Повышение производительности и качества изготовления лопаток компрессора ГТД за счет совершенствования технологии круговой электрохимической обработки тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.08, кандидат наук Орлов, Александр Алексеевич

• Орлов, Александр Алексеевич
• кандидат наук
• 2014

Оглавление диссертации кандидат наук Орлов, Александр Алексеевич

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1 АНАЛИЗ УРОВНЯ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ЛОПАТОК ГТД

1.1 Патентный анализ разработок в области круговой электрохимической обработки лопаток ГТД

1.2 Циклограммы перемещения электродов-инструментов при электрохимической обработке лопаток ГТД

1.3 Особенности конструкции электродов-инструментов для круговой электрохимической обработки лопаток ГТД и методы их изготовления

1.4 Математическое моделирование в области ЭХО

1.5 Выводы по главе 1. Постановка цели и задач исследования

2 РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ КРУГОВОЙ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

2.1 Технологические требования к детали при выполнении операции круговой ЭХО

2.1.1 Описание конструкции заготовки лопатки перед выполнением операции круговой ЭХО

2.1.2 Требования к профилю пера лопатки после выполнения операции круговой ЭХО

2.2 Выбор схемы движения электродов и электролита для операции круговой ЭХО

2.3 Математическое моделирование и изготовление электродов-инструментов для круговой ЭХО

2.4 Математическая модель круговой ЭХО лопаток ГТД. 55 2.4 Выводы по главе 2

3 ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ И ОСНАСТКА ДЛЯ КРУГОВОЙ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ЛОПАТОК ГТД

3.1 Установка для круговой электрохимической обработки лопаток

3.1.1 Станки для круговой электрохимической обработки лопаток

3.1.2 Источники питания

3.1.3 Система управления электрохимической установкой

3.2 Элементы технологической системы для реализации круговой электрохимической обработки детали представителя

3.2.1 Мастер-лопатка

3.2.2 Электроды-инструменты

3.2.3 Рабочее приспособление

3.3 Установка по сбору, очистке и стабилизации параметров электролита

3.4 Выводы по главе 3

4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА КРУГОВОЙ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ЛОПАТОК

4.1 Экспериментальная установка и методика проведения исследований

4.2 Разработка математической модели и определение зависимости высоты микронеровностей от основных параметров процесса круговой ЭХО

4.3 Оценка точности формообразования при круговой электрохимической обработке в зависимости от основных параметров процесса

4.4 Разработка математической модели и определение зависимости производительности обработки от основных параметров процесса круговой ЭХО

4.5 Выводы по главе 4

5 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНЫХ РЕЖИМОВ КРУГОВОЙ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

5.1 Разработка алгоритма определения оптимальных режимов круговой

ЭХО на основе математической модели процесса

5.2 Разработка технологических рекомендаций для реализации процесса круговой ЭХО

5.3 Выводы по главе 5

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ПРИЛОЖЕНИЯ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение производительности и качества изготовления лопаток компрессора ГТД за счет совершенствования технологии круговой электрохимической обработки»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Лопатки газотурбинного двигателя представляют собой наиболее ответственные и нагруженные детали, определяющие ресурс и надежность его работы. Работоспособность лопаток определяется не только прочностными характеристиками используемых материалов и геометрическими размерами, но в значительной степени формируются технологическими методами обработки, используемыми в процессе изготовления. Создание технологии их изготовления связано с использованием накопленного в машиностроении опыта для обработки деталей, имеющих развитые пространственно-сложные поверхности, в относительно больших количествах, в том числе методами электрохимической обработки (ЭХО).

Процесс ЭХО основывается на использовании явлений растворения поверхности анода (детали) в электролите. Сущность данного метода заключается в том, что струя электролита, протекающая с большой скоростью по зазору между катодом (электродом-инструментом) и поверхностью анода (лопаткой), при пропускании тока большой плотности интенсивно растворяет металл па поверхности анода.

Метод электрохимической обработки лежит в основе технологии производства лопаток ГТД, так как по многим показателям превосходит другие известные методы механической обработки. ЭХО обеспечивает точность обработки по первому классу ОСТ 1.02571-86, заданные параметры качества поверхностного слоя, обладает высокой производительностью и низкой себестоимостью в серийном производстве деталей. Уникальность размерной ЭХО характеризуется такими особенностями, как незначительная зависимость производительности от механических свойств материала; отсутствие износа инструмента; слабое влияние на физико-механические характеристики поверхностного слоя, уменьшающееся с повышением степени интенсификации

процесса; относительная простота и универсальность оборудования для реализации метода и сравнительно низкая трудоемкость его переналадки.

В данной работе рассмотрены основные направления развития методов размерной электрохимической обработки, одним из таких направлений является необходимость сокращения доводочных операций после выполнения операции ЭХО, в частности, устранение фрезерования поверхности полки и радиусов сопряжения, ручной обрезки входной и выходной кромок лопатки. Обработка всех элементов проточной части пера лопатки получила название круговой электрохимической обработки.

Работа выполнялась в рамках комплексного проекта «Создание высокотехнологичного производства лопаток малоступенчатых высоконапорных компрессоров газотурбинных установок - центра компетенций ОДК» и имеет важное экономическое и практическое значение. Этим определяется актуальность представленной работы.

Цель работы. Повышение производительности и качества круговой электрохимической обработки лопаток компрессора ГТД на основе моделирования и оптимизации режимных параметров процесса.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Разработать математическую модель круговой размерной электрохимической обработки на основе анализа технологических схем и оснастки, используемых на операции размерной ЭХО профиля пера лопаток ГТД.

2. Разработать требования к технологическому оборудованию и оснастке для реализации процесса круговой размерной ЭХО проточной части пера компрессорных лопаток ГТД.

3. Получить регрессионные модели точности, средней арифметической высоты микронеровностей и производительности для электрохимического

формообразования, учитывающие влияние основных параметров процесса круговой размерной ЭХО.

