Изготовление основных деталей авиационных двигателей.

Изготовление основных деталей авиационных двигателей.

Технологических схемы обеспечения точности изготовления деталей.

I схема

W_∑=W_O1+W_O2

W₀ – точность обработки

W – поле рассеивания

 

II схема

W_∑=W_y2+W_O1

 

III схема

W_∑=W_y1+W_y2+W_O1+W_O2

 

IV схема

W_∑=W_y1+W_y2+W_Б+W_O1+W_O2

W_Б – погрешность базирования

Анализ 4-х технологических схем показывает, что наиболее высокая точность может быть достигнута при обработке с одной установки (1 схема), т.к. погрешность установки не влияет на анализируемый размер.

2-я схема обеспечивает меньшую точность, т.к. суммарная погрешность включает одну погрешность, связанную с установкой. Для повышения точности необходимо использовать наиболее точную оснастку.

При обработке по 3-й схеме точность снижается, т.к. суммарная погрешность включает 2 погрешности установки.

При обработке по 4-ой схеме точность снижается за счет смены установочной базы, т.к. в суммарную погрешность необходимо включить погрешность базирования, т.е. взаимное смещение осей, которое имелось между базовыми поверхностями.

Рассмотренные 4 технологические схемы являются универсальными и реализуются при обработке любых деталей и поверхностей.

Технология изготовления валов.

Конструкция, технические требования, материалы.

Валы авиадвигателей являются ответственными деталями, т.к. работают при высоких оборотах и испытывают динамические, знакопеременные нагрузки. По типоразмерам валы могут быть короткими, жесткими, малого диаметра, с длиной до 2,5 метров. Все эти валы пустотелые и имеют сложную конфигурацию внутренних и наружных поверхностей, т.к. их сечение сформировано из условий разнопрочности.

Валы имеют элементы для передачи крутящего момента (шлицевые и зубчатые венцы), а также посадочные пояски с радиальными и осевыми отверстиями под штифты.

Конструкторскими базами вала являются шейки под подшипники, иногда посадочные пояски. Рабочие поверхности – шлицевые и зубчатые венцы, посадочные пояски и опорные торцы.

Точность взаимного расположения конструкторских и рабочих поверхностей 2-4 стоки, о точность самих поверхностей 5-7 квалитет, шероховатость 1,25-0,08 мкм.

Валы ГТД изготавливаются из материалов 3-х групп:

o термоулучшаемые,

o цементируемые,

o азотируемые.

40ХНМА HR_C – 38-42

18ХНВА HR_C – 58-60

12ХНЗА HR_C – 58-60

38ХМЮА HR_C – 65

Выполнение основных операций.

Диски обрабатываются на токарно-карусельных и токарно-лобовых станках. Получистовая и чистовая обработка проводится с использованием проверочной установочной базы с выверкой по индикатору. Подробно рассмотрим операции обработки точных отверстий и пазов диска.

Обработка точных отверстий.

Отверстия обрабатываются на радиально-сверлильных станках по накладному зеркальному кондуктору. При этом выдерживаются следующие размеры: диаметр отверстий, обеспечивается инструментом в 4-е перехода: сверление, зенкерование, 2-а развертывания (Н5); смещение от номинального положения обеспечивается тем, что в качестве установочной базы используется конструкторская база диска (Æ d1, поверхность А), а установочная поверхность кондукторной плиты имеет высокую точность (пункт 4 требований). Точное совмещение осей отверстия в диске с осью отверстия на проставке обеспечивается тем, что отверстие в проставке обрабатывается по этому же кондуктору, При установке кондуктора по d2. Точное угловое расположение отверстий обеспечивается точностью кондуктора и использованием фиксатора 16.

Обработка пазов

Протягивание пазов. В дисках компрессора формируются замки типа «ласточкин хвост» или «ёлка». Пазы обрабатываются главным образом методом протягивания, на горизонтально – протяжных или вертикально - протяжных станках.

