автореферат диссертации по авиационной и ракетно-космической технике, 05.07.05, диссертация на тему:Повышение эффективности ЭХО лопаток компрессора ГТД на основе компьютерного моделирования подготовки производства

На правах рукописи

СМЕЛОВ Виталий Геннадиевич

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭХО ЛОПАТОК КОМПРЕССОРА ГТД НА ОСНОВЕ КОМПЬЮТЕРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ПОДГОТОВКИ

ПРОИЗВОДСТВА

Специальность 05.07.05 - Тепловые, электроракетные двигатели и энергоустановки летательных аппаратов

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ии^иББО14

Самара 2007

003065014

Работа выполнена на производства двигателей летательных аппаратов в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева»

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

Шитарев И.Л.

Официальные оппоненты: член-корр. РАН, д-р техн. наук, проф.

Барвинок Виталий Алексеевич, заведующий кафедрой производства летательных аппаратов и управления качеством в машиностроении

Канд. техн. наук, доц.

Зарипов Риф Акрамович, доцент кафедры технологии машиностроения ГОУ ВПО «Уфимский государственный авиационный технический университет»

Ведущая организация - «Самарский научно-технический комплекс

им. Н.Д. Кузнецова».

Защита состоится «28» сентября 2007г. в 12 часов на заседании диссертационного совета Д 212.215.02 при государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева» по адресу: 443086, г. Самара, Московское шоссе, 34.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева».

Автореферат разослан «24» августа 2007г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор

В.Н. Матвеев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Лопатки компрессора являются одними из наиболее сложных и ответственных деталей газотурбинного двигателя (ГТД), определяющими и его ресурс, и надежность работы. Они характеризуются сложной пространственной формой, малой жесткостью, высокими требованиями по точности геометрических параметров, качеству поверхностного слоя. Производство таких лопаток в настоящее время осуществляется с применением малоприпусковых заготовок. Однако из-за малой жесткости лопаток, отсутствия развитых поверхностей для точного базирования наиболее эффективным, а в некоторых случаях и единственным методом становится применение электрохимической обработки (ЭХО) пера лопаток.

Общая методика технологической подготовки (ТП) ЭХО является многоуровневой задачей и предполагает последовательное выполнение стандартных этапов проектирования: технологический анализ чертежа детали; выбор способа и схемы обработки; выбор рабочей жидкости; формирование структуры электрохимического этапа ТП или структуры операции ЭХО; определение параметров режима обработки: геометрические параметры (минимальный межэлектродный зазор (МЭЗ) ао, максимальная длина гидравлического тракта Ьг, величина хода электрод инструмента (ЭИ) Ьх), кинематические параметры (Ук=Ук(1:)), электрические параметры (напряжения на электродах и, величина тока I, амплитудные значения 1/а, 1а, длительность импульса гии паузы ^ „, скважность q), гидравлические параметры (давление на входе Рвх и выходе Рвых МЭЗ, средняя скорость V, или расход С?, электролита); выбор технологического оборудования; проектирование оснастки и инструмента; определение операционных припусков, размеров и допусков; нормирование операций ЭХО; технико-экономическая оценка спроектированного ТП; составление технологической документации.

Наиболее трудоемким этапом подготовки производства является определение оптимальных режимов обработки, а также экспериментальная отработка ТП в производственных условиях, при этом в 2-3 раза увеличивается себестоимость изготовления опытной партии. В данной работе предлагается методика компьютерного моделирования процесса электрохимической обработки пера лопатки с целью снижения затрат, а также повышения качества отработки ТП ЭХО, за счет оптимизации технологических режимов операции. Представленная методика в отличие от существующих включает частные математические модели процессов, соответствующих электрохимическому формообразованию пера и явлений, вызывающих его отклонение от номинального положения: нагрев технологическим током и деформирование пера силовыми факторами, что является актуальным.

Цель работы

Совершенствование методики проектирования технологии ЭХО на основе использования компьютерного моделирования параметров процесса и повышение эффективности обработки ТП на этой основе.

Основные задачи исследования

1. Разработать модель высокого уровня для анализа влияния термоупругих деформаций на точность ЭХО.

2. Создать методику моделирования гидродинамики потока электролита в межэлектродном зазоре для учета влияния перераспределения давлений на точность обработки пера лопатки при ЭХО.

3. Разработать методику моделирования деформации пера при удалении припуска с локализованными в нем остаточными напряжениями при ЭХО.

4. Экспериментально подтвердить адекватность разработанных методик и моделей.

5. Разработать теоретико-экспериментальную модель процесса электрохимического формообразования пера лопаток при импульсной ЭХО, позволяющую рассчитать технологические характеристики точности обработки при изменении режимов.

6. Разработать методику проектирования операции импульсной ЭХО и программное приложение технологов ЭХО «АРМ технолога ЭХО». Реализовать разработанные методики и приложение «АРМ технолога ЭХО» в производственных условиях.

Методы исследований

Общий подход к решению проблемы базируется на системном анализе и математическом моделировании процесса электрохимической обработки и сопутствующих ему явлений. Для решения поставленных задач использовались теоретические и экспериментальные методы исследования динамики температурного поля пера лопатки в процессе ЭХО, метод конечных элементов (МКЭ), общая теория деформирования тел, теория течения жидкостей, теория диффузии в твердом теле. При проведении исследований использовались теория научного эксперимента, включающая отсеивающие эксперименты по методу случайного баланса, уточняющие однофакторные опыты; средства измерительной техники.

Экспериментальные исследования проводились в ОНИЛ-12 Самарского государственного аэрокосмического университета, а также в производственных условиях предприятия - ОАО «Моторостроитель», г. Самара.

Достоверность полученных результатов и правомерность принятых допущений подтверждены экспериментальными данными, обработка которых осуществлялась в соответствии с ГОСТ 8.207.

Научная новизна

Разработан алгоритм моделирования деформации лопаток под действием термоупругих напряжений с использованием МКЭ.

Разработан алгоритм моделирования деформации деталей под действием гидравлических сил, возникающих на операции ЭХО.

Разработан алгоритм моделирования определения деформации лопаток при удалении напряженных слоев на операции ЭХО с использованием осредненных эпюр остаточных напряжений и МКЭ.

Разработана методика проектирования операции импульсной ЭХО, позволяющая сформулировать требования к заготовке, режимам обработки и существенно снизить время и затраты на отработку технологии импульсной ЭХО.

Разработана компьютерная модель объемного формообразования пера лопатки при импульсной ЭХО, позволяющая определить изменение геометрии заготовки по всем заданным в рабочем чертеже точкам профиля.

Практическая ценность

На основе использования полученных разработок создан комплекс программных продуктов («АРМ технолога ЭХО»), позволяющих осуществить научно обоснованное многовариантное проектирование технологии ЭХО пера лопаток ГТД.

Реализация результатов работы

Разработана методика моделирования процесса импульсной ЭХО, которая используется в производстве на ОАО «Моторостроитель» и ОАО «СНТК им. Н.Д. Кузнецова» при проектировании ТП ЭХО.

Вышеуказанная методика и созданное на ее основе программное обеспечение, результаты теоретических и обобщенных экспериментальных исследований, методика быстрого определения деформации деталей под действием термоупругих напряжений с использованием МКЭ, методика быстрого определения деформации деталей под действием гидравлических сил с использованием МКЭ, методика быстрого определения деформации деталей при удалении напряженных слоев с использованием осредненных эпюр остаточных напряжений и МКЭ используются при курсовом и дипломном проектировании студентов специальностей 160301, 160302.

Апробация работы

Основные положения диссертационной работы докладывались на международных технических конференциях: «Проблемы и перспективы развития двигате-лестроения» (Самара, 2003, 2006), 5-й Международной конференции «Авиация и космонавтика» 2006 (Москва, 2006), на ежегодных всероссийских научно-технических конференциях «Королевские чтения» СГАУ.

Публикации

По теме диссертации опубликовано 16 печатных работ и 2 учебных пособия.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения и приложений, в совокупности изложенных на 170 страницах машинописного текста, содержит 127 рисунков, 13 таблиц и 4 приложения. Список использованных источников включает 124 наименования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, ее практическая значимость, сформулированы основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе диссертации подробно рассмотрены публикации по проблемам совершенствования технологии электрохимической обработки. Наиболее

важной задачей при ЭХО лопаток является повышение точности всех геометрических характеристик. Этими вопросами занимались исследователи большого числа организаций в нашей стране, а также зарубежные ученые. Были проанализированы работы специалистов Тульской и Казанской, Уфимской и Ивановской, Московской и Ленинградской, Воронежской и Кишиневской школ, работы зарубежных ученых и, конечно, ученых Самарской школы. Эти работы охватывают все направления совершенствования ЭХО, а также особенностей обработки специальных материалов, используемых в авиадвигателестроении: титановых, хро-моникелевых сталей и сплавов. Предложены рекомендации по обрабатываемости этих материалов. Литературные исследования проблем ЭХО показали значимость следующих факторов, влияющих на точность обработки: гидравлического воздействия потока электролита, деформации пера лопатки при нагреве технологическим током, а также деформации лопатки под действием остаточных напряжений.

