Диссертация (Создание на основе CALS-технологий универсальнойавтоматизированной системы управления технологической подготовкой производства лопаток компрессора ГТД), страница 14

Из рисунков видно, как распределение напряжений на спинке близко краспределениюостаточныхнапряженийнакорыте,чтоуказываетнаудовлетворительное качество обработки.Количество исследованных образцов и полученных данных позволяетпровести статистическую обработку (табл. 12), определить доверительныйинтервал остаточных напряжений и оценить результаты исследования насоответствие нормам ЦИАМ – таблица 17.На поверхности профиля пера измерены благоприятные напряжения сжатиявеличиной 209 МПа, переходящие в растягивающие напряжения на глубине 12мкм.

Величина подслойных растягивающих напряжений не превышает 24 МПа.Средне квадратичное отклонение напряжений сжатия не превышает 70 МПa,напряжений растяжения - 10 МПа.103Таблица 12. Статистическая обработкарезультатов исследования.Глубина,мкм25102030405060708090100120спинка-197-101-1020232323222222212120Остаточные напряжения. МПакорытосреднее-221-209-80-90-3-72121242424242423242323222121212120212120Sx61701910877654333Лопатка компрессора 1 ступени. Для исследования представлены рабочиелопатки КНД 1 ступени, изготовленные методом скоростного фрезерования вколичестве 3 шт.Лопатки изготовлены по технологии фрезерования профиля пера на о.ц.Willemin-Macodel W-518TB.Режимы обработки:N=3000 об/мин (частота вращения шпинделя),F = 1500 мм/мин (минутная подача),шаг на строку 0,4 мм.Материал лопаток – ВТ3-1.Обработка результатов исследований проводилась аналогичными методамичто и для лопаток ВНА.На рис.

50 представлены усреднённые эпюры спинки и корыта трёх лопаток.Из рисунка видно, как распределение напряжений на спинке близко краспределениюостаточныхнапряженийудовлетворительное качество обработки.накорыте,чтоуказываетна104Остаточные напряжения, МПа0-100спинкакорыто-200-3000204060Глубина залегания, мкм80100120Рисунок 50 Усредненные эпюры остаточных напряжений.Остаточные напряжения, МПа0-100И 2245n=24-200нижняя и верхняя границыдоверительного интервала-3000204060Глубина залегания, мкм80100120Рисунок 51 Доверительный интервал остаточных напряжений.Количество исследованных образцов (12 шт.) и полученных данных (n=24)позволяет провести статистическую обработку (табл.3), определить доверительныйинтервал остаточных напряжений (рис. 51) и оценить результаты исследования(табл.

13) на соответствие нормам ЦИАМ (таблица 17).105Среднеквадратическое отклонение напряжений сжатия не превышает 55(норма до 80) МПа, напряжений растяжения – 10 (норма до 25) МПа.Таблица 13 Статистическая обработкарезультатов исследованияГлубина,мкм25102030405060708090100120Остаточные напряжения, МПаспинкакорытоSxсреднее-133-145-139-160-169-164-121-117-119-106-93-99-90-88-89-84-82-83-66-68-67-41-48-44-23-33-28-13-20-17-3-13-83-9-36-32553841333031282319181513104.5.1.3 Исследование образцов рабочих лопаток компрессора, полученныхметодом вальцевания.Лопатки 6-ой ступени компрессора. Для исследования представленылопатки р.к. №6 из сплава ВТ8 М1 в количестве 4-х штук.

Профиль пера выполненхолодным вальцеванием с финишной обработкой виброглянцевание.Обработка результатов исследований проводилась аналогичными методамичто и для лопаток ВНА.106100Остаточные напряжения, МПа0-100-200078.к139129нижняя и верхняя границынормирующего интервала-300-400-500-60001020304050Глубина залегания, мкм60708090Рисунок 52 Доверительный интервал остаточных напряжений.На поверхности профиля пера измерены напряжения сжатия величиной 366МПа, переходящие в растягивающие напряжения на глубине 23 мкм. Величинамаксимальных растягивающих напряжений 10 МПа.Таблица 14 Статистическая обработкарезультатов исследованияГлубина25102030405060708090И 6460_078к139129_среднее-366-284-94-13221-3-2-11границы нормирующегоинтервала-571-370-137-49-20-10-4-2001-125-133-131110131415151515107Лопатки 2 и 3 ступени компрессора.

