігсгзП manufacture. Kharkov Aircraft Irutitmc. Kharkov. \ . . ; ; •.

: The present* ihcorrttart end experimental investigations,

development of technological process« and facilities for forming and tubscquent machining and finishing part» from Ті-alloy»; calculation procedure for fMfhg 'pvt- the required forinin* energy в elaborated.

. The effect* of surface finishing vn operating characteristics and Bufece layer pfoperrtetof aeroengine components made from Ti-a!loys have been tirve«%aled, The e<{ii»pmcnt for surface fmtshmj intricate Aape part* made from ТІ-вИоу» fca* been developed, ..

The industrial Implementation ef technology and fonnine ІясШ-tks imd surfacc fmishmf iui tieeii earned owl .

. - ■ ■ іиниГ ■' - : . ■

Теюкик»гіч»п*й проа«, фс*п«чгті^ни», тгоітмо-абразнма . обробка. гЛтаднанн». проектування