Однако специфические условия, связанные с гидродинамикой течения электролита в малом зазоре, распределением тепла в сложной технологической системе, влиянием технологической наследственности на точность обработки, изучены недостаточно, что обусловлено ограниченностью экспериментальных возможностей и сложностью процессов, протекающих на поверхностях электродов.

Существующие способы определения основных факторов, влияющих на точность, трудоемки и не могут быть использованы при проектировании операций ЭХО в условиях производства. Основные недостатки известных моделей - это их дискретность, и разнородность, т.е. они не могут синхронизировано описывать динамику каждой из составляющих деформаций в процессе съема. Имеющиеся математические модели и методики во-первых, не вскрывают всех особенностей данного воздействия в процессе двухсторонней ЭХО и формирования соответствующих систематических погрешностей, во-вторых, могут быть использованы специалистами высокой квалификации, в-третьих, связаны со значительными временными затратами, которые сопоставимы со временем при проектировании технологии ЭХО по традиционным методикам.

В современных условиях необходимо резко сократить время, затрачиваемое на подготовку производства новых лопаток. В связи с новыми открывшимися возможностями вычислительной техники и программных комплексов, использующих численные методы для расчетов, актуальным становится совершенствование методики проектирования технологии ЭХО с использованием моделирования параметров, влияющих на точность обработки при формировании трактовых поверхностей лопаток ГТД.

На основании проведенного анализа сформулированы цель и задачи исследования.

Во второй главе приведены экспериментальные и теоретические исследования закономерностей возникновения термоупругих деформаций в процессе обработки, разработана методика моделирования термоупругих деформаций, адекватная экспериментальным исследованиям, проанализированы результаты расчетов по данной методике деформаций, возникающих при ЭХО лопаток ротора и статора компрессора.

В Соответствии с поставленными задачами на первом этапе работы с целью выявления закономерности деформаций лопаток при ¡¡агреве технологическим гоком нами были проведены экспериментальные исследования на лабораторных установках и образцах (рис.1), разработанных и ОНИЛ 12. Были получены зависимости тепловых и суммарных деформаций образной при обработке импульсным током на различных плотностях тока при постоянном зазоре и давлении электролита на входе и зазор (рис.2, 3),

1л I Й*1

_ Г

=?

80 №

3

"1 ц

А

= 0.16 я ЦИ

|а.Ч 3 0.1 I да

5

I ом

1ощ 1 о

1

—

Щ __

г Т2&Л - п_] -

Рис. I. Образец для «¿следований

проведения

-Ь П- и 5 Б _

Ь """

—

о а я 03 ш; 150

Лпвшнсгъ ТРК^ Ми

Рис.2. Зависимости деформаций образца от плотности тока при зазоре ¡1—0,4 ми: I, 2, 3, 4 - тепловые деформации. 5. 6. 7. 8 - суммарные деформации при давлениях на Входе соответственно Рнх=0,2: 0,4; 0,6; 0,8МЛа.

Рис, 3. Зависимости деформаций образца от плотности тока при давлении на пходе Рвх-=0,4 МПа: I, 2, 3. 4 - тепловые деформации; 5, 6, 7. 8 - суммарные деформаций при зазорах соответственно а=0,1; 0.2; 0,4; 0.6 мм

Рис. 4. Образец в IЖ Апзуз. Наложение сетки конечных элементов

Отработка технологии ЭХО на экспериментальных образцах и полупромышленных установках в современных экономических условиях весьма дорогостояща и трудоемка, поэтому поиск оптимальных режимов ЭХО пера лопаток новых конструкций щ новых материалов целесообразно вести с помощью моделирования. В рамках решения этой задачи нами было проведено аналитическое описание процессов, происходящих в образце при проведении данного эксперимента. Аналитически была получена система уравнений распределения температуры в геле произвольного вида, частные решения которой могут быть получены только методом конечных элементов при задании соответствующие граничных условии.

В соответствии с экспериментальными исследованиями проведен анализ распределения температуры образца, возникающий при обработке методом ЭХО. в программном комплексе АЙйУЭ. Используя МКЭ для проведения расчетов на объём образца была наложена упорядоченная «сетка» (рис.4).

Рис, з {Определение температурь! в объеме образца при плотности тока -140 кА/м2 _

ЛТГ~

Для получения распределения температур в образцах при ЭХО проводился стационарный тепловой анализ: заданы коэффициент теплопроводности (КХХ 2т 3,05 (Дж/м-с-к)) и удельная теплоемкость материала (С = 460 (Дж/кг-к)). Образец в процессе ЭХО базируется и закрепляется с двух сторон, то ко подвод осуществляется с использованием винтов, поджимающих образец. При протекании электрического тока через образец происходит выделение тепла как в теле образца так и в пятне контакта токопод-вода с заготовкой. В свою очередь, на поверхности происходит анодное растворение металла и среде электролита и процесс теплообмена твёрдое чело -жидкость.

В ПК ANSYS этот процесс можно Описать заданием температурной нагрузки по поверхности контакта с электродом, объёмным тепловыделением в образце и Конвективным теплообменом по поверхности обработки.

После приложения всех тепловых нагрузок и расчета, (плотность тока 20, 60, 100, 140 кА/м ) получены следующие результаты (Рис. 5).

Результаты решения тепловой задачи (распределение температуры во всех узлах образца) использовались в качестве исходных данных при решении задачи о деформациях образца. Моделирование термоупругих деформаций заготовок, возникающих при обработке методом ЭХО, осуществлялось МКЭ в программном комплексе ANSYS с использованием математического аппарата теории термоунругих напряжений. В модели были заданы свойства материала: модуль упругости, коэффициент Пуансона (ЕХ 2.15еП (Па), PRXY 0,3.), коэффициент линейного расширения (АЕРХ 11.7е-6 (1/к)), плотность материала (DENS 7800 (кг/мЗ)). Поджатие винтами моделировалось заданием гюузлового ограничения по всем степеням свободы на соответствующих элементах. Результаты моделирования представлены на рис.6.

Рис. 6. Деформация образца upii rat-jioБой нагрузке, полученной в результате расчета при плотности тока 140 кА/м2

0.045 Q'J-t

; ода „ о.оэ

' 0,025 — 0,02 ■ 0.0'-5

Г 0.0t

т

гт

20 30 40 50 tiü 70 ВС № 1D0 110 120 130 »0 150 ПлотмХЯ ь юка. КА'и2

Рис. 7. Зависимость деформаций образна при обработке на различных плотностях гока

После анализа полученных результатов была построена зависимость (рис.7) деформаций образца при обработке на различных плотностях тока, из которой вино, что расчетные значения укладываются в область значений полученных экспериментально. Таким образом, можно говорить о создании методики моделирования термоупругих деформаций при электрохимической обработке, которая заключается в следующем алгоритме действий (рис.8), состоящем из двух этапов:

Рис. 8. Алгоритм методики математического моделирования термоупругих деформаций

Разработанная методика позволяет получить результаты, которые соответствуют данным физического эксперимента и обеспечивают высокую эффективность. Она позволяет существенно сократить сроки и стоимость внедрения новых конструкций в производство за счет уменьшения, а в ряде случаев исключения экспериментальных исследований на этапах подготовки производства.

Результаты расчетов термоупругих деформаций по данной методике мо-гуты быть использованы при проектировании операции электрохимической обработки заготовок лопаток ГТД. Для количественной оценки возможных тепловых деформаций лопаток на операциях ЭХО по указанной методике был проведен анализ термоупругих деформаций различных по конструкции и габаритам лопаток ротора и статора компрессора двигателя НК 14 СТ. Материал рабочих лопаток - сталь 13Х11Н2В2МФ, материал лопаток направляющих аппаратов - сталь 15Х2Н2.

В результате моделирования деформаций лопаток ротора было получено, что максимумы локализованы на входной и выходной кромке на расстоянии 1530% от высоты лопатки ближе к периферийным сечениям. Полученное распределение деформации по высоте лопатки идет вразрез с существующими представлениями о тепловых деформациях лопатки под действием ЭХО. Эти результаты позволяют выработать рекомевдация гго коррекции инструмента и способу закрепления.

Рис. У. Лопатки ротора

¡ь

I *

-

V

■ -.-Шт В, ,„

■ ай-.И таг-.,

.- я* ' .......