 

 

При протягивании пазов выдерживаются следующие размеры:

1. все размеры пазов обеспечиваются инструментом;

2. размер от оси детали до паза обеспечивается за счет выбора в качестве установочной конструкторской базы и точной настройки протяжного станка по размеру α;

3. смещение пазов от номинального положения обеспечивается настройкой станка и настройкой блока протяжек;

4. точность по шагу пазов обеспечивается точностью делительного устройства, приспособления (фиксатор 15) и обработкой пазов через 1;

5. точность по углу наклона паза обеспечивается настройкой приспособления;

6. размер, связывающий положение пазов относительно отверстий, обеспечивается за счет использования в приспособлении установочного пальца и настройки приспособления. После настройки приспособления на заданный типоразмер диска протягивается образец и контролируется.

Обработка зубчатых колес

В двигателе используется большое количество зубчатых передач, которые работают при высоких оборотах и высоких нагрузках; имеют минимальную массу, т.е. сложную конфигурацию, а также высокое качество всех поверхностей, что обеспечивает высокую надежность. Широко применяются азотируемые и цементируемые зубчатые колеса.

Классификация зубчатых колес самостоятельно.

Конструкция, технические требования, материалы

В двигателях применяются зубчатые колеса, выполненные совместно с валами (вал - шестерня), применяются блоки шестерен (2, 3 шестерни из одной заготовки), 2 – 3 венца в одной детали. Конструкторские детали: посадочные отверстия, - по которым шестерня сажается на вал, шейки под подшипники, рабочие поверхности – зубчатые венцы. Для зубчатых колес применяются материалы трех групп:

1. термоулучшаемые (38ХВА);

2. цементируемые (18ХНВА, 12ХМ3А);

3. азотируемые (38ХНМЮА).

 

Точность зубчатых колес

Зубчатые колеса являются ответственными и сложнопрофильными деталями, их точность характеризуется рядом геометрических параметров:

 

1. точность по углу расположения зуба;

2. w_ε - биение делительной окружности относительно оси вращения;

3. w_φ – точность по углу расположения зуба;

4. w_t0 – точность по шагу;

5. w_f – точность эвольвенты;

6. w_β – точность по углу наклона зуба.

На практике точность зубчатых колес задается комплексными параметрами: по ГОСТу установлено 12 степеней точности:

1. с 1 по 3 – сверхточные;

2. с 4 по 12 – точность снижается;

3. 4 – в приборах;

4. 5, 6, 7, 8 – в авиации.

Пример: СТ 5 – 6 - 5 - Е

5-я степень – оценивается степень кинематической точности величиной погрешности по углу поворота при полном обороте зубчатого колеса;

6-я степень точности по плавности хода оценивается величиной погрешности по углу поворота, многократно повторенной при полном обороте зубчатого колеса;

5 – точность по контакту зубчатых колес оценивается по величине площади пятна контакта;

Е – норма бокового зазора.

Нарезание зубчатого венца

Нарезание может проводиться методами копирования и методами обкатки. Методами копирования зубчатые колеса нарезаются на горизонтально-фрезерных или вертикально-фрезерных станках модульными фрезами с делительными приспособлениями. Модульные фрезы могут быть торцевыми или дисковыми. Они выпускаются в наборе до 16шт., т.к. при одном и том же модуле фрезы профиль впадины изменяется в зависимости от числа зубьев. Методы обкатки – нарезание червячными фрезами.

D = m·z

Нарезание червячной фрезы проводится на специальных зубонарезных станках. Фреза устанавливается под углом равным углу наклона подъема спиральной фрезы с учетом угла наклона зуба зубчатого колеса.

Мелкомодульные колеса нарезаются за один проход. Крупномодульные - за два прохода. Фреза имеет движение врезания и движение вращения, а также движение вдоль образующей заготовки. Заготовка вращается и находится в зацеплении с фрезой. Нарезаются колеса 7-8 степени точности. Высокая точность по шагу, ниже точность по профилю.

 

 

Притирка

Заготовка находится в зацеплении с тремя эталонами зубчатых колес, одно из них - прямозубое, два - косозубых с различным наклоном зуба. Притирка чаще всего чугунная.

