РПЗ Раздел 2 (Технологический процесс изготовления вала-шестерни КНД газотурбинного двигателя)

Раздел 2.Разработка технологического маршрута изготовления детали

2.1 Назначение детали «Вал шестерня» в узле, принцип ее работы

Коробка двигательных агрегатов (КДА) газотурбинного двигателя (ГТД) предназначена для передачи крутящего момента от центральной конической передачи (ЦКП) на агрегаты, обслуживающие системы двигателя и выносной коробки агрегатов (ВКА), а также передачи крутящего момента от ВКА на агрегаты двигателя и на вал ротора высокого давления (РВД) для его раскрутки при запуске двигателя.

Конструктивно КДА представляет собой коробку передач, состоящую из ряда цилиндрических и одной пары конических шестерен, размещенных в литом корпусе. КДА крепится в верхней части двигателя к промежуточному корпусу компрессора с помощью двух кронштейнов.

В качестве объекта рассматривается шестерня, которая предназначена для передачи крутящего момента в КДА от вертикальной рессоры, вращающейся от вала КНД.

Данная шестерня находится в масляной ванне с рабочей температурой 160...180 ºС.

В процессе работы двигателя, данная шестерня испытывает большие нагрузки, вибрации и скорость вращения до n=2670 мин^-1.

Исходя из условий эксплуатации, материалом для данной детали наиболее подходит сталь 16Х3НВФМБ-Ш (ДИ39), относящаяся к теплостойким легированным сталям.

Анализ технических требований и выявление технологических задач, возникающих при изготовлении детали

Данная деталь – тело вращения с соотношением L/D>2, из чего следует, что данная деталь может быть отнесена к классу валов. Наружная поверхность – цилиндрическая со ступенями и уступами, имеется зубчатая поверхность и шпоночный паз.

Минимальный квалитет обработки IT5, максимальный IT12 – 6 отверстий d=11мм. Самые точные поверхности выполнены с шероховатостью Ra 0,2 мкм – наружная цилиндрическая поверхность со стороны шлицев.

К основным технологическим задачам относится обеспечение допусков:

- биения от 0,01 до 0,03;

- симметричности;

- пересечения.

Материал детали - сталь 16Х3НВФМБ-Ш хорошо деформируется в горячем состоянии. Температурный интервал деформации 900...1160С.

Материал имеет высокую температуру отпуска Т=450…470^оС, что позволяет сохранять прочностные свойства при высоких температурах. Сплав обладает коррозионной стойкостью, он устойчив в щелочных, кислотных и масляных средах.

Разработка схем контроля заданных требований

На чертеже задано торцевое биение не более 0,01 мм для плоского торца, расположенного на левом выступе для посадки на него шестерни относительно базы Б (Рисунок 1). При контроле данного требования используется индикатор часового типа ИЧ-1 с ценой деления 0,001 мм.

Рисунок 1.1

На наружной цилиндрической поверхности задано биение не более 0,05 мм относительно базы Б (Рисунок 1.2). При контроле данного требования используется индикатор часового типа ИЧ-1 с ценой деления 0,001 мм.

Рисунок 1.2

Также есть допуск на биение другой наружной цилиндрической поверхности не более 0,02 мм относительно базы Б (Рисунок 1.3). При контроле данного требования используется индикатор часового типа ИЧ-1 с ценой деления 0,001 мм.

Рисунок 1.3

Кроме того, задан позиционный допуск на 6 отверстий, равный 0,15 мм относительно базы Б (Рисунок 1.4). Контролируется данный допуск путем соединения эталонного приспособления из ровно расположенных 6 пальцев и отверстий детали. Зазор между деталью и приспособлением равен 0,5 мм. Позиционный допуск соблюдается в случае соединения пальцев с отверстия ми детали.

Рисунок 1.4.

2.2 Анализ технологичности конструкции детали

Качественные показатели

Качественная оценка технологичности детали показала достоинства и недостатки технологичности данной детали.