Рнс. 10. Лопатки направляющего аппарата

"ЧЙ. * 4

Рис. 11 Результаты расчета деформации лопатки Г'нс 12 Результаты расчета деформации лопатки 1 спиенн мтх» стат"Ра 4

Расчёт лопаток направляющего аппарата показал, что деформации у них значительно меньше, чем у лопаток рабочего колеса. Максимальные деформации наблюдаются на входной и выходной кромках, однако следует отметить, что имеет место два максимума, расположенных на расстоянии 15-20% от втулочного и периферийного сечений.

В третьем главе приведены экспериментальные и теоретические исследования закономерностей гидравлического воздействия потока электролита на заготовку в процессе ЭХО. Проанализированы результаты расчетов по данной методике роторных и статорных лопаток компрессора. |

На лабораторных установках и образцах, разработанных в ОНИЛ 12 на- | ми были получены экспериментальные зависимости деформаций образцов в процессе ЭХО. 13 ходе экспериментов изменялись давление на входе (Р„^) и выходе из МЭЗ (Р„ых), величина МЭЗ (в) и их неравномерность по обеим сто-

Начало!

ронам образца (авх :авых), а также регистрировалась деформация образца от изменения указанных факторов (f) (рис.14).

Показано, что при постоянной величине авх :авых наиболее интенсивный рост деформаций наблюдается в начальный период изменения отношения а8ЫХ:Ь , а в дальнейшем деформация растет медленнее. Изменение авх :аВЬ1Х при постоянном отношении авых:Ь оказывает на величину деформации примерно такое же влияние, как и увеличение соотношения авых:Ь при сохранении авх :авых постоянным. Как отмечалось ранее, отработку технологии ЭХО целесообразно вести с помощью математических моделей высокого уровня, адекватно отражающих условия ЭХО.

В соответствии с экспериментальными исследованиями была разработана методика математического моделирования гидравлического воздействия потока электролита на лопатку в процессе ЭХО МКЭ, которая заключается 1 алгоритме действий, представленном на рис. 13.

Сопоставляя зависимость, полученную в результате моделирования, и поле рассеивания деформаций образца, полученные экспериментальным путем, видно, что расчетная зависимость (рис. 14) укладывается в область рассеивания значений, полученных экспериментально.

Данная методика адекватна экспериментальным исследованиям, состоит из двух этапов: решение гидравлической задачи осуществляется в программном пакете Fluent, результаты решения гидравлической задачи являются исходными данными при структурном расчёте в ANSYS. Для анализа наиболее часто используемых вариантов гидравлических режимов потока электролита на зазорах, используемых при обработке заготовок лопаток средних ступеней на операции ЭХО, была составлена программа численного эксперимента, которая представлена в таблице 1.

Исследования показали, что в процессе ЭХО при внезапном сужении, расширении или изменении направления по-

Рис.13. Алгоритм расчета деформаций заготовок возникающих, на операциях ЭХО под действием гидравлических сил

I

Схема зазоров / . . Э-И •-

■ ■ ; ; 1/ ■■ з-и в| - образец *_______

Р-С.5МЛа Ь=0,6 мм

/

1в зазоров с разных сторон а—Ъ

Рис.14 Сравнительная диаграмма деформаций образца Г от соотношения зазоров а,„хЛ)

тока, когда гидродинамические условия протекания электролита в межэлектродном зазоре приводят к образованию «застойных зон», всякое нарушение равномерности и прямолинейности движения потока связано с потерей напора, изменением скорости потока и, что самое главное, возникновением вихревых областей. При этом изменение условий движения потока приводит как к увеличению интенсивности турбулентности и утолщению пограничного слоя, так и к отрыву потока от стенок и его встречному движению и вихреобразованию, что ведет к значительному возрастанию сопротивления движению электролита.

Таблица 1

Анализируемые параметры Перепад давления, атм (диапазон перепада, МПа) Деформация пера, мм

1. Величина МЭЗ, мм: 0,15 0,15 0,15 0,25 0,25 4(0,5-0,1) 4(0,9-0,5) 8(0,9-0,1) 4(0,5-0,1) 3(0,4-0.1) 0,029 (0,029) 0,029 (0,029) 0.312 0,022 0,014

2. Неравномерность распределения припуска по перу лопатки: а схема - диффузорный канал над спинкой б схема - конфузорныи канал над спинкой в схема - диффузорный канал над корытцем г схема - конфузорный канал над корытцем 3 (0,4-0,1) 4(0,5-0,1) 4(0,5-0,1) 3 (0,4-0,1) 0,0914 0,123 0,123 0,0983

3. Разворот пера относительно электродов: против часовой стрелки по часовой стрелке 3 (0,4-0,1) 3 (0,4-0,1) 0,130 0,145

4. Схема подачи электролита: на входную кромку пера на выходную кромку пера вдоль пера 4(0,5-0,1) 4(0,5-0,1) 4(0,5-0,1) 0,0289 0,0231 0

В этих условиях при резком падении скорости и изменении направления движения потока, как показали эксперименты, происходит весьма замедленная эвакуация продуктов анодной реакции из зоны обработки, что, в свою очередь, снижает электропроводность электролита. При помощи полученной методики можно контролировать: скорость электролита в различных областях МЭЗ, при необходимости обеспечения заданной скорости прокачивания, для достижения оптимальных параметров операции и выполнения основных требований, предъявляемых к электролиту; равномерность распределения давления по МЭЗ для анализа стабильности протекания процесса ЭХО; наличие так называемых «вихрей» и образование «застойных зон» при обработке заготовок лопаток на операции ЭХО.

Методика позволяет определять возможные деформации заготовки от гидродинамических сил в соответствии с режимами обработки, а также свести к минимуму брак, определить допустимый минимальный зазор на операции ЭХО и возможность применения операции на окончательном этапе обработки с наивысшими показателями производительности и качества.

В четвертой главе диссертации приведены результаты теоретических и экспериментальных исследований влияния наследственных остаточных напряжений (о.н.) на формообразование в процессе ЭХО, с целью получения взаимосвязей между технологическими параметрами ЭХО, о.н. в заготовке лопатки перед ЭХО и деформациями пера после обработки.

При этом изучалось влияние различных методов обработки профиля пера на величину остаточной деформации заготовки лопатки, влияние структуры технологического процесса на распределение о.н. в пере лопаток после ЭХО и финишных операций. Здесь же приведена разработанная методика быстрого определения деформаций пера заготовки лопатки при удалении напряженного слоя. Метод общего деформирования слишком сложен для использования на производстве и требует специальной подготовки. В то же время быстрое решение данной задачи требуется при проектировании технологии с учетом технологической наследственности.

В качестве средства создания такой методики были использованы ПК ANSYS и электронная модель пера лопатки, а также экспериментально полученная эпюра активных напряжений (разница между напряжениями до и после съема напряженного слоя). При этом основное отличие предлагаемой нами методики состоит в том, что лопатка нагружается осредненными по глубине удаляемого слоя напряжениями. В работах В.Ф. Павлова доказывается правомерность такой замены в расчетах деформации реально полученной эпюры остаточных напряжений упрощенной осредненной по величине эпюрой, эквивалентной по величине конечной деформации. Модель нагружалась начальными напряжениями (Initial Stress Loading), то есть задавались начальные напряжения, как нагрузка.

Методика определения деформации после удаления слоя материала по перу лопатки с помощью ПК ANS YS 5.7 выглядит следующим образом.

1. Создание электронной модели пера лопатки (или вызывается из базы данных) и разбиение на конечные элементы, например SOLID 45.

2. Задание свойства материала лопатки при температуре ЭХО: модуль упругости (ЕХХ), плотность (DENS); коэффициент Пуассона (NUXY).

3. Вычисление эгаоры активных остаточных напряжений (разность между эпюрами до и после анализируемой обработки).

4. Определение осредненной эпюры постоянных по величине в пределах снимаемого слоя напряжений из условия равенства площадей под активной и осредненной эпюрами.

5. К верхнему слою элементов прикладываются осредненные напряжения, толщина верхнего слоя равна величине съема.

6. Закрепление корневого сечения и решение упругой задачи.

7. Выборка элементов и узлов объема пера без верхнего слоя, в результате решения осуществляется вывод данных по перемещениям центров тяжестей сечений пера заготовки по трем основным осям.

Для количественной оценки деформаций лопаток на операциях ЭХО от остаточных напряжений использовались модели лопаток компрессора двигателя НК14СТ - лопатки статора компрессора (1,3,4,5,7,9,10,11,13 ступеней). Нагрузки в модели задавали эпюрами остаточных напряжений, наследуемыми в соответствии с технологическим процессом, используемым при производстве конкретной лопатки. В соответствии с разработанной методикой было проведено моделирование нагружения поверхностных слоев эпюрой остаточных напряжений и съема этого слоя на операции ЭХО.