Обкатка

Зубчатое колесо находится в зацеплении с тремя эталонными колесами из инструментальной стали, два из них – косозубые.

Приработка

Два зубчатых колеса работают в паре и находятся на стенде.

Полирование

Применяется фетровое полирование, магнитоабразивное, электрохимическое.

Операция разметка

При изготовлении корпусных деталей из малоточных заготовок часто применяется операция разметка, т.е. выкраивание детали из заготовки. Необходимость в операции разметка должна обосновываться проведением размерных расчетов. Если эти вопросы не будут рассматриваться, то появится высокий процент брак по взаимному расположению обрабатываемой поверхности по величине припуска (недостаточно припуска). Введение таких операций существенно осложняет технологический процесс, т.е. это явление не желательно. Разметку проводит высококвалифицированный рабочий с использованием универсального и специального инструмента. На заготовки наносят разметочные риски и реперные точки.

 

Анализ, с помощью теории размерных цепей, возможности выполнения конструкторского размера Р (разностенность штуцера) показывает, что по принятой технологии без разметки точность размера Р не может быть обеспечена. Вводится операция разметка. Разметчик фиксирует ось отверстия в заготовке и наносит 2-е риски в соответствии с размером Кр₂. Одна риска настроечная (по ней устанавливается режущий инструмент), другая – контрольная на расстоянии 1мм в тело заготовки. Она остается на заготовке для контроля качества выполняемой операции механической обработки. Анализ точности обработки после разметки (уравнение 2) показывает, что точность, заданная в чертеже, может быть достигнута (уравнение 4).

Контроль лопаток

Контроль геометрии:

o точность профиля по корыту спинки;

o наклон оси профиля пера;

o смещение оси профиля пера относительно оси замка;

o разворот профиля.

Контроль проводится на оптических приборах типа ГОМКЛ, измерение производится специальными измерительными стержнями.

Виды сборочных единиц

1. сборочные единицы могут быть конструктивными, если они выполняют заданную функцию
2. технологическая сборочная единица отвечает требованиям независимости сборки;
3. конструктивно-технологические сборочные единицы отвечают первым двум условиям. Такие сборочные единицы называются модулями.

Модульное конструирование изделий является наиболее прогрессивным, позволяет существенно сократить этап технической подготовки производства, широко использовать в изделиях унификацию элементов, существенно облегчает эксплуатацию изделий.

КСЕ – конструкторская сборочная единица;

ТСЕ – технологическая сборочная единица;

1 – передняя опора;

2 – компрессор;

3 – корпус камеры сгорания.

Разработка схемы сборки

Схема сборки может соответствовать схеме членения изделия или отличаться от нее. Схема сборки является важным технологическим документом, т.к. позволяет наглядно представить комплектование изделия, рационально построить производственный процесс, широко используя параллельные цепочки по сборке сборочных единиц различного уровня.

Организация сборочных работ

В сборочных цехах используются 2 формы организации сборочных работ: бригадная и операционная форма организации. Операционная может быть поточной и непоточной.

• Бригадная форма: каждое изделие, находящееся на сборке собирается одной бригадой. Все сборочные операции внутри бригады между членами разделяются условно. Достоинство такой формы организации: высокая гибкость трудового процесса, минимальные производственные площади. Недостатки: длительный производственный цикл, т.к. рабочее место 2 смены простаивает.
• Операционная форма: каждый специалист обслуживает 1 или 2,3 операции на одном рабочем месте. Наиболее производительная обработка обеспечивается при поточной сборке.

Метод пригонки

Применяется при обеспечении точности в многозвенных сборках. Практически обязательным является при сборке по 2 и более сборочным параметрам. Достоинствами метода является возможность обеспечения высокого качества сборки.

Недостатками метода являются:

• Повышается трудоемкость сборки;
• Необходимо иметь высококвалифицированных специалистов;
• Появляется опасность загрязнения сборочной единицы стружкой.