Для исследования представленылопатки из сплава ВТ8 в количестве 3-х штук каждой из ступеней. Лопаткиизготовленыметодомхолодноговальцеваниясфинишнойобработкойвиброглянцеванием.Обработка результатов исследований проводилась аналогичными методамичто и для лопаток ВНА.По усреднённым значениям остаточных напряжений в поверхностном слоепера лопатки 2 ступени со стороны спинки присутствуют напряжения сжатиявеличиной -500 МПа, которые уменьшаются до нуля на глубине 20 мкм. Наглубинах, превышающих 20 мкм, напряжения не превышают 6 МПа.Результаты исследования в табличном виде приведены в таблице 15.глубина25102030405060708090100ВТ8_3_спинка-515-238-66332531750Таблица 15 Статистическая обработкарезультатов исследованияУсредненоВТ8_2_спинка ВТ8_1_спинка2 ступень-599-387-500-299-197-245-74-46-622-40143-1115556-7111664-52624-131На рис.53 представлены эпюры остаточных напряжений, исследованныхобразцов из лопаток 3 ступени.По усреднённым значениям остаточных напряжений в поверхностном слоепера лопатки 3 ступени со стороны спинки присутствуют напряжения сжатиявеличиной -355 МПа, которые уменьшаются до нуля на глубине 28 мкм.

Наглубинах, превышающих 28 мкм, напряжения не превышают 13 МПа.108Глубина25102030405060708090100НаТаблица 16 Статистическая обработкарезультатов исследованияУсредненоВТ8_6_спинка ВТ8_5_спинка ВТ8_4_спинка3 ступень-375-340-349-355-219-240-222-227-98-60-62-73-25-1-6-116-89220-5369-131-117-6138-2-51-22017913102822313рис.53 представлено сравнение усреднённых эпюр остаточныхнапряжений для поверхности пера лопаток 2 и 3 ступени.500-50Остаточные напряжения, МПа-100-150-200-250-300-350-4003 ступень 0780139126-4502 ступень 0780139125-500-550-6000102030405060Глубина залегания, мкм708090Рисунок 53 Усредненные эпюры остаточных напряжений.100109Таблица 17.

Проверка на соответствие нормам ЦИАМ.ПараметрОтжиг с последующей полировкой (нормы ЦИАМ)x̅Sx[x]x̅ – среднее значение измеряемой величины.22090400Sx – среднеквадратическое отклонение∆ , мкм301460измеряемой величины.р , МПа352590[x] – наибольшие допустимые значения.сж,МПаСогласно «Руководству по нормированию остаточных напряжений вповерхностныхслояхдеталейГТД»(ЦИАМ):«…допустимыезначениянаименьшей глубины перехода сжимающих напряжений в растягивающиеустанавливаются по фактическим данным опыта работы и результатам испытанийна прочность».4.5.1.4 Анализ результатов исследований остаточных напряжений.Нами были исследованы лопатки КВД изготовленные с применениемразличных методов формообразования пера.

Кроме того, исследованы образцыразличных типоразмеров.Исследованию подвергались образцы, изготовленные из различных мароктитановых сплавов. С уверенностью можно говорить, что для различныхтитановых сплавов можно получить благоприятные характер и величинуостаточных напряжений в поверхностном слое лопаток (рис. 57).Минимальные значения напряжений сжатия в поверхностном слоедемонстрируют лопатки, обработанные методом ЭХО (рис.

54). Максимальныезначения напряжений сжатия получаются при обработке методом вальцевания,причем, в отдельных случаях, могут достигаться значения превышающиерекомендованные ЦИАМ (рисунок 56). Наибольшую стабильность распределениянапряжений в поверхностном слое демонстрируют лопатки, обработанныеметодом фрезерования (рисунок 55, 56).110Рисунок 54. Сравнение остаточных напряжений, полученных на лопаткенаправляющего аппарата после ЭХО и фрезерования пера.Рисунок 55. Сравнение остаточных напряжений, фрезерованных лопатокКНД и КВД разных размеров.111Рисунок 56. Сравнение остаточных напряжений, полученных на лопаткахпосле фрезерования и вальцевания пера.Рисунок 57.