В результате получено, что максимум деформаций пера расположен на входной и выходной кромках, построены зависимости деформаций входной и выходной кромок пера лопатки. Для удобства анализа результаты представлены в виде сводных зависимостей (рис 16) в относительных величинах. При анализе зависимостей видно, что они имеют сходный вид, на замковом и периферийном сечениях пера деформация равна нулю. Это можно объяснить способом закрепления заготовки лопатки при расчетах (ограничение математической модели) по втулочному и периферийному сечениях. Максимальные значения деформаций имеют входные и выходные кромки пера лопаток последних ступеней (9 - 15) в связи минимальными размерами толщины профиля пера. Эти лопатки более всего подвержены остаточным деформациям после ЭХО.

-1 ступень | > |

-3 ступень | | :

I '

5 ступень : | |

7 ступень | I :

-9 ступень I : |

-11 ступень! I |

20 40

Длина пера

-13 ступень! -15 ступень!

! 1

Рис. 16. Сводные зависимости деформаций по входной и выходной кромкам статарных лопаток

Разработанная методика может быть использована в качестве универсального инструмента при анализе вновь проектируемого технологического процесса, при назначении того или иного метода обработки пера с целью оценки ожидаемой деформации пера. Трудовые и временные затраты определения деформаций по данной методике почти на порядок ниже, чем по методу общего деформирования. Она быстро осваивается цеховыми технологами, имеющими навыки работы с ПК. Расхождение в результатах полученных значений деформаций по предлагаемой методике и по методу общего деформирования не превышает 4,8%.

В пятой главе решалась задача создания относительно простой и адекватной теоретической модели описания процесса объемного формообразования пера лопатки в условиях импульсной ЭХО.

Задача формообразования при ЭХО является сложной, так как должны учитываться взаимно влияющие сопряженные поля (электрические, гидродинамические, температурные и концентраций) с подвижными границами. Ее решение в общем виде даже для простейших случаев обработки невозможно, т.к., с одной стороны, недостаточно полно изучены происходящие при ЭХО явления, а с другой имеются с математические трудности расчета сопряженных трехмерных полей. Учитывая, что в реальных условиях производства технологический ток подается пакетами импульсов регулируемой длительности малой величины, а ЭИ остается неподвижным во время прохождения импульса, то малая величина импульса позволяет представить данный процесс в пределах действия импульса проходящим без изменения МЭЗ. Поэтому был принят ряд допущений:

1 - зазор полностью заполнен электролитом, закон Ома справедлив во всем объеме МЭЗ;

2 - процесс анодного растворения протекает с постоянным выходом металла по току г) (трсог^ в пределах действия импульса в расчетной точке);

3 - поляризация электродов постоянна по всей поверхности (фА - фК =сош1, в пределах действия импульса в расчетной точке);

4 - электропроводность электролита постоянна (х=сопз1 в пределах действия импульса в расчетной точке).

При бесконечных плоскостях или в областях, достаточно удаленных от концов электродов, электрическое поле можно считать одномерным, т. е. электрический потенциал зависит только от одной переменной. Фасонные поверхности лопаток ГТД представляют собой сочетание цилиндрических, конических, сферических и прочих криволинейных поверхностей. В каждом сечении были соединены соседние точки, заданные в рабочем чертеже, прямыми линиями и, таким образом, обрабатываемый профиль был разбит на простые геометрические элементы: горизонтальные, вертикальные, наклонные линейные образующие. Расчет МЭЗ, определение формы и размеров участков поверхности заготовки проводился отдельно для каждого геометрического элемента. Таким образом, формообразование поверхности пера было заменено совокупностью процессов ЭХО в расчетных точках.

После введения принятых допущений получено уравнение, описывающее формообразование поверхности в условиях импульсной ЭХО для конкретной расчетной точки и момента времени обработки:

где уа - величина МЭЗ после прохождения импульса; у0 - величина МЭЗ до прохождения импульса; А - характеристика режима и обрабатываемого материала; г - длительность пакета импульсов.

Все изменения в межэлектродном зазоре при ЭХО учитываются заданием характеристики режима А, которая получается экспериментальным путем и корректируется в каждом конкретном шаге расчета.

На основе этого уравнения проведено математическое моделирование импульсной ЭХО, учитывающее все особенности этого процесса. В качестве расчетных точек принимаются точки, заданные в рабочем чертеже. Предложенная модель позволяет определить новые координаты профиля в расчетных точках после прохождения каждого пакета импульсов. Расчеты проводятся в следующей последовательности: перед прохождением пакета импульсов в каждой точке рассчитываем величину МЭЗ, по которому определяем характеристику режима А; перед прохождением следующего пакета импульсов осуществляем расчет величины МЭЗ с учетом силового воздействия теплового и гидродинамического факторов. Известно, что одной из определяющих при обработке методом ЭХО пера лопатки является жесткость заготовки, которая, в свою очередь, уменьшается по мере съема припуска. В этой связи для учета изменения деформаций по перу в

программу расчета вводятся величины коррекций (рассчитанные по методикам, разработанным в разделах 2 и 3) на величину термоупругих деформаций в зависимости от припуска и деформаций под действием силового воздействия потока электролита в виде таблиц точек. Учет коррекции осуществляется выбором соответствующих снятому припуску значений в каждой конкретной точке заготовки.

Деформации заготовок от остаточных напряжений проявят себя после окончания обработки и раскрепления заготовки. В работах ученых показано, что остаточные напряжения локализованы на глубине 0,2-0,5мм. Опыт показывает, что для удаления слоя с локализованными остаточными напряжениями необходимо удалить 2/3 снимаемого припуска. Характеристика режима А учитывает скорость растворения металла в зависимости от величины МЭЗ. Для расчетов по данной программе была разработана база данных по выбору характеристики режима А. Реализовано определение значения А для данной точки, соответствующего рассчитанному значению МЭЗ методом линейной интерполяции на основе предварительно полученной для конкретной пары сплав-электролит экспериментальной зависимости А=Г(а). ,

Разработанная математическая модель описывает двухстороннюю обработку пера лопатки и позволяет определить координаты каждой точки профиля, заданной по чертежу, после импульсной ЭХО. При этом определяется погрешность толщины профиля в каждой точке, а также погрешности максимальной толщины и смещения профиля.

Для определения погрешности геометрических параметров и взаимного расположения пера лопатки при импульсной ЭХО разработана и отлажена программа расчета «АРМ технолога ЭХО». С ее помощью была произведена проверка полученной модели.

По разработанной методике, включающей моделирование основных факторов влияющих на точность, была разработана и отлажена технология ЭХО ступеней лопаток компрессора. Результаты показали высокую эффективность данной методики. Время отработки технологических процессов сократилось в два раза. Количество заготовок используемых при отработке технологии сократилось в три раза. Были исключены короткие замыкания между заготовкой и электродом, а также исключены прижоги в токоподводах.

Таким образом, можно сказать, что применение математической модели пространственного формообразования пера лопаток при импульсной ЭХО и решаемых на ее основе задач позволяет отказаться от проведения трудоемких экспериментов и снизить затраты и время отработки технологии импульсной ЭХО.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

В результате комплекса теоретических и экспериментальных исследований решена научно-техническая проблема повышения эффективности ЭХО лопаток компрессора. При этом получены следующие результаты:

1. Разработана теоретико-экспериментальная модель формообразования пера лопатки при импульсной ЭХО, учитывающая основные особенности данного

процесса и позволяющая определить изменение геометрии заготовки по всем заданным в рабочем чертеже точкам профиля.

2. Разработана методика определения деформации заготовок лопаток, возникающих на операции ЭХО под действием термоупругих напряжений, которые моделируются с использованием ПК ANSYS. Установлено, что величина и характер деформации пера в значительной мере зависят от геометрических характеристик лопаток - это площадь торцевых поверхностей замков, по которым осуществляется токоподвод, длина лопатки и площади профилей поперечного сечения пера, которые оказывают значительное влияние на жёсткость заготовки. Показано, что максимальные деформации на лопатках ротора компрессора наблюдаются на входной и выходной кромках, и локализованы на расстоянии 15-20% от длины лопатки ближе к периферийным сечениям. Устранены прижоги по входной и выходной кромкам за счет решения термоупругой задачи и оптимизации плотности тока.

3. Разработана методика определения деформации деталей, возникающих на операции импульсной ЭХО под действием гидравлических сил, которые моделируются с использованием ПК FLUENT и ПК ANSYS. Установлено влияние гидродинамических сил со стороны потока электролита на точность операции ЭХО при влиянии различных параметров. Устранены застойные зоны и КЗ за счет изменения гидродинамики потока электролита.

4. Разработана методика определения деформации деталей при удалении напряженных слоев на операции импульсной ЭХО с использованием осреднен-ных эпюр остаточных напряжений и ПК ANSYS. Установлено влияние структуры технологического процесса на распределение остаточных напряжений в пере лопаток ГТД после ЭХО. Было установлено, что максимум деформации, получаемый при снятии припуска на операции ЭХО, под действием остаточных напряжений локализован на входной и выходной кромках, за счет чего было снижено количество брака по точности обработки лопаток на операциях ЭХО под действием остаточных напряжений.