Сборка резьбовых соединений

При сборке резьбовых соединений основными параметрами, определяющими качество сборки, являются усилие затяжки и равномерность затяжки. Требуемое усилие затяжки обеспечивается использованием специальных моментных ключей. Эти ключи могут быть двух видов: предельные и динамометрические. Равномерность затяжки обеспечивается выбором схемы затяжки.

Сборка подшипников качения

Основным параметром, определяющим качество работы подшипника является радиальный зазор. Он нужен для размещения смазки, для компенсации теплового расширения при работе. Повышенный радиальный зазор увеличивает нагрузки на беговые дорожки и элементы качения. При работе подшипника беговые дорожки могут испытывать местную нагрузку, циркуляционную или колебательную. Наружное кольцо подшипника испытывает местные нагрузки, поэтому оно ставиться с min зазором, чтобы происходил его периодический поворот.

Внутреннее кольцо испытывает циркуляционные нагрузки, поэтому устанавливается с с натягом на вал. Если узел испытывает коле6ательную нагрузку, то оба кольца ставятся с натягом.

 

ε – радиальный зазор. ε ₁ > ε ₂ > ε₃

При сборке подшипниковых узлов радиальный зазор контролируют по величине качки ротора и корпуса.

Балансировка роторов

Для того, чтобы при вращении ротора не возникало вибрации подшипников, узел ротора должен быть сбалансирован. Применяются два вида балансировки: статическое и динамическое.

P = m∙R∙W², где

P - центробежная сила;

R – радиус.

Если ротор имеет неравномерную массу, то при вращении ротора возникает центробежная сила, приводящая к появлению вибрации.

Если ротор узкий(1 ступень), то его можно уравновесить в одной плоскости, т.е. может проводиться статическая балансировка. Для длинных роторов необходимо провести балансировку в двух плоскостях (динамическая балансировка). Для того, чтобы компенсировать изгибающий момент от действия центробежных сил.

В авиационных двигателях проводиться балансировка отдельно от всех элементов ротора (валов, ступеней всего компрессора и турбины). При балансировке для уравновешивания ротора снимается металл в заданных зонах или добавляются грузики.

Сборка ступеней компрессора

При сборке необходимо в пазы диска установить лопатки, при этом должны быть выполнены следующие технические требования:

1. обеспечить равенство масс или статических моментов для лопаток, расположенных в диаметрально противоположных пазах;
2. обеспечить натяг 0,02-0,03 мм по замку лопатки;
3. обеспечить биение не более 0,05 мм на рабочие поверхности;
4. обеспечить заданную балансировку.

 

Операция установки лопаток: все лопатки взвешиваются и распределяются по массе.

Натяг обеспечивается по методу пригонки, т.е в ведомость на данную ступень записываются размеры всех пазов и размер хвостовика лопатки, который необходимо обеспечить для данного паза.

Операция механическая обработка поверхностей 1,2,3 проводится на станках токарно-карусельных, токарно-лобовых. Ступень устанавливается по конструкторским базам на планшайбу с выверкой. При обработке поверхности (1) устанавливаются войлочные клинья между лопатками, или лопаточная решетка переплетается резиновыми жгутами. Затем проводят токарную обработку на мягких режимах.

Операция балансировка.

Проводится статическая балансировка на ножах или динамическая балансировка на специальных балансировочных машинах.

Сборка ступеней турбины

Проводится так же, как и у компрессора, но лопатки устанавливаются с зазором по замку типа “елка”.

 

 

Сборка ротора компрессора

Технические требования на сборку (на картинке). Обеспечить радиальные зазоры А,1

 

Наиболее важным условием, определяющим КПД компрессора, является обеспечение min зазора А₁. При сборке ротора компрессора необходимо обеспечить диаметры D_i по каждой ступени на определенном расстоянии L_i от радиально упорного подшипника, определяющего взаимное расположение ротора.

Это требование обеспечивается при механической обработке собранного ротора. Ротор закрепляется по конструкторским базам, лопаточные венцы переплетаются резиновым жгутом. Для ротора проводится динамическая балансировка. Дисбаланс устраняется установкой грузиков в двух плоскостях по гайке крепления.

 

Изготовление основных деталей авиационных двигателей.