4. Разработать методику и алгоритм определения предварительных параметров процесса круговой размерной ЭХО с учетом имеющихся входных и выходных характеристик процесса и детали.

5. Внедрить разработанный технологический процесс и методику в серийное производство лопаток компрессора ГТД.

Методы исследований. При решении поставленных в работе задач проводились теоретические и экспериментальные исследования. Работа выполнена на основе современных положений технологии машиностроения и фундаментальных законов электрохимической обработки. В работе применялись методы математической статистики, многофакторного планирования экспериментов и регрессионного анализа.

Экспериментальные исследования проводились с использованием современной аппаратуры, методик и пакетов компьютерных программ.

Научная новизна. Разработана математическая модель круговой электрохимической обработки, позволяющая на основе баланса точности назначить требования к изготовлению элементов технологической системы (мастер-лопатки и электродов-инструментов) и определить режимы ЭХО, обеспечивающие повышение производительности и качества обработки лопаток компрессора ГТД.

Исследован цикл управления электродами-инструментами, разделенный на три этапа: этап формообразования проточной части лопатки (корыта и спинки) с циклической подачей, этап формообразования кромок лопатки с постоянной подачей и этап окончательного формирования профиля без подачи.

Получены регрессионные модели круговой размерной ЭХО, учитывающие влияние основных параметров процесса, и позволяющие определить допустимые значения параметров процесса ЭХО при обработке сплава ТА6У. Определены диапазоны изменения основных параметров процесса

для обеспечения заданной точности, средней арифметической высоты микронеровностей и производительности обработки.

Практическая значимость работы заключается в том, что проведенные исследования позволили определить оптимальные значения параметров процесса ЭХО для обработки сплава ТА6У и возможные диапазоны изменения основных параметров процесса для получения заданной точности обработки, средней арифметической высоты микронеровностей (не более 1 мкм) при максимальной производительности и разработать рекомендации для производства.

Предложены методики разработки основных элементов технологической системы: проектирования, изготовления и доработки мастер-лопатки для рабочих поверхностей электродов-инструментов; проектирования, изготовления и доработки электродов-инструментов.

На основании полученных математических зависимостей разработана методика и алгоритм предварительного расчета и оптимизации режимов круговой электрохимической обработки.

Реализация результатов работы. Результаты работы используются на ОАО «НПО «Сатурн» при производстве лопаток компрессора ГТД двигателя БаМ-Мб, а также в научно-исследовательской и педагогической работе на кафедре «Резание материалов, станки инструменты имени С.С. Силина».

Апробация работы. Основные положения работы были доложены на: XXXIII Гагаринских чтениях (г. Москва, МАТИ 2007 г.), Российской научно-технической конференции «Новые материалы, прогрессивные технологические процессы и управление качеством в заготовительном производстве» (г. Рыбинск, РГАТУ 2007 г.); Шестидесятая научно-техническая конференция студентов, магистров и аспирантов (г. Ярославль, ЯГТУ 2007 г.), Международном межотраслевом молодежной научно-техническом форуме «Молодежь и будущее авиации и космонавтики» (г. Москва, МАИ 2013 г.).

Структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка использованных источников и приложения. Общий объем работы 159 страниц, 74 рисунка, 19 таблиц и список используемых источников из 82 наименования.

1 АНАЛИЗ УРОВНЯ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ЛОПАТОК ГТД

1.1 Патентный анализ разработок в области круговой электрохимической обработки лопаток ГТД

Круговая размерная электрохимическая обработка проточной части профиля пера лопаток ГТД представляет собой способ размерной ЭХО, результатом которого является получение всех поверхностей проточной части лопатки (профиль пера, полка, радиусы перехода и кромки) за одну установку, без последующей механической или ручной доработки указанных элементов. Реализация способов размерной ЭХО, в частности и круговой, основана на фундаментальных работах по теории процесса [1, 2, 3], технологии [4, 5] и оборудованию [6, 7, 8]. Авторами фундаментальных работ по размерной ЭХО являются Ф.В. Седыкин, В.А. Волосатов, Б.П. Саушкин, В.Г. Шляков, Л.Я. Попилов, И.И. Мороз, Г.Н. Зайдман, A.B. Рыбалко, В.Н. Гусев, В.П. Смоленцев, Е.В. Смоленцев, Г.Н. Корчагин, В.В. Любимов, Ю.С. Волков, Г.Н. Зайдман, В.В. Клоков, А.Н. Зайцев, С.И. Галанин, В.М. Волгин, Е.И. Филатов, H.A. Амирханова, A.B. Балмасов, Б.П. Орлов, Л.Б Уваров.

Патентный анализ в области круговой ЭХО лопаток ГТД указывает на наличие реализованных способов круговой размерной ЭХО [9, 10]. Так технический результат в патенте RU 2058863 «Способ круговой электрохимической обработки лопаток ГТД» выражается в создании технологического процесса, обеспечивающего стабильное изготовление лопаток компрессора по I классу точности с низкой трудоемкостью.

Решение данной задачи привело к созданию способа круговой электрохимической обработки лопаток ГТД, по которому заготовку лопатки располагают в рабочей камере, закрепляют по предварительно обработанным базовым поверхностям и ведут формообразование двумя электродами-

инструментами с подачей напряжения на электроды и заготовку от одного источника питания, прокачкой электролита через межэлектродный промежуток и заданием электродам синхронно-дискретного перемещения с периодическим ощупыванием лопатки, при этом профиль рабочих поверхностей электродов выполняют близким к заданному профилю лопатки, а направление перемещения каждого из электродов задают так, что оно образует с осью лопатки острый угол, вершина которого обращена в сторону полки лопатки, при этом размер угла выбирают в пределах 60-80°, а подачу электролита осуществляют со стороны конца пера лопатки. Обработка ведется одновременно с двух сторон до смыкания электродов-инструментов.

Базирование лопатки осуществляют по двум центровым отверстиям в торцах замка, одному из этих торцов и конической поверхности бобышки на конце пера [11].