5. Разработана методика проектирования окончательной обработки лопатки с применением окончательной однократной электрохимической обработки пера с учетом деформаций пера, вызванных нагревом, силовым воздействием гидравлических сил, а также деформациями от остаточных напряжений.

6. Для практического проектирования технологии ЭХО разработан и внедрен в производство программный комплекс «АРМ технолога ЭХО», который позволил: снизить затраты и время на подготовку производства технологии ЭХО, повысить эффективность ТП за счет качества отработки ТП.

7. Оптимизирована конструкция оснастки за счет ее объемного моделирования, что позволило исключить доработку технологической оснастки.

Основные положения и научные результаты диссертации изложены в следующих основных работах:

1. Смелов, В.Г. Проектирование технологии изготовления лопаток компрессора газотурбинных двигателей с помощью компьютерного модели-

рования поэтапных состояний пера (тезисы)/ В.Г. Смелов, Г.В. Смирнов, Н.Д. Проничев. //Сб. тез. докладов ВНТК "Новые материалы и технологии НМТ-2002". М., 2002.

2. Смелов, В.Г. Математическое моделирование процесса электрохимической обработки(тезисы)/ В.Г. Смелов, Г.В. Смирнов // Тез. Док. между-нар. науч.-техн. Конф. «Проблемы и перспективы развития двигателе-строения».- Самара СГАУ, 2003.

3. Смелов, В.Г. Математическое моделирование процесса электрохимической обработки(статья)/ В.Г. Смелов, Г.В. Смирнов// Вестн. СГАУ Серия «Проблемы и перспективы развития двигателестроения». ч1. - Самара СГАУ, 2003.

4. Смелов, В.Г. Моделирование остаточных напряжений в поверхностном слое пера лопатки и расчет деформации пера лопатки после снятия слоя с остаточными напряжениями(статья)/ В.Г. Смелов, Г.В. Смирнов, A.M. Курушин// Вестн. СГАУ Серия «Проблемы и перспективы развития двигателестроения». 42. - Самара СГАУ, 2003.

5. Смелов, В.Г., Моделирование остаточных напряжений и процесса ЭХО заготовок./ В.Г. Смелов, Г.В. Смирнов// Сб. тез. докл. ВНК «VII- Королевские чтения», Самара: 2003, С 86-87.

6. Смелов, В.Г. Пути параметризации лопаток ГТД для использования CAD/CAM/CAE пакетах (статья)/ В.Г. Смелов, К.А. Тарасов // Вестн. СГАУ Серия «Проблемы и перспективы развития двигателестроения». 42. - Самара СГАУ, 2004

7. Смелов, В.Г. Создание базы данных для электрохимической обработки с целью оптимизации процесса выбора электролита(статья)/ В.Г. Смелов, Г.В. Смирнов, Т.В. Ерофеева // Вестн. СГАУ Серия «Проблемы и перспективы развития двигателестроения». 42. - Самара СГАУ, 2004

8. Смелов, В.Г. Основные механизмы генерации дестабилизирующих факторов в камере электрохимической обработки изделий авиационной техники./ Н.И. Лиманова // Материалы ВНТК «Актуальные проблемы радиоэлектроники и телекоммуникаций».- Самара: СГАУ, 2006. -174 с.

9. Смелов, В.Г. Моделирование электронного документооборота при производстве лопаток ГТД в PDM системах/ В.Г. Смелов, Ю.М. Алексеева, Н.Д. Проничев //МНТК «Проблемы и перспективы развития двигателестроения»,- Самара: СГАУ, 2006/ -34 с.

10. Смелов, В.Г. Моделирование течения электролита в межэлектродном зазоре при электрохимической обработке лопаток компрессора с использованием метода конечных элементов во «Fluent»/ В.Г. Смелов, Г.В. Смирнов, Н.Д. Проничев// труды МНТК «Проблемы и перспективы развития двигателестроения».- Самара: СГАУ, 2006. -50-51 с.

11. Смелов, В.Г., Моделирование термоупругих деформаций при электрохимической обработке лопаток компрессора с помощью метода конечных элементов в Ansys/ В.Г. Смелов, Г.В. Смирнов, Н.Д. Проничев// труды

МНТК «Проблемы и перспективы развития двигателестроения».- Самара: СГАУ, 2006. -51-53 с.

12. Смелов, В.Г., Моделирование остаточных напряжений в поверхностном слое пера лопатки и расчет деформации пера лопатки после снятия слоя с остаточными напряжениями. Проблемы и перспективы развития двигателестроения/ В.Г. Смелов, Г.В. Смирнов, М.В. Демин// труды МНТК «Проблемы и перспективы развития двигателестроения».- Самара: СГАУ, 2006. -53-54 с.

13. Смелов, В.Г. Создание методики моделирования остаточных напряжений в поверхностном слое пера лопатки и расчет деформации пера лопатки после снятия слоя с остаточными напряжениями/ В.Г. Смелов, Г.В. Смирнов, М.В. Демин// Вести. СГАУ. Вып. 2(10) 4.1 и 2.- Самара, 2006. -94-98 с.

14. Смелов, В.Г. Использование моделей высокого уровня для исследования закономерностей течения электролита при электрохимической обработке/ В.Г. Смелов, Г.В. Смирнов, Н.Д. Проничев // Вестн. СГАУ. Вып. 2(10) 4.1 и 2,-Самара, 2006. -99-103с.

15. Смелов, В.Г. Создание методики моделирования термоупругих деформаций при электрохимической обработке лопаток компрессора с помощью метода конечных элементов/ В.Г. Смелов, Г.В. Смирнов, Н.Д. Проничев // Вестн. СГАУ. Вып. 2(10) 4.1 и 2,- Самара, 2006. -104-108с.

16. Шитарев, И.Л. Смирнов Г.В., Смелов В.Г. Математическое моделирование процесса электрохимической обработки методом конечных элемен-тов/И.Л. Шитарев, В.Г. Смелов, Г.В. Смирнов// Материалы 5-й Международной конф. «Авиация и космонавтика» М., 2006. -314 с.

17. Компьютерное моделирование операций технологического процесса изготовления деталей ГТД : метод, указания / Сост.: Н.Д. Проничев, Е.А. Рамзаева, В.Г. Смелов, и др. - Самара: Изд-во Самар. гос. аэрокосм, унта, 2006. - 140 с.

1В. Математическое моделирование процесса ЭХО лопаток ГТД : метод, указания / Сост.: Л.А Анипченко., В..Н Бородин, В.Г. Смелов, и др.- Самара: Изд-во Самар. гос. аэрокосм, ун-та, 2006. - 47 с.

Подписано в печать 24.08.07 Формат 60x84 1/16 Отпечатано с готовых оригинал макетов Тираж 100 экз.

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ. 8 1.1. Конструктивно-технологические особенности и современный уровень развития технологии изготовления лопаток компрессора

1.2 Описание процесса электрохимического формообразования сложных поверхностей

1.3 Точность ЭХО пера лопаток компрессора авиационных ГТД 19 1.4. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

2. ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ТЕРМОУПРУГИХ ДЕФОРМАЦИЙ ПЕРА ЛОПАТКИ В ПРОЦЕССЕ ЭХО

2.1 Экспериментальные исследования тепловых деформаций

2.2. Создание методики моделирования термоупругих деформаций адекватных экспериментальным исследованиям

2.3. Определение термоупругих деформаций заготовок лопаток на операциях ЭХО

ВЫВОДЫ ПО 2 ГЛАВЕ

3. ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ГИДРОДИНАМИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ПОТОКА ЭЛЕКТРОЛИТА НА ПЕРО ЛОПАТКИ В ПРОЦЕССЕ ЭХ

3.1 Экспериментальные исследования силового воздействия на заготовку в процессе электрохимической обработки

3.2. Создание методики моделирования течения электролита при обработке заготовок в межэлектродном пространстве при ЭХО.

3.3. Моделирование течения электролита в мэжэлектродном зазоре при обработке лопаток компрессора.