Достоинства заключаются в следующем:

1. наличие удобных базирующих поверхностей;

2. размеры вала допускают обработку необходимой точности, так как вал достаточно жёсткий;

3. есть возможность применения высокопроизводительных методов обработки;

4. все поверхности доступны для обработки;

5. рациональность простановки размеров;

6. назначение оптимальной точности размеров, формы и взаимного расположения поверхностей, параметров шероховатости и технологических требований;

Недостатки (конструктивно обоснованы, и не оказывают влияния на технологичность):

1. ступенчатая форма сквозного отверстия d=30мм;

2. использование специальных инструментов.

Количественные показатели

Анализ технологичности детали проводится по основным и вспомогательным коэффициентам. Из-за отсутствия данных расчет произведем по вспомогательным коэффициентам.

Коэффициент использования материала К_им:

где – масса детали 2,88 кг (исходя из анализа чертежа);

– масса заготовки 10,3 кг (рассчитана на основе данных плотности и геометрических размеров заготовки).

Деталь считается не технологичной, так как

Коэффициент шероховатости поверхностей

Количество поверхностей с соответствующей шероховатостью приведено в Таблице 1.1.

		Таблица 1.1
№ п/п	Значения, Ra	Количество поверхностей
1	6,3	9
2	3,2	45
3	1,6	8
4	0,8	1
5	0,4	47
6	0,2	1

,

где - средняя шероховатость поверхности, определяемая в значениях параметра Ra, мкм.

,

где Б – количество поверхностей соответствующего квалитета,

n – количество поверхностей.

Деталь технологична, так как

Коэффициент точности обработки

где А_ср. – средний квалитет точности;

А – квалитет обработки;

n – число размеров соответствующего квалитета.

,

 0,8  деталь технологична.

Данная деталь в целом технологична для мелкосерийного производства. Качественный и количественный анализ детали выявили ряд достоинств и недостатков. Все недостатки конструктивно обоснованы и не приводят к снижению технологичности.

2.3 Анализ материала детали

Деталь вал-шестерня КДА изготавливается из жаропрочного сплава 16Х3НВФМБ-Ш, который относится к группе легированных сталей. Материал имеет высокую температуру отпуска Т = 450…470 ^оС, что позволяет сохранять прочностные свойства при высоких температурах.

Сталь относится к мартенситному классу. Хромоникелевые стали обладают высокой пластичностью и вязкостью, хорошей прокаливаемостью, которая позволяет изготавливать нагруженные детали достаточно больших сечений до 100…160 мм. А введение вольфрама и молибдена устраняют отпускную хрупкость.

Одним из главных критериев для использования сплава 16Х3НВФМБ-Ш в авиационной промышленности является его:

- σ_в = 900 МПа – предел прочности;

- σ_0,2= 800 МПа – предел текучести;

- δ = 12 % – относительное удлинение.

Помимо этого сплав обладает коррозионной стойкостью. Он устойчив в щелочных, кислотных и масляных средах.

Первые цифры марки стали 16Х3НВФМБ-Ш обозначают среднее содержание углерода в стали (в сотых долях процента). Затем буквой указан легирующий элемент. Цифрами, следующими за буквой, его среднее содержание в целых единицах. При содержании легирующего элемента менее 1,5% цифры за соответствующей буквой не ставятся. Буква «Ш» в конце обозначения марки указывает на то, что сталь является особовысококачественной (электрошлакового переплава). Химический состав стали 16Х3НВФМБ-Ш представлен в таблице 1.2, а механические свойства в таблице 1.3.

Таблица 2.1

С	Si	Mn	Cr	Ni	W	V	Mo	Fe	S	P
									не более
0,14-0,19	0,6-0,9	0,4-0,7	2,6-3,0	1,0-1,5	1,0-1,4	0,35- 0,55	0,4- 0,6	Основание	0,02	0,03

Таблица 2.2

σв, Н/мм2	σт, Н/мм2	δ, %	ψ, %	KCU, Дж/см2	НВ (dотп), мм
1270	1130	10	50	64,0	3,0-3,2

Плотность материала составляет 7860 кг/м³.

2.4 Выбор и обоснование метода изготовления заготовки

При выборе заготовки для данной детали, назначаем метод ее получения, определяем конфигурацию, формируем технические условия на изготовление. Общие требования к заготовкам: они должны подвергаться механической обработке по возможности только по сопрягаемым поверхностям и иметь простую геометрическую форму с плавными переходами между сечениями.

Основные методы получения заготовок:

- литье;