Данный способ широко используется на ОАО «НПО «Сатурн» при изготовлении лопаток компрессора, изготовленных из нержавеющих и титановых сталей и сплавов [12]. Однако, при реализации способа круговой ЭХО, представленного в патенте [9], в условиях серийного производства лопаток ГТД, выяснилось, что трудоемкость ручной доводки электродов-инструментов в зоне формирования кромок лопатки при настройке операции может выполняться только высококвалифицированным персоналом, а трудозатраты при этом соизмеримы, а в некоторых случаях и превышают, трудоемкость последующей ручной доработки лопаток в зоне входной и выходной кромки. Поэтому способ круговой ЭХО реализуется в упрощенном виде без окончательной обработки входной и выходной кромок лопатки.

Патент [10] 1Ш 2448818 «Способ двусторонней электрохимической размерной обработки деталей» интересен тем, что технический результат заявленного способа — высокоточная двусторонняя электрохимическая размерная обработка тонкостенных деталей, за счет обеспечения более

симметричного распределения гидравлических усилий и температур с обеих сторон обрабатываемой детали.

Указанный технический результат достигается при реализации кинематической схемы с вибрацией электрода-инструмента в процессе ЭХО. Особенностью способа является синхронизированная подача группы импульсов с моментом, соответствующим максимальному сближению электрода-инструмента с заготовкой в каждом периоде его вибрационного движения. Согласно изобретению обработку заготовки, подключенной к положительным полюсам двух источников питания, ведут с двух сторон с использованием двух гальванически развязанных электродов-инструментов, каждый из которых соединен с отрицательным полюсом своего источника питания и установлен напротив своей обрабатываемой поверхности. При этом в начале обработки определяют припуска, необходимые для удаления с каждой обрабатываемой поверхности заготовки, после чего электродам-инструментам сообщают скорости подачи, прямо пропорциональные величинам припусков, удаляемых с их помощью. Для определения припусков, необходимых для удаления с каждой обрабатываемой поверхности заготовки, по очереди производят "ощупывание" заготовки каждым электродом-инструментом.

Обеспечение максимально возможной производительности при наличии разницы припусков со стороны «спинки» и «корыта» лопатки достигается за счет сообщения электроду-инструменту, со стороны которого нужно снять больший припуск, максимально допустимой скорости подачи, гарантирующей отсутствие коротких замыканий в процессе обработки.

Предлагаемый способ реализован в оборудовании ООО «ЕСМ» г. Уфа. Недостатком представленной схемы круговой ЭХО является сложность получения стабильных геометрических параметров окончательно обработанной лопатки при наличии у заготовки разницы припусков со стороны «спинки» и «корыта», а также получения окончательно обработанных кромок лопатки в виду наложения вибрации на электроды-инструменты в процессе обработки.

Представленные способы круговой ЭХО лопаток ГТД напрямую зависят от кинематической схемы, реализованной в оборудовании, а также конструктивных особенностей, как самого оборудования, так и применяемой на нем оснастки. Также патентный анализ показывает, что основной проблемой при внедрении операции круговой ЭХО является окончательное формирование входной и выходной кромок лопатки.

Постоянное совершенствование конструкции ГТД создает хорошие предпосылки для совершенствования метода круговой ЭХО и создания способов его промышленной реализации. При этом необходимо учитывать, что создание и производство современного газотурбинного двигателя характеризуется следующими особенностями, [13, 14]:

- Высокая конструктивная сложность ГТД (усложнение конструкции деталей; применение дефицитных сплавов обладающих низкой обрабатываемостью резанием и повышенными эксплуатационными характеристиками).

- Улучшение технических характеристик ГТД, в сочетании с необходимостью снижения себестоимости его изготовления.

- Уменьшение периодов времени до очередной модернизации ГТД.

- Необходимость повышения гибкости производства в связи с ограничением серийности выпуска и/или большим числом модификаций ГТД.

- Повышение надежности и КПД ГТД.

- Отказ от ручных операций в технологических процессах изготовления деталей ГТД с целыо повышения качества и производительности их изготовления.

Очевидно, что отказ от лезвийной обработки, а также снижение доли ручных слесарных операций по доводке профиля пера в технологических процессах изготовления лопаток возможны при условии совершенствования схем ЭХО с целью обеспечения формирования всех элементов проточной части

(профиля пера, радиусов переходов, кромок и полки) за одну установку детали и повышению точности обрабатываемых элементов. Это позволит повысить производительность и качество изготовления лопаток, а, следовательно, снизить себестоимость и повысить конкурентоспособность изделия в целом.

1.2 Циклограммы перемещения электродов-инструментов при электрохимической обработке лопаток ГТД

Циклограмма перемещения электродов-инструментов (ЭИ) является основой при выборе или построении оборудования и технологии электрохимической обработки лопаток ГТД [15]. Изучение существующих разработок в области технологии ЭХО лопаток ГТД позволяет выделить три основные циклограммы перемещения электродов-инструментов, [16, 17, 18], которые могут быть описаны с помощью графиков, отражающих пространственно-временную взаимосвязь кинематических и электрических параметров процесса ЭХО.

Основными критериями при сравнения циклограмм перемещения ЭИ являются точность обработки, производительность, возможность выравнивания припуска при неравномерности его распределения и возможной деформаций лопатки в процессе обработки при перераспределения внутренних напряжений детали во время снятия припуска.

Циклограммы перемещения электродов-инструментов:

1) Электрохимическая обработка осциллирующими электродами-инструментами, включающая в себя гармонические колебания электродов-инструментов с заданной частотой и синхронизированное с ними наложение импульсного тока [9, 19, 20]. Обычно импульс или пакет импульсов тока подается в момент максимального сближения электродов-инструментов с заготовкой. Однако при наличии соответствующих функций в системе управления возможно смещение фазы следования импульсов тока относительно нулевой точки вибратора, при этом импульс или пакет импульсов может

подаваться при любом расстоянии между ЭИ и заготовкой в переделах периода вибрации [21].