3.3.1 Анализ влияния величины межэлектродного зазора

3.3.2 Анализ влияния неравномерности распределения припуска по перу заготовки

3.3.3 Анализ разворота пера лопатки в межэлектродном пространстве 93 3.3.4. Анализ влияния схемы прокачки электролита

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 3:

4. ИССЛЕДОВАНИЯ СУММАРНЫХ ОСТАТОЧНЫХ ДЕФОРМАЦИЙ ПЕРА ЗАГОТОВКИ ЛОПАТКИ ПОСЛЕ ЭХО

4.1. Исследование влияния остаточных напряжений на точность и качество формообразования при ЭХО

4.2. Исследования влияния различных вариантов предшествующей обработки поверхности и режимов ЭХО на величину остаточной деформации пера

4.3. Разработка методики математического моделирования процесса деформирования пера лопатки при удалении напряженного слоя

4.4. Моделирование и анализ деформаций от остаточных напряжений локализованных в поверхностном слое на операциях ЭХО лопаток двигателя НКИСТ

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ

ГЛАВА 5. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ПРОЦЕССА ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО ФОРМООБРАЗОВАНИЯ ПЕРА ЛОПАТКИ ПРИ

ИМПУЛЬСНОЙ ЭХО

5.1. Изменение формы обрабатываемой детали при ЭХО

5.2. Математическое моделирование процесса импульсной ЭХО

5.3. Программа расчета погрешности геометрических параметров и взаимного расположения пера лопатки при импульсной ЭХО

5.4. Результаты экспериментальных исследований точности ЭХО пера на натурных лопатках

5.5. Разработка методики проектирования операции импульсной ЭХО малоразмерных лопаток компрессора

5.6. Внедрение результатов работы в производствео

ВЫВОДЫ ПО 5 ГЛАВЕ

Современные газотурбинные двигатели предъявляют к лопаткам компрессора новые повышенные требования. Лопатки отличаются сложностью формы, высокой геометрической точностью и высоким качеством поверхности. Производство таких лопаток в настоящее время осуществляется с применением заготовок с малой величиной припуска. Однако из-за малой жесткости лопаток, отсутствия развитых поверхностей для точного базирования исключается возможность механических методов обработки. В этих условиях эффективным становится применение в технологическом процессе (ТП) изготовления пера лопаток электрохимической обработки (ЭХО), как окончательной формообразующей операции. В настоящее время в силу не достаточной точности ЭХО не удается использовать ее на окончательных этапах обработки профиля пера, и на производстве лопаток широко используется ручная доработка профиля, составляющая до 30% всей трудоемкости изготовления лопаток /5, 6/. При использовании ручного труда не только возрастает стоимость изделия, но и снижается ресурс и надежность его работы из-за значительной зависимости качества поверхности деталей от индивидуальных особенностей рабочего, его квалификации, трудовых навыков и состояния, в котором он находится /7, 8,9/.

Внедряемая в данный момент технология изготовления компрессорных лопаток, заготовки которых получены методом высокоскоростной штамповкой, включает однократную окончательную электрохимическую обработку пера от окончательно механически обработанного замка, как от базы. Данная технология позволяет существенно сократить трудовые затраты на изготовление лопаток и длительность производственного цикла. Для повышения точности ЭХО необходимо проведение трудоемких комплексных экспериментальных исследований по оптимизации процесса электрохимической размерной обработки пера, на специальных образцах и натурных лопатках. Затраты на проведение данных исследований составляют наибольшую долю от этих затрат на отработку технологии изготовления лопаток. В данной работе разработана методика компьютерного моделирования процесса электрохимической обработки пера лопатки, которая в будущем может существенно сократить объем экспериментальных исследований при подготовке производства. Данная методика в отличие от существующих, включает частные модели процессов, соответствующих электрохимическому формообразованию пера, и явлениям, вызывающим отклонение его от номинального положения: от действия нагрева технологическим током, и деформирования пера силовыми факторами. Данная методика и модели были положены в основу разработанного автоматизированного рабочего места технолога операций электрохимической обработки «АРМ технолога ЭХО».

АРМ технолога ЭХО» позволит: снизить затраты на освоение изделия за счет повышения глубины проработки технологии при многовариантном проектировании и моделировании электрохимической обработки (процесса растворения припуска заготовки на операции); резко сократить дорогостоящие экспериментальные исследования; и время разработки и внедрения новой технологии обработки лопаток компрессора методом электрохимической обработки.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Разработана теоретико-экспериментальная модель формообразования пера лопатки при импульсной ЭХО, учитывающая основные особенности данного процесса и позволяющая определить изменение геометрии заготовки по всем заданным в рабочем чертеже точкам профиля.

2. Разработана методика определения деформации заготовок лопаток возникающих на операции ЭХО под действием термоупругих напряжений, которые моделируются с использованием ПК ANSYS. Установлено, что величина и характер деформации пера в значительной мере зависит от геометрических характеристик лопаток - это площадь торцевой поверхностей замков, по которым осуществляется токоподвод, длина лопатки и площади профилей поперечного сечения пера, которые оказывают значительное влияние на жёсткость заготовки. Показано, что максимальные деформации на лопатках ротора компрессора наблюдаются на входной и выходной кромке, и локализованы на расстоянии 15-20% от длины лопатки ближе к переферийным сечениям. Устранены прижо-ги по входной выходной кромкам за счет решения термоупругой задачи и оптимизации плотности тока.

3. Разработана методика определения деформации деталей возникающих на операции импульсной ЭХО под действием гидравлических сил, которые моделируются с использованием ПК FLUENT и ПК ANSYS. Установлено влияние гидродинамических сил со стороны потока электролита на точность операции ЭХО при влиянии различных параметров. Устранены застойные зоны и КЗ за счет изменения гидродинамики потока электролита

4. Разработана методика определения деформации деталей при удалении напряженных слоев на операции импульсной ЭХО с использованием осредненных эпюр остаточных напряжений и ПК ANSYS. Установлено влияние структуры технологического процесса на распределение остаточных напряжений в пере лопаток ГТД после ЭХО. Было установлено, что максимум деформации, получаемый при снятии припуска на операции ЭХО под действием остаточных напряжений локализован на входной и выходной кромке, за счет чего было снижено количество брака по точности обработки лопаток на операциях ЭХО под действием остаточных напряжений.

5. Разработана методика проектирования окончательной обработки лопатки с применением окончательной однократной электрохимической обработки пера с учетом деформаций пера, вызванных нагревом, силовым воздействием гидравлических сил, а также деформациями от остаточных напряжений.

6. Для практического проектирования технологии ЭХО разработан и внедрен в производство программный комплекс «АРМ технолога ЭХО», который позволил: снизить затраты и время на подготовку производства технологии ЭХО, повысить эффективность ТП за счет качества отработки ТП.

7. Оптимизирована конструкция оснастки за счет ее объемного моделирования.

8. .

1. Семенченко И. В. Совершенствование технологических процессов механической обработки лопаток ГТД. Прилож. к Авиационной промышленности, 1976, с. 14-17.

2. Павлов А. Ф. Особенность построения технологического процесса механической обработки крупногабаритных лопаток ГТД. Авиационная промышленность, №5, 1981, с. 36-38.

3. Крымов В.В., Елисеев Ю.С., Зудин К.И. Производство лопаток ГТД. М.: Машиностроение/ Машиностроение Полет, 2002. - 375с.

4. Головачев В.А. и др. Электрохимическая размерная обработка деталей сложной формы. М., изд-во «Машиностроение» 1969,стр.198

5. Жирицкий Г. С., Локай В. И., 5. Хотилин А. И., Шитарев И. JL Снижение объема ручных работ при изготовлении лопаток компрессора и турбины. Авиационная промышленность, 1979, №4, с. 14-17.

6. Сулима A.M., Евстигнеев М.И. Качество поверхностного слоя и усталостная прочность деталей из жаропрочных и титановых сплавов.- М.: Машиностроение,1974.255с.

7. Ящерицын П.И. Технологическая наследственность и эксплуатационные свойства шлифованных деталей.- Минск.; Наука и техника, 1971.210с.

8. Дальский A.M. Технологическое обеспечение надёжности высокоточных деталей,- М.: Машиностроение, 1975, 170с.

9. Ящерицын П.И., Рыжов Э.В., Аверченков В.И. Технологическая наследственность в машиностроении,- Минск.: Наука и техника, 1977, 256с.

10. Скубачевский Г. С. Авиационные газотурбинные двигатели. М.: Машиностроение, 1974. с. 66-75.

11. ОСТ 1.02571-86. Лопатки компрессоров и турбин. Предельные отклонения размеров, формы и расположения пера. М.: Изд-во стандартов, 1986. - 36 с.

12. Максутова М. К., Стрункин В. А. Газовые турбины двигателей летательных аппаратов. М.: Машиностроение, 1971. - 410 с.

13. Дмитрик Г. Н., Пясик И. Б. Надежность механических систем. М.: Машиностроение, 1966. - 210 с.

14. Дальский А. М. Технологическое обеспечение надежности высокоточных деталей. Минск: Наука и техника, 1975. - 170 с.

15. Ящерицын П. И., Рыжов Э. В., Аверченков В. И. Технологическая наследственность в машиностроении. Минск, 1977. - 256 с.

16. Белянин П. Н. Технология оборудования для производства широкофюзеляжных самолетов в США. М.: Машиностроение, 1979. - 180 с.