Совмещенные графики распределения остаточныхнапряжений.112Так же необходимо отметить что свое влияние оказывают и габаритныеразмеры лопаток. С уменьшением размеров лопаток при вальцевании наблюдаетсятенденция к уменьшению напряжений сжатия без увеличения глубины ихзалегания. Для остальных методов обработки такой анализ провести не возможнов связи с отсутствием достаточных объемов экспериментальных данных.4.5.2 Исследования усталостной прочности лопаток компрессора ГТДБыли проведены усталостные испытаний рабочих лопаток компрессораизготовленных из упрощенной штамповки с последующим фрезерованием иполировкой.В лабораторию механических испытаний ЦЛ были направлены рабочиелопатки компрессора, изготовленные из упрошенной штамповки.

Профиль лопатоксо стороны спинки и корыта изготовлен фрезерованием на станке «Макодель» споследующей полировкой на станке DC-256. Были проведены усталостныеиспытания лопаток с определением предела усталостной прочности. Материаллопаток ВТ8. Модуль упругости Eдин = 1,29*104 кг/мм2.Предел усталостной прочности определяется согласно ОСТ 1 00870-77 пошести не разрушившимся лопаткам на базе N = 108 циклов. Начальный уровеньнапряжений устанавливался а = 52 кг/мм2. Шаг изменения напряжений приразрушении образца составляла ∆а = - 3 кг/мм2.

Лопатки были препарированытензоресисторами 5П1- 3-100-Б-12. Схема препарирования указана на рис. 58.Рисунок 58. Схема препарирования лопаток.113Испытаниякомплектомпроводилисьизмерительнойнаэлектродинамическомаппаратуры.Пределвибростендевыносливостислопаток,обработанных методом фрезерования – таблица 18 Определение пределавыносливости рабочих лопаток 5-ой ступени компрессора профиль пера которыхобработан методом вальцевания – таблицы 19.Таблица 18 Результаты усталостных испытанийКз№п/п лопаток2А размахНаработкПримечаниеаF . колебанииаNкг/мм2 Гц пера лопатки циклов5214154,820,42 *108 Лопатка разрушилась11224914334,2334614884,73108Лопатка выстояла444614383,83108Лопатка выстояла554615094,00108Лопатка выстояла664614333,98774313893.71108Лопатка выстояла884314683,80108Лопатка выстояла994315793,78108Лопатка выстояла10104314283.91108Лопатка выстояла11114314893,80108Лопатка выстояла12124314463,90108Лопатка выстояла0,62 *108 Лопатка разрушилась0,98*108 Лопатка разрушиласьТаблица 19 Результаты усталостных испытанийа№КзF.п/п лопаток кг/мм2 Гц115514102А размах НаработкколебанииаNпера лопатки циклов4,55510ПримечаниеЛопатка разрушилась6225214344,5111,19*10 Лопатка разрушилась334914014,0569,8*10444614554,0110554614793,7710886Лопатка разрушиласьЛопатка выстоялаЛопатка выстояла1148664614534,0210774614604,0410884614524,1410994614533,8910888Лопатка выстоялаЛопатка выстоялаЛопатка выстоялаЛопатка выстоялаОбработка результатов испытаний проводилась графическим способом всоответствии с ГОСТ РВ 2840-001-2008 Приложение Г и вероятностностатистической оценкой предела выносливости в соответствии с ГОСТ РВ 2840001-2008 Приложение И.

Результаты обработки представлены на рисунке 59.−12кгc/ммNРисунок 59. Результаты обработки данных исследований на пределвыносливости.115Проведенные исследования усталостной прочности лопаток компрессораГТД показали, что предел усталостной прочности исследуемых лопаток,выполненных методом фрезерования из упрощенной штамповки составляет неменее а =43 кг/мм2.

Для лопаток аналогичных по конструкции и близких погеометрии изготовленных методом холодного вальцевания предел усталостнойпрочности лежит в диапазоне от 50 до 40 кг/мм2.Из данных полученных при исследовании остаточных напряжений вповерхностном слое лопаток компрессора ГТД выполненных из титановыхсплавов, а также исследования лопаток на усталостную прочность, можно сделатьследующие выводы:1.Лопатки,выполненныепотехнологиифрезерованияилопатки,выполненные методом холодного вальцевания, имеют аналогичныепрочностные характеристики.2.Распределение остаточных напряжений в поверхностном слое позволяетговорить об удовлетворительном качестве поверхностного слоя лопатокГТД.3.При существующих объемах выпуска лопаток компрессоров ГТД можнорассматривать фрезерование лопаток на станках с ЧПУ как болееэкономически целесообразную для лопаточного производства, особеннопри разработке новых изделий.116ЗАКЛЮЧЕНИЕПо результатам проведенных в ходе выполнения работы исследованийможно сделать следующие выводы:1.