Сущность описываемой циклограммы заключается в следующем: электроду-инструменту задается основное движение с периодическим ощупыванием заготовки для контроля оставшегося припуска, дополнительно к основному движению на инструмент накладывается вибрация с определенной частотой и амплитудой. Импульсы тока синхронизируются по времени с колебаниями электрода и подаются на него в момент времени, соответствующий минимальному межэлектродному зазору или при необходимости смещаются относительно точки максимального сближения ЭИ с заготовкой.

Циклограмма для представленной кинематической схемы приведена на рисунке 1.1.

где 1а - амплитудный ток в импульсе;

5шт - минимальный межэлектродный зазор

Рисунок 1.1 - Схема изменения межэлектродного зазора (МЭЗ) и синхронизированного наложения импульсов тока (I) на электрод при ЭХО вибрирующим инструментом

Промышленная реализация схемы осуществлена на оборудовании производства фирм ОАО ИНТЦ «Искра», Россия, г. Уфа и ООО «ЕСМ», Россия, г. Уфа (рисунок 1.2). Имеющиеся данные по точности и производительности, а также работы, проведенные на станке «Искра 38.2» на ОАО «НПО «Сатурн»

позволяют произвести качественный анализ циклограммы с осциллирующими ЭИ на основе представленных выше критериев оценки.

Внешний вид станка «Искра 38.2», Внешний вид станка «ЬЕТ8080-20»,

(производитель ОАО ИНТЦ «Искра») (производитель ООО «ЕСМ»)

Рисунок 1.2 - Внешний вид оборудования производства ОАО ИНТЦ «Искра» и ООО «ЕСМ» Таблица 1.1 - Качественный анализ циклограммы с осциллирующими электродами-инструментами

Критерий сравнения Значение критерия

Точность обработки, мм ±0,02

Производительность обработки, мм/мин 0,2

Механизм учета неравномерности распределения припуска и деформаций лопатки в процессе обработки За счет периодического ощупывания детали в процессе обработки учитывается неравномерность распределения припуска и деформации лопатки в процессе обработки. Устранение неравномерности достигается путем изменения вольт-амперных характеристик и скорости движения одного из ЭИ.

Обработка с осциллирующими ЭИ позволяет получить лопатки с высокой точность. Хорошие показатели копирования профиля ЭИ достигаются за счет

обработки профиля на малых и сверхмалых зазорах [22, 23, 24] при подаче импульса тока в момент максимального сближения ЭИ с заготовкой, а также улучшения условия прокачки межэлектродного зазора при колебательном движении ЭИ [25]. Однако вибрация ЭИ может оказывать негативное влияние и приводить к колебаниям маложестких лопаток непосредственно в процессе обработки. Случаи вибрации лопатки в процессе обработки были зафиксированы при отработке технологического процесса электрохимической обработки направляющих лопаток из титанового сплава изд. 8аМ-146 на станке «Искра 38.2» ОАО «НПО «Сатурн». Внешний вид направляющей лопатки изд. 8аМ-146 представлен на рисунке 1.3.

Рисунок 1.3 - Внешний вид направляющей лопатки изд. 8аМ-146

Еще одним недостатком циклограммы является то, что подача импульса только в момент максимального сближения ЭИ с заготовкой, ограничивает время электрохимического растворения и тем самым негативно сказывается на производительности процесса, скорость обработки снижается пропорционально уменьшению времени импульса, при этом чрезмерное его увеличение приведет к потере точности и качества обрабатываемой поверхности [26]. Таким образом, применение схемы с осциллирующими ЭИ целесообразно для точных лопаток сложной геометрии, изготовление которых на более производительном оборудовании невозможно в виду необходимости выполнения максимальных

точностных характеристик, заданных по чертежу и при этом, обладающих достаточным запасом жесткости. Оборудование для реализации метода отличается конструктивной сложностью в виду необходимости электрической развязки шпинделей, применения двухконтурного ИП и связующей системы управления с функцией постоянного контроля большого количества параметров по двум не связанным каналам [27, 28].

2) Циклическая схема подачи электродов-инструментов.

Циклограмма изменения величины перемещения электродов-инструментов при использовании циклической схемы подачи, приведена на рисунке 1.4.

-мин

Рисунок 1.4 — Циклограмма изменения величины перемещения электродов-инструментов (8)

при циклической схеме подачи ЭИ

Характерные точки исполнения циклограммы рисунка 1.4 следующие:

Точка «а» - исходное положение электродов-инструментов.

Участок «а-Ь» - встречное ускоренное перемещение ЭИ до начала их синхронного перемещения.

Точка «Ь» - начало синхронного перемещения ЭИ (первый ЭИ достигший данной точки останавливается и находится в ждущем режиме до момента прихода второго ЭИ в эту точку).

Участок «Ь-С]» - синхронное перемещение ЭИ до их касания с заготовкой («ощупывание» детали).

Точка «С1» - точка касания одного из ЭИ с заготовкой лопатки.

Участок «срё]» - отвод ЭИ на величину рабочего межэлектродного зазора (далее МЭЗ).

Точка «сЬ» - завершение отвода ЭИ на величину рабочего МЭЗ, включение рабочего тока (завершение «ощупывания» детали).

Участок «с1ге1» - время одного рабочего цикла обработки.

Точка «ер) - выключение рабочего тока и включение движения шпинделей до касания ЭИ с заготовкой.

Точка «с2» - точка касания одного из ЭИ с заготовкой лопатки.

Далее циклы повторяются до заданной координаты конца обработки.