17. Бородин В. В., Уваров J1. Б., Шаров С. И., Николаев О. А. Определение эффективных областей применения технологических процессов изготовления лопаток компрессора ГТД. М.: НИИМАШ, 1983. №2, с. 2-5.

18. Петруха П. Г. Резание труднообрабатываемых материалов. М.: Машиностроение, 1972. с. 87.

19. Кривоухов В.А., Чубаров А.Д. Обработка резанием титановых сплавов,- М.: Машиностроение, 1970,-184с.

20. Трусов В.Н., Урывский Ф.П., Барвинок В.А. Исследование качества поверхностного слоя титановых сплавов,- Известия ВУЗов. Сер. Машиностроение, 1979, И, С.98-100.

21. Технологические остаточные напряжения. Под ред. д-ра т.н. проф. A.B. Подзея.-М.: Машиностооение, 1973,216с.

22. Седыкин В. Ф., Панов Г. Н. К вопросу об управлении процессом размерной электрохимической обработки. Размерная электрохимическая обработка деталей машин. Тезисы докл. IV Всесоюзной конф. Тула, 1975. - Ч. I.e. 126-134.

23. А. с. 155713 СССР, МКИ3 кл. 48А 1/10. Способ размерной электрохимической обработки фасонных поверхностей/И. И. Баенко и др. (СССР).

24. А. с. 187125 СССР, кл. 48А 1/10. Способ регулирования межэлектродного промежутка при электрохимической обработке/Б. И. Морозов. (СССР)

25. А. с. 260787 СССР, кл. 48 А1/04. Способ размерной электрохимической обработки металлов/Б7 И. Морозов. (СССР)

26. А. с. 205489 СССР, кл. 48А 1/00. Способ размерной электрохимической обработки/А. А. Вишницкий. (СССР)

27. А. с. 323243 СССР, МКИ3 В23Р 1/04. Способ электрохимической размерной обработки/Л.Б. Дмитриев, В.Г. Шляков, Г. Н. Панов, В. В. Любимов, Л. Б. Шейнин. (СССР).

28. Петров Ю.Н. Корчагин Т.Н., Зайдман Т.Н., Саушкин Б. Л. Основы повышения точности электрохимического формообразования. Кишинев: Штиинца, 1977. 150 с.

29. Дмитриев Л.Б. О возможности повышения точности электрохимического формообразования: Сб. тр.//Технология машиностроения/ТПИ. Тула, 1977. - вып. 13. -С. 176-178.

30. Дядищев А. М. Электрохимическая обработка пера турбинных лопаток на малых МЭЗ: Сб. тр.//Технология машиностроения/ТПИ. Тула, 1977. - вып. 13. - С. 176-178.

31. А. с. 423597 СССР, МКИ3 В23Р 1/04. Устройство для электрохимической обработки деталей сложной формы/А. И. Ураков, Р. Хакимов, А. М. Худяков, М. Г. Дребезгин (СССР).

32. Корсаков B.C. Точность механической обработки. М.: Машгиз, 1961,257

33. Электрохимическая размерная обработка деталей сложной формы. Головачёв В.А., Петров Б.И., Филимошин В.Г., Шманёв В.А.-М.: Машиностроение, 1969,- 200с.

34. Петров и. Н., Корчагин Г.Н., Зайдман Г.Н., Саушкин Б.П. Основы повышения точности электрохимического формообразования. Кишинёв, Штинца., 1977, 152 с.

35. Журавский А.К. К вопросу повышения точности электрохимической обработки деталей. В кн.: Вопросы совершенствования технологии производства машин. Уфа, 1968, вып.П, с. 6-9.

36. Васильев Д.Т, Основы размерной электрохимической обработки металлов. В кн.: Электрофизические и электрохимические методы обработки материалов, - М., 1966.260с.

37. Васильев Д.Т. Теоретические основы распределения припуска на заготовках деталей сложной формы. Автореф. дисс. на соиск. учён. степ. докт. техн. наук, М., 1969,35 с.

38. Мирзоев Р.А., Исследование электродных процессов и свойств приэлектродных слоев при ЭХРО.- Диссертация на соискание учёной степени канд. техн. наук." М., 1970, 159 с.

39. Давыдов А. Д., Каримов А.Х., Вороненке A.M. Влияние структуры сталей на их анодное растворение. Электронная обработка материалов, 1974, №4, с. 19-23.

40. Седыкин Ф.В. и др. Исследование анодного выхода по току с применением постоянного и импульсного напряжения. В кн.: Технология машиностроения. Тула, 1975, вып.39, с.7-14.

41. Давыдов А.Д., Кабанов Б.Н. Роль рН электролита при электрохимической размерной обработке. Электронная обработка материалов. 1974, №2, с. 10-15.

42. Давыдов А.Д., Кащеев В.Д. Влияние состава, рН, температуры электролита на анодное поведение металлов при высоких плотностях тока,- В кн.: Размерная электрохимическая обработка. Тула, 1969, с.26-33.33.

43. Бородин В.В., Уваров Л.Б., Шаров С.И. Определение неравномерности распределения электрического потенциала при размерной ЭХО лопаток газотурбинных двигателей, Электрофизические и электрохимические методы обработки. М., 1981, PI2, с.3-5.33.

44. Байсупов И.А. Исследование некоторых особенностей размерной электрохимической обработки турбинных лопаток предельной длины. Диссертация на соискание учёной степени канд. техн. наук. - Тула, 1974,156 с. 36.

45. Крашенинников К.П., Потапова Н.И., Смирнов Г.В. Влияние погрешностей геометрических параметров на точность ЭХО пера крупногабаритных лопаток. В кн.: Технологические методы повышения качества изготовления деталей авиадвигателей. - Куйбышев, 1980,12-17.

46. Волков Ю. С. и Мороз И. И. Математическая постановка простейших стационарных задач электрохимической обработки металлов. Электронная обработка материалов, 1965, № 5-6, с. 59-64.

47. Щербаков JL М., Седыкин Ф. В., Королев О. И. К теории формообразования поверхностей электрохимической обработкой. Электронная обработка материалов, 1966, №3, с. 43.

48. Волков Ю. С. и Мороз И. И. Решение простейших стационарных задач электрохимической обработки металлов. Электронная обработка материалов, 1966, № 4, с. 67-73.

49. Мирзоев Р. А. Исследование электродных процессов и свойств приэлектродных слоев при ЭХРО. Автореф. канд. дис. М., 1970.

50. А.П. Толстоногое, Н.Д. Кадышев: Расчет теплообменника газотурбинного двигателя: Методические указания, Куйбышев, 1986.

51. Теплопередача: Учебник для вузов/ В.П. Исаченко, В.А. Осипова, A.C. Сукомел. 4 е. изд. Перераб. И доп. - М. Энергоиздат, 1981,- 416с. ил.

52. Белов И.А., Кудрявцев H.A. Теплоотдача и сопротивление пакетов труб. — JL: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1987. -223с., ил.

53. Купершток П.Н., Кузнецов А. С., Кердман И. Т. О деформациях рабочих лопаток последних ступеней паровых турбин при механической обработке. -Энергомашиностроение: М., 1967, №1, с.31-35.

54. Куприянов B.C., Мамаев B.C. Расчёт припусков на обработку лопаток стационарных турбин, Энергомашиностроение: М., 1975, №7,с. 25-27.

55. Шахурин В.Н. Деформации пера лопаток турбины в процессе механической обработки. В кн.: Производство лопаток двигателей. М., Оборонгиз, 1957, №3, с.З-27.

56. Рахмарова М.С., Мирер Я. Г. Влияние технологических факторов на надёжность лопаток газовых турбин. М.,: Машиностроение, 1966, 224с.

57. Мамаев B.C., Котельников А.И., Тян М.А., Усачев Ю.И. Точность обработки лопаток стационарных турбин. Энергомашиностроение, №2, 1976, с. 29-32

58. Фёдоров И.М., Овсеенко А.Н. Влияние Остаточных напряжений в заготовках на коробление турбинных лопаток в процессе обработки. Вестник машиностроения, 1966, №7. с. 52-55.

59. Лунев А.Н. Технология автоматизированного формообразования шлифованием крупногабаритных лопаток осевых компрессоров газотурбинных двигателей. Автореферат докторской диссертации. Казань. 1996.

60. Остаточные напряжения и точность обработки маложестких деталей из нержавеющих сталей и титановых сплавов, В кн.: Исследование обрабатываемости жаропрочных и титановых сплавов. Куйбышев, 1976, вып. 3, с. 196-205.

61. Овсееенко А.Н., Филипович А.Н., Кузюшин В.К. Анализ деформаций длинных лопаток в процессе их изготовления, Энергомашиностроение, 1974, №2, с.29-30.

62. Тэхт В.П., Купершток П.Н. Остаточные напряжения при различных видах механической обработки, применяемой для изготовления турбинных лопаток. -Энергомашиностроение, 1966, №12, с.27-31.

63. Исаев А.И., Овсеенко А.И. Определение остаточных напряжений и деформаций компрессорных и турбинных лопаток. Энергомашиностроение, 1968, №8, с.31-34.

64. Купершток С.Н., Петров В.П. Расчет остаточных деформаций турбинных лопаток. Энергомашиностроение, 1968, №1, с.38-40.

65. Овсеенко А.Н. Расчет остаточных деформаций турбинных и компрессорных лопаток переменного сечения с закруткой. Энергомашиностроение, 1973, №2, с. 2831.

66. Промптов А.И. Расчет остаточных деформаций изгиба и закручивания по остаточным напряжениям. В кн.: Исследование обрабатываемости жаропрочных и титановых сплавов. Куйбышев, 1976, вып. 3, с. 187-192.

67. Кузюшин В.Н. Расчет остаточных изгибных деформаций лопаток последних ступеней мощных паровых турбин.-Энергомашиностроение,1976,№4, с.8-10.

68. Купершток С.Н., Петров В.П. Изменение закрутки турбинных лопаток под действием остаточных напряжений. Энергомашиностроение, 1969, №12, с. 31-33.

69. Букатый С.А. Исследование деформаций деталей, возникающих после обработки поверхностей. Диссертация на соискание ученой степени канд. техн. наук. Куйбышев, 1977,208 с.

70. Кочетков H.H., Подъемщиков Е.К., Якушин И.А. Технологические условия уменьшения коробления деталей при фрезеровании. Авиационная промышленность. 1971, №9, с.50-51.

71. Кивко А.И., Щевцов И.А., Куприянова Л.Ш. Правка лопаток компрессора из титанового сплава ВТ9 на режимах старения. Авиационная промышленность. 1975, №4, с.34-35.

72. Рыкалин H.H., Поодзей A.B., Новиков H.H., Логинов В.Е. Расчет и моделирование температурного поля в изделии при шлифовании и фрезеровании. Вестник машиностроения, М., №11, с.27-32.

73. Шлифование пера крупногабаритных лопаток ГТД из заготовок с малыми припусками / Ф.С. Юнусов, А.Н. Лунев, А.Ф. Лунев, А.Ф. Павлов, В.Ю. Зыков. Авиационная промышленность. 1983. №1. С.13-14.

74. Смирнов Г.В. Автореферат докторской диссертации. Самара.2005

75. Фадеев А.В Автореферат кандидатской диссертации. Самара .2004.

76. Волков Ю.С, Мороз И.И. Решение простейших стационарных задач электрохимической обработки металлов. «Электронная обработка материалов» АН СССР № 4, 1966.

77. Крашенинников К.П., Попов Л.С., Смирнов Г.В. Расчёт температуры в контактедеталь-токоподвод при ЭХО лопаток из титановых сплавов, В кн.: Электрохимическая обработка. Куйбышев, 1976, вып. 63, с.32-38.

78. Смирнов Г.В., Дмитриева И.Б., Файницкий Ю.Л. К вопросу о нагреве пера при ЭХО лопаток ГТД(статья): Сб. Теория и практика обработки деталей авиадвигателей прогрессивными ЭХ и ЭФ методами на стадии создания и освоения новых изделий. Куйбышев, 1982.

79. Смирнов Г.В., Шманев В.А., Филимошин В.Г. К вопросу о нагреве лопаток при электрохимической обработке(статья): Сб. Электрохимическая обработка в производстве деталей авиадвигателей. Куйбышев: КуАИ, 1981.

80. Гнидин В.И., Костин A.C. Электролит для размерной электрохимической обработки. A.c. № 1000210. Бюл.№ 8.1983.

81. Корнилов Э.Н., Лунков Е.И. Электролит для размерной электрохимической обработки. А.с.№1278136, Бюл. № 47 1986.

82. Давиденков Н.И. Измерение остаточных напряжений в трубах. ЖГФ, Л., 1931, том, вьш.1, с.5-17.

83. Зайдман Г.Н., Корчагин Г.Н. Ограничение возможности повышения производительности электрохимической размерной обработки металлов. В кн.: Электродные процессы и технология электрохимической размерной обработки металлов. Кишинев: Штиинца,1974.с.82-92.

84. Корчагин Г.Н. Моделирование стационарного и нестационарного процессов электрохимической размерной обработки деталей с длинномерными межэлектродными каналами. В кн.: Электрохимическая размерная обработка материалов. Кишинев:1. Штиинца,1974.с.82-92.

85. Смирнов Г.В., Смелов В.Г. Математическое моделирование процесса электрохимической обработки(статья). / Вестник СГАУ серия: Проблемы и перспективы развития двигателестроения, часть 1. СГАУ, 2003

86. Павлов В.Ф., Иванов С.И., Коновалов Г.В., Минин Б. В. Технологические остаточные напряжения и сопротивления усталости авиационных резьбовых деталей.

87. М.: министерство авиационной промышленности, отраслевая библотека « Технический прогресс и повышение квалификации», 1992.

88. Смирнов Н. В., Дунин-Барковский И. В. Курс теории вероятностей и математической статистики для технических приложений. М.: Наука, 1969. - 511 с.

89. Корчагин Г.Н., Мингазетдинов И.Х., Петров В.А. Исследование гидродинамики при электрохимической обработке длинномерных деталей. Электронная обработка материалов.- 1972.№4 с.3-5.

90. Мыздриков A.M. и др. «Новое в электрофизической и электрохимической обработке материалов» под ред. Л.Я. Попилова. М.: «Машиностроение», 1972.

91. Проничев Н.Д., Шманев В.А., Влияние формы выпрямленного тока на качество поверхности титановых сплавов при ЭХО. //Межвузовский сборник КуАИ. -1974,с. 18-26.

92. A.c. 1522596 (СССР) Устройства для распределения припуска на заготовках крупногабаритных лопаток / Лунев А.Н., Б.Е. Евелеев, Ю.Г. Красильников и др. 1989.

93. A.c. 1605455 (СССР) Устройства для распределения припуска на заготовках лопаток ГТД / Лунев А.Н., Б.Е. Евелеев и др. 1989.

94. Математическое моделирование процесса ЭХО лопаток ГТД : метод, указания / Сост.: Л.А Анипченко., В.Н Бородин, М.В. Нехорошее, Е.А. Рамзаева, В.Г. Смелов, О.С. Сурков, А.И. Хаймович. Самара: Изд-во Самар. гос. аэрокосм, ун-та, 2006. -47 с.

95. Математическое моделирование процесса ЭХО лопаток ГТД : метод, указания / Сост.: Л.А Анипченко., В.Н Бородин, М.В. Нехорошее, Е.А. Рамзаева, В.Г. Смелов, О.С. Сурков, А.И. Хаймович. Самара: Изд-во Самар. гос. аэрокосм, ун-та, 2006. -47 с.

96. Смелов В.Г., Смирнов Г.В. Моделирование Остаточных напряжений и процесса ЭХО заготовок. Сборник тезисов докладов Всерос. ВНК «VII- Королевские чтения», стр 86-87. Самара:, 2003.,

97. Шитарев И.Л., Проничев Н.Д., Смирнов Г.В., Смелов В.Г. Математическое моделирование процесса электрохимической обработки методом конечных элементов. Материалы работы 5-й междунар. науч. техн. конф. Авиация и космонавтика 2006 (Москва, 2006)

98. Смирнов Г.В., Проничев Н.Д., Андреев В.А., Огаджанян Ф.Х. Тепловые деформации при ЭХО компрессорных лопаток. / Тезисы докладов международной Н.Т. конференции, посвященной памяти акад. Н.Д. Кузнецова. СГАУ, 2001.

99. Смирнов Г.В., Шитарев И.Л., Проничев Н.Д. Силовое воздействие электролита и его влияние на точность электрохимического формообразования пера лопаток компрессора (тезисы). / Тезисы докладов международной Н.Т. конференции. СГАУ, 2001.

100. Смирнов Г.В., Фадеев А.Ю., Шитарев И.Л., Проничев Н.Д., Оганджонян Ф.Х. Повышение качества малоразмерных лопаток ГТД в процессе их изготовления (статья). / Вестник СГАУ серия: Проблемы и перспективы развития двигателестрое-ния, часть 2. СГАУ, 1999.

101. Смирнов Г.В. Повышение точности размеров второго рода при двухсторонней эхо пера лопаток с помощью модернизации схемы обработки(статья). / Депон. во ВИНИТИ, 2004

102. Смирнов Г.В., Шитарев И.Л. Фадеев А.Ю., Проничев Н.Д. Повышение качества поверхностного слоя при импульсной электрохимической обработке хромоникелевых сплавов (тезисы). /Тезисы докладов международной НТ конференции, Самара, 1997.