При использовании циклической схемы перемещения ЭИ электрохимическая обработка элементов проточной части лопатки осуществляется следующим образом. Производится ускоренная подача электродов-инструментов до определенной заданной координаты, после чего осуществляется их синхронное перемещение, которое прекращается по сигналу касания одного из ЭИ с обрабатываемой деталью. ЭИ отводятся на рабочую величину межэлектродного зазора и производится включение технологического тока. По окончанию прохождения технологического тока (период времени, который задается в соответствии с требуемым качеством обрабатываемой поверхности, производительностью и особенностями электрохимического растворения обрабатываемого материала) межэлектродный зазор увеличивается для осуществления его промывки потоком электролита от шлама. После этого вновь осуществляется синхронное перемещение ЭИ до касания одного из них с деталью. Описанный цикл повторяется до тех пор, пока не будет достигнута координата окончания обработки [29, 30]. Циклическая схема подачи электродов реализована на оборудовании производства НПО

«Электромеханика» Россия, г. Ржев и ОАО «НПО «Сатурн» Россия, г. Рыбинск. Внешний вид этих станков представлен на рисунке 1.5.

Качественный анализ циклической схемы подачи ЭИ по выбранным критериям сравнения представлен в таблице 1.2.

Внешний вид станка мод. ЭХЛ-100 Внешний вид станка мод. ЭХС-10А

(ОАО «НПО «Сатурн») (НПО «Электромеханика»)

Рисунок 1.5 - Внешний вид оборудования производства НПО «Электромеханика» и ОАО

«НПО «Сатурн»

Циклической схемы подачи ЭИ обычно реализуется в паре с импульсными источниками технологического тока. В литературе соединение циклической подачи с импульсными ИП часто именуется импульсно-циклической схемой обработки [30]. Однако при реализации циклической схемы возможно применение ИП постоянного тока или комбинированный ИП, способный выдавать как постоянный, так и импульсный ток [31, 32, 33].

Циклическая схема позволяет получать лопатки с оптимальным соотношением точности и производительности, учет неравномерности распределения припуска и деформации лопатки происходит в процессе обработки без применения каких либо дополнительных устройств и функций оборудования. Оборудование для реализации метода отличается относительной простотой и надежностью.

Таблица 1.2 - Анализ импульсно-циклической кинематической схемы

Критерий сравнения Значение критерия

Точность обработки, мм ±0,04

Производительность обработки, мм/мин 0,4

Механизм учета неравномерности распределения припуска и деформаций лопатки в процессе обработки За счет периодического ощупывания детали в процессе обработки учитывается неравномерность распределения припуска и деформации лопатки в процессе обработки. Устранение неравномерности достигается за счет того, что касание при ощупывании происходи ЭИ, со стороны которого имеется наибольший припуск, при этом второй ЭИ работает на большем межэлектродном зазоре.

3) Постоянная подача электродов-инструментов.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Орлов, Александр Алексеевич, 2014 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1.. Мороз, И. И. Электрохимическая обработка металлов [Текст] / И. И. Мороз, Г. А. Алексеев, О. А. Водяницкий -М.: Машиностроение, 1980. - 192 с.

2. Волосатое, В. А. Справочник по электрохимическим и электрофизическим методам обработки [Текст] / Под ред. В.А. Волосатова. - Л.: Машиностроение, 1988. - 719 с.

3. Попилов, Л. Я. Электрофизическая и электрохимическая обработка материалов [Текст] / Л. Я. Попилов. - М.: Машиностроение, 1982. - 400 с.

4. Седыкин, Ф. В. Размерная электрохимическая обработка деталей машин [Текст] / Ф. В. Седыкин -М.: Машиностроение, 1976.- 302с.

5. Саушкин, Б. П. Исследование вопросов точности электрохимического формообразования импульсами тока применительно к обработке деталей авиационных двигателей [Текст]: Автореф. дис. канд. техн. наук / Б. П. Саушкин- Казань, КАИ, 1975. - 24с.

6. Рыбалко, А. В. Разработка процессов для электрохимической размерной обработки микросекундными импульсами тока и оборудования для их реализации [Текст]: Автореф. дис. д-ра техн. наук / А. В. Рыбалко - Воронеж, ВГТУ, 1997.-32с.

7. Седыкин, Ф. В. Оборудование для размерной электрохимической обработки деталей машин [Текст] / Ф. В. Седыкин - М.: Машиностроение, 1980. - 277с.

8. Зайдман, Г. Н. Процессы формообразования и методы расчета катодов инструментов для электрохимической размерной обработки деталей машин [Текст]: Автореф. дис. д-ра техн. наук / Г. Н. Зайдман - Новочеркасск, НПИ, 1992.-33с.

9. Пат. 2058863 Российская Федерация, МПК6В 23 Н 00 9/10,В 23 Н 00 3/00. Способ круговой электрохимической обработки лопаток ГТД [Текст] / Ерочкин М. П., Карпов Б. Л., Поляев О. Н., Шредер К. В., Уваров Л. Б.,

Сергиенко В. Л.; заявитель и правообладатель АО «Рыбинское конструкторское бюро моторостроения». - №5058563; заявл. 13.08.1992; опубл. 27.04.1996.

10. Пат. 2448818 Российская федерация, МПК В 23 НЗ/ 00, В 23 Н9/ Ю.Способ двусторонней электрохимической размерной обработки деталей [Текст] / Маннапов А. Р., Гимаев II. 3.,. Идрисов Т. Р, Зайцев В. А.; заявитель и правообладатель ООО «ЕСМ». - №20111002991/02; заявл. 26.01.2011 ; опубл. 27.04.2012.

11.Уваров, Л. Б. Технология производства лопаток компрессора современных газотурбинных установок [Текст] / Л. Б. Уваров. - Рыбинск: РГАТА, 2005. - 96 с.

12. Ерочкин, М. П. Объемная электрохимическая обработка на ОАО «Рыбинские моторы» [Текст] / М. П. Ерочкин, Л.Б. Уваров и др. // Газотурбинные технологии. - ОАО «Рыбинские моторы» - 2000. - №3. - С. 1215.

13. Елисеев, Ю. С. Физико-химические методы обработки в производстве газотурбинных двигателей [Текст] / Елисеев Ю. С., Крымов В. В., Митрофанов А. А., Саушкин Б. П.; Под ред. Саушкина Б. П. - М.: Дрофа, 2002, - 655 с.

14. Полетаев, В. А. Технология автоматизированного производства лопаток газотурбинных двигателей [Текст] / В. А. Полетаев - М.: Машиностроение, 2006. — 256 с.

15. Румянцев, Е. М. Анализ схем электрохимического формообразования [Текст] // Е. М. Румянцев // Электронная обработка материалов.- 1982.- № 4.- С. 5-10.

16. Уваров, Л. Б. Перспективы создания гибких производственных комплексов для изготовления лопаток ГТД [Текст] / Л. Б. Уваров, Б. Л. Карпов, М. П. Ерочкин // Электрохимическая размерная обработка деталей машин: Тез.докл. VI Всесоюзн. н-т конф.- Тула, 1986. С. 258-261.

17. Житников, В. П. Импульсная электрохимическая размерная обработка [Текст] / В. П. Житников, А. И. Зайцев - М.: Машиностроение, 2008. -413 с.

18. Невский, О. И. Точностные возможности ЭХО по схеме с вибрацией электрода инструмента в импульсном режиме [Текст] / О. И. Невский, Е. П. Гришина, Е. Л. Павлова // Электрохимическая размерная обработка деталей машин: Тез.докл. VI Всесоюз. н-т конф.- 1986. - С. 150-151.

19. Захаркин, С. И. Электрохимическая размерная обработка при сверхмалых межэлектродных зазорах [Текст]: Автореф. дис. канд. техн. наук / С. И. Захаркин - Тула, 2002. - 19 с.

20. Морозов, Б. И. Формообразование поверхности при электрохимической размерной обработке вибрирующим катодом [Текст] / Б. И. Морозов, Г. Н. Зайдман // Электронная обработка материалов.- 1973. - №4. - С. 17-20.

21. Любимов, В. В. Исследование вопросов повышения точности электрохимического формообразования на малых межэлектродных зазорах[Текст] /Автореф. дис. канд. техн. наук. / В. В. Любимов - Тула, 1973. -25 с.

22. Ссдыкин, Ф. В. Электрохимическое формообразование на малых межэлектродных зазорах [Текст] / Ф. В. Седыкин, Л. Б. Дмитриев, В. Г. Шляков и др.// Теория и практика размерной электрохимической обработки: Материалы н-т семинара. Уфа, 1971. С. 10 - 12.

23. Шляков, В. Г. Разработка и исследование способа электрохимического формообразования сложных поверхностей на малых межэлектродных зазорах [Текст]: Автореф. дис. канд. техн. наук. / В. Г. Шляков -Тула, 1971.-29 с.

24. Любимов, В. В. Исследование вопросов повышения точности электрохимического формообразования на малых межэлектродных

зазорах[Текст]: Автореф. дис. канд. техн. наук. / В. В. Любимов - Тула, 1973. -25 с.

25. Сснина, О. А. К вопросу повышения точности электрохимической обработки в проточном электролите [Текст] / О. А. Сенина, В. Г. Филимошин // Размерная электрохимическая обработка деталей машин: Материалы научн.-тех. конф. Тула: ТПИ, 1975. - С. 162 - 164.

26. Галанин, С. И. Теория и практика анодной электрохимической обработки короткими импульсами тока[Текст]: Автореф. дис. . д-ра техн. наук. / С. И. Галанин - Иваново, ИГХТУ, 2001. - 36 с.

27. Мингазстдннов, И. X. Разновидности неустойчивости процессов при электрохимической обработке деталей [Текст] /, И. X. Мингезетдинов //Труды КАИ, вып. 152. Казань, 1973. - С. 66 - 68.

28. Любимов, В. В. Проблема совершенствования управления процессом размерной ЭХО [Текст] / В. В. Любимов, В. С. Сальников, С. Ф. Золотых // Электрохимическая размерная обработка деталей машин: Материалы VI Всесоюзн. н-т конф. Часть I.- Тула, 1986. С. 44 - 49.

29. Тимофеев, Ю. С. Опыт внедрения импульсно-циклических схем ЭХО с переменной циклограммой работы [Текст] / Ю. С. Тимофеев // Современная электротехнология в промышленности центра России: сб. трудов региональной н-т. конференции — Тула: Тул. ГУ, 1998. С. 9 - 10.

30. Румянцев, Е. М. Электрохимическая обработка металлов. Анализ импульсно-циклических способов формообразования с точки зрения их точностных возможностей [Текст] / Е. М. Румянцев - Кишинев: - 1986. - 22 с.

31. Алтынбаев, А. К. Влияние гидродинамических факторов на вольтамперные характеристики при электрохимической обработке с различными источниками тока [Текст] / А. К. Алтынбаев. В. Ф. Орлов // Вопросы гидродинамики процесса ЭХРО металлов.- Тула: ТПИ. 1969. С. 51 -58.

32. Петров, Ю. Н. Перспективы электрохимической размерной обработки при использовании импульсных токов [Текст] / Ю. II. Петров, Г. II. Зайдман, А.

B. Рыбалко, Г. II. Принь // Материалы 4 Между нар одного симпозиума по электрическим методам обработки JSEM-6.- ПНР, Краков, 1980. - С. 373 - 378.

33. Багинский, Б. А. Источники питания для электрохимических установок [Текст] / Б. А. Багринский, В. В. Гребенников, Б. М. Нигоф, Д. II. Огородников, Е. В. Ярославцев // Электронные и электромеханические системы и устройства: Сб. науч. Трудов НПЦ "Полюс". - Томск: МГП "РАСКО" при издательстве "Радио и связь", 2001. - С. 193 - 198.

34. Митрюшин, Е. А. Пути развития и перспективы применения технологий электрохимической размерной обработки [Текст] / Е. А. Митрюшин,

C. Б. Саушкин, Б. П. Саушкин // Упрочняющие технологии и покрытия. - 2009. -№12.-С. 45-48.

35. Давыдов, А. Д. Высокоскоростное электрохимическое формообразование [Текст] / А. Д. Давыдов. - М.: Наука, 1990. - 272 с.

36. Каримов, А. X. Расчет и проектирование электродов инструментов для электрохимической размерной обработки деталей ГТД [Текст] / А. X. Каримов.- Казань: Изд-во Казанск. авиац. ин-та, 1973. - 57 с.

37. Миннулин, М. С. Расчет электродов-инструментов с учетом обрабатываемости материалов [Текст] / М. С. Миннулин, А. X. Каримов, 10. А. Лебедков // Тр. III Международной н-т конф. «Поверхностный слой 96», ГожовВлкп., Польша, 1996. С. 244 - 247.

38. Румянцев, Е. М. Теоретические аспекты электрохимического формообразования повышенной точности [Текст] / Е. М. Румянцев // Современная электротехнология в машиностроении: Сб. тр. научн.-тех. конф., Тула: ТГУ, 1997. С. 109 — 111.

39. Миннулин, М. С. Разработка методов расчета электрохимического формообразования с учетом обрабатываемости материалов применительно к

изготовлению лопаток ГТД [Текст]: Автореф. дис. канд. техн. наук. / М. С. Миннулин - Казань, 1997. - 16с.

40. Каримов, А. X. Методы расчета электрохимического формообразования [Текст] / А. X Каримов, В.В. Клоков, Е. И. Филатов.- Казань: Изд-во Казанск. Гос. ун-та, 1990. - 386 с.

41. Пат. 82610 Российская Федерация, МПК В23НЗ/0О.Электрод-инструмент для электрохимической обработки деталей [Текст] / Л. Б. Уваров, О. II. Поляев, С. А. Афанасов; заявитель и правообладатель ОАО «Рыбинское конструкторское бюро моторостроения». - №2008143953/22; заявл. 05.11.2008; опубл. 10.05.2009.

42. Пат. 103318 Российская Федерация, МПК В23НЗ/04. Электрод-инструмент для электрохимической обработки деталей [Текст] / М. П. Ерочкин, А. А. Вершинин, С. А. Новиков; заявитель и правообладатель ОАО «Рыбинское конструкторское бюро моторостроения». - №2010143264/02; заявл. 21.10.2010; опубл. 10.04.2011.

43. Уваров, Л. Б. Проектирование технологических процессов производства лопаток компрессора авиадвигателей [Текст] / Л. Б. Уваров // Учебное пособие. - Ярославль: Изд-во Ярославск. политех ин-та, 1987. - 80 с.

44. Уваров, Л. Б. Электрохимическая обработка в технологических процессах производства лопаток компрессора ВРД [Текст] / Л. Б. Уваров // Сб. тр. Всерос. н-т конф. «Современнаяэлектротехнология в машиностроении».-Тула, 1997. С. 148-149.

45. Морозов, Б. И. Повышение точности электрохимической обработки [Текст] / Б. И. Морозов //Электронная обработка материалов.- 1981.- № 4. - С. 13-16.

46. Зайдман, Г. Н., Петров Ю. Н. Формообразование при электрохимической размерной обработке металлов / Г. Н. Зайдман, Ю. II. Петров. - Кишинев: Штиинца, 1990. - 205 с.

47. Смирнов, Г. В. Совершенствование окончательной электрохимической размерной обработки лопаток ГТД с учетом технологической наследственности [Текст]: Автореф.дис. д-ра техн.наук. / Г. В. Смирнов - Самара, СГАУ, 2005. - 32 с.

48. Атанасянц, А. Г. Электрохимическая обработка повышенной точности [Текст] / А. Г. Атанасянц // Сб. докл. Международного симпозиума по электрическим методам обработки JSEM-8. - Москва, 1986. С. 98 - 102.

49. Шманев, В. А.Технология электрохимической обработки деталей в авиадвигателестроении [Текст] / Шманев В.А., Филимошин В.Г., Каримов А.Х., Петров Б.Н., Проничев П.Д.- М.: Машиностроение, 1986.- 168с.

50. Евстигнеев, М. И. Технология производства двигателей летательных аппаратов [Текст] / М. И. Евстигнеев, А. В. Подзей, А. М. Сулима - М.: Машиностроение, 1982. - 265 с.

51.Кузьменко, М. JI. Справочник конструктора [Текст] / М. J1. Кузменко, Г. П. Матвиенко, Т. Д. Кожина, А. А. Смыслов. - Рыбинск: ОАО «НПО «Сатурн», 2007.-261с.

52. Спиридонова, А. А. Планирование эксперимента при исследовании технологических процессов [Текст] / А. А. Спиридонова. - М.: Машиностроение. - 184 с.

53. Шкарбан, А. Ю. Разработка методов расчета электрохимического формообразования и гидродинамики течения электролита в зазоре [Текст]: Автореф. дис. канд. физ.-мат. наук. / А. Ю. Шкарбан - Казань, 2000. - 24 с.

54. Смирнов, Г. В. Исследование наводораживания при окончательной импульсной электрохимической обработке пера лопаток компрессора из титанового сплава ВТ9 [Текст] / Г. В. Смирнов // Вестник СГАУ, -2008. - 66 с.

55. Поречный, С. С. Моделирование процесса формообразования выступов при электрохимической обработке [Текст] / С. С. Поречный, А. Р. Маннапов, Р. Р. Муксимова // Вестник УГАТУ, -2010. - 195 с.

56. Забалусв, П. Г. Математическое моделирование нестационарных электрохимических систем [Текст]: Автореф. дис. канд. физ.-мат. наук. / П. Г. Забалуев - Пенза, 2004. - 24 с.

57. Волгин, В. М. Моделирование электрохимической обработки проволочным электродом-инструментом [Текст] / В. М. Волгин, До Ван Донг,

A. Д. Давыдов // Известия ТулГУ. Технические науки. - 2013. - 122 с.

58. Фирсов, А. Г. Разработка оборудования и технологии финишной электрохимической размерной обработки проточных поверхностей малогабаритных лопаток компрессора ГТД с применением компьютерных технологий [Текст]: Автореф. дис. канд. техн. наук. / А. Г. Фирсов - Казань, 2005.- 18 с.

59. Нехорошев, М. В. Разработка автоматизированного программного модуля для моделирования процесса электрохимического формообразования деталей ГТД [Текст] / М. В. Нехорошев, II. Д. Проничев // Вестник СГАУ. -2012.-214 с.

60. Фирсов, А. Г. Проектирование электродов-инструментов для ЭХО лопаток компрессора ГТД с использованием компьютерного моделирования [Текст] / А. Г. Фирсов, А. А. Средин, А. X. Каримов / Изв. вузов. Авиационная техника. - 2005. - 59 с.

61. Крымов, В. В. Производство лопаток газотурбинных двигателей / В.

B. Крымов. Ю. С. Елисеев, К. И. Зудин . - М.: Машиностроение, 2002. - 376 с.

62. Щербак, М. В. Основы теории и практики электрохимической обработки металлов и сплавов [Текст]: Учебное пособие / М. В. Щербак и др. -М.: Машиностроение, 1981. - 263 с.

63.Седыкин, Ф. В. Технология и экономика электрохимической обработки [Текст] / Под ред. д.т.н. проф. Ф.В. Седыкина.- М.: Машиностроение, 1980.-192с.

64. Балцувейт, П. Технологические и экономические показатели применения ЭХО с использованием импульсного и постоянного тока [Текст] /

П. Балцувейт // Сб. докл. Международного симпозиума по электрическим методам обработки. 24-26 -июня 1986 г.- М., 1986. С. 120 - 123.

65. Безъязычный, В.Ф. Технологические процессы механической и физико-химической обработки в авиадвигателестроении [Текст] / Под общ. ред.

B.Ф. Безъязычного. М.: Машиностроение, 2007. - 539 с.

66. ГОСТ 23537-79 Лопатки авиационных осевых компрессоров и турбин. Термины и определения. Издательство стандартов. Москва. 1979. - 33 с.

67. Безъязычный, В.Ф. Автоматизация технологии изготовления газотурбинных авиационных двигателей [Текст] /. В. Ф. Безъязычный, В. Н. Крылов, В. А. Полетаев, Т. Д. Кожина, A.A. Шатульский // Москва, Центральное книжно-журнальное издательство «Машиностроение», 2005. -4 1.- 560 с.

68. Кириенко, Г. П. Особенности построения частотных генераторов сильноточных импульсов для размерной электрохимической обработки [Текст] / Г. П. Кириенко, А. В. Рыбалко // Современные проблемы электрохимического формообразования. Кишинев: Штииица, - 1978. - С. 85- 87.

69. Бурков, В. М. Источник импульсного технологического тока для ЭХО [Текст] / В. М. Бурков, Е. М. Румянцев // Современная электротехнология в машиностроении 97: Сб. трудов Всероссийской НТК. - Тула, ТулГУ. - 1997. -

C. 150-151.

70. Лившиц, А. Л. Электроимпульсная обработка металлов [Текст] / А. Л. Лившица, А. Т. Кравец, И. С. Рогачев - СПБ : Лет Me Принт, 2013. - 156 с.

71. Леонов, Б. Н. Технологическое обеспечение проектирования и производства ГТД [Текст] / Б. Н. Леонов, А. С. Новиков, Е. Н. Богомолов -Рыбинск, 2000. - 408 с.

72. Уваров, Л. Б. Исследование методов изготовления катодов-инструментов для электрохимических копировально-прошивочных станков [Текст]: Автореф. дис. канд. техн. наук / Л. Б. Уваров. Тула 1978. - 26 с.

73. Орлов, А. А. Принципы построения систем обеспечения электролитом при электрохимической обработке лопаток ГТД [Текст] / А. А. Орлов, Д. И. Волков //

Вестник РГАТУ-2013. - № 2. - С. 30.

74. Смоленцев, В. П. Электрофизические и электрохимические методы обработки материалов [Текст] / под ред. В.П. Смоленцева, Москва: Высшая школа,, 1983.-247 с.

75. Лившиц, А. Л. Электроэрозионная и электрохимическая обработка. Часть 2. [Текст] / под общ. ред. А.Л. Лившица и А. Роша, Москва: НИИмаш, 1980.- 165 с.

76. Балмасов, А. В. Повышение качества поверхности металлов методами электрохимической и химической обработки: закономерности и технологические решения. [Текст]: Автореф.дис. д-ра техн.наук. / А. В. Балмасов - Иваново, ИГХТУ, 2006. - 32 с.

77. Смоленцев, Е. В. Проектирование электрических м комбинированных методов обработки: монография / Е. В. Смоленцев. М. Машиностроение. 2005. -511с.

78. Солонин, И. С. Математическая статистика в технологии машиностроения [Текст] / И. С. Солонин. - М.: Машиностроение, 1972. - 215 с.

79. Кацев, П. Г. Статистические методы исследования режущего инструмента [Текст] / П. Г. Кацев. —М.: Машиностроение, 1974. - 239 с.

80. Орлов, А. А. Исследование влияния параметров процесса электрохимической обработки на среднюю высоту микронеровностей профиля пера лопаток ГТД [Текст] / А. А. Орлов, Д. И. Волков // Вестник РГАТУ - 2014. - №1,- С. 33-36

81. Полетаев, В. А. Технология автоматизированного производства лопаток газотурбинных двигателей (Библиотека технолога) [Текст] / В. А. Полетаев. -М.: Машиностроение, 2007. - 256 с.

82. Орлов, А. А. Разработка алгоритма предварительного олределения оптимальных режимов электрохимической обработки с использованием регрессионных моделей процесса [Текст] / А. А. Орлов, Д. И. Волков // Вестник РГАТУ.- 2014. - №1.- С. 43 - 47