ID: 6600

Название работы: Наукоемкие технологии производства. Характеристика наукоемких технологий

Категория: Контрольная

Предметная область: Астрономия и авиация

Описание: Наукоемкие технологии производства Характеристика наукоемких технологий Наукоемкое производство опирается на наукоемкие технологические процессы на всех стадиях производства. Процесс создания наукоемких технологий (НТ) является комплексным, охватыва...

Язык: Русский

Дата добавления: 2013-01-06

Размер файла: 209.06 KB

Работу скачали: 25 чел.

Наукоемкие технологии производства Характеристика наукоемких технологий

Наукоемкое производство опирается на наукоемкие технологические процессы на всех стадиях производства. Процесс создания наукоемких технологий (НТ) является комплексным, охватывает все этапы его разработки включает: 1) отработку физического процесса, закладываемого в основу создаваемого наукоемкого технологического процесса; 2) проектирование технологического процесса, предусматривающее структурную и параметрическую; оптимизацию; 3) разработку технологического оборудования, оснастки и инструмента, имеющих высокую степень надежности, механизации и автоматизации; 4) изготовление технологического оборудования, оснастки и инструмента; 5) отладку технологического процесса и испытания с целью установления стабильности и точности параметров (рис.1.9).

На каждом этапе создания наукоемкого технологического процесса используются CAE/CAD/CAM системы, применяются методы математического и имитационного моделирования на ЭВМ, осуществляется оптимизация технических и технологических решений.

Приведенному алгоритму создания наукоемких технологий полностью удовлетворяют отработанные и внедренные в серийное производство технологические процессы изготовления основных деталей ГТД.

Технологии изготовления лопаток ГТД

Наиболее ответственными деталями ГТД, работающими в условиях знакопеременных нагрузок, высоких температур и вибрации, являются компрессорные и турбинные лопатки, трудоемкость изготовления которых составляет более 30% от общей трудоемкости изготовления двигателя.

Обобщенный технологический процесс их изготовления можно условно представить в виде совокупности этапов: 1) получение заготовки; 2) термообработка; 3) механическая обработка поверхности хвостовика и полок; 4) механическая обработка профиля пера; 5) термообработка и покрытие; 6) финишная обработка (рис .1.10).

При реализации каждого этапа технологического процесса преследовалась цель обеспечения высокого качества и стабильности ТП за счет применения прогрессивных методов, оборудования, технологической оснастки и инструмента [6.8].

На 1-м этапе технологического процесса изготовления компрессорных лопаток применена изотермическая штамповка с припуском по перу 0,8 мм, а также штамповка с припуском 0,3-0,6 мм с термохимической обработкой и применением ЗСП. Это позволило повысить КИМ с 0,12 до 0,42 и уменьшить объем фрезерных работ на 30%

На 2-м этапе с целью сокращения технологического цикла и снижения затрат электроэнергии осуществлено совмещение горячей деформации с процессом термообработки.

На 3-м этапе при протачивании хвостовика применено ориентирование профиля пера лопатки в оптимальном положении в специальных установках и закрепление лопаток в специальных кассетах. Это позволило обеспечить обработку лопаток с минимальным припуском по профилю.

На 4-м этапе (механическая обработка профиля пера) используется ленточное шлифование на специальных станках с использованием широкой и узкой лент. Это дало сокращение ручного труда при подгонке профиля пера на 75%.

На 5-м этапе (термообработка и покрытие) с целью обеспечения равномерности структуры поверхностного слоя применен отжиг лопаток.

На 6-м этапе (финишная обработка) внедрено гидродробеструйное упрочнение, что позволило повысить усталостную прочность на 25%.

На 1-м этапе изготовления турбинных лопаток применено литье по выплавляемым моделям с направленной кристаллизацией и моноструктурой, а также точная объемная штамповка с использованием ЗСП под термообработку. Это позволило получать лопатки без припуска по ГВТ и обеспечило получение заготовок с минимальным припуском.

На 2-м этапе с целью обеспечения прочностных характеристик и уменьшения коробления выбрана высокотемпературная вакуумная обработка, а также фиксированная термообработка с применением керамической массы.

На 3-м этапе с целью повышения точности и стабильности технологического процесса применено глубинное шлифование елочного хвостовика и других фасонных поверхностей.

На 4-м этапе с целью исключения ручного труда при подгонке профиля пера лопатки производится механизированное полирование и заправка кромок.

На 5-м этапе применено четырехкомпонентное покрытие профиля пера лопаток и алитирование, что позволило повысить жаростойкость и увеличить ресурс в 2 раза.

На 6-м этапе осуществлено упрочнение микрошариками, что повысило усталостную прочность на 20%.

Перечисленные мероприятия на всех этапах обобщенного процесса позволили повысить качество и стабильность ТП и сократить трудоемкость обработки лопаток в общей трудоемкости изготовления двигателя с 35 до 28%.

Технологии изготовления дисков

Как показывает отечественная и зарубежная практика, диски компрессора, и особенно турбин, являются теми деталями, которые во многом определяют надежность и ресурс ГТД. В связи с этим осуществляется тщательная обработка технологических процессов их изготовления.

Отработка физического процесса

Проектирование технологических процессов

II

Разработка технологического оборудования, оснастки, инструмента

III

Отладка технологического процесса и испытаний

V

Изготовление технологического оборудования, оснастки, инструмента

1

IV

Рис. 1.9. Основные этапы создания наукоемкого технологического процесса

Рис.1.10. Технологические процессы изготовления лопаток ГТД

Гидродробеструнное упрочнение на эжекторных установках и шлифование

Повышение усталостной прочности на 25 %

Обработка микрошариками

Повышение усталостной

прочности на 20 %

5

ФИНИШНАЯ

ОБРАБОТКА

Ориентирование профиля пера в оптимальном положении в спец. установках. Закрепление лопаток в спец. кассетах и протягивание хвостовика

Обеспечение обработки лопаток с минимальным припуском по профилю

Ленточное шлифование на спец станках широкой и узкой лентой

Сокращение ручного труда при подготовке профиля пера на 75 %

Глубинное шлифование елочного хвостовика и других фасонных поверхностей

Повышение точности (до 0,01 мм) и стабильности технологического процесса

Механизированное полирование профиля пера и заправка кромок

Исключение ручного труда при подгонке профиля

3

МЕХАНИЧЕСКАЯ

ОБРАБОТКА

ХВОСТОВИКА

И

ПОЛОК

4

МЕХАНИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ПРОФИЛЯ

ПЕРА

Совмещенная горячей деформации с термообработкой

1.  Снижение затрат электроэнергии
2.  Сокращение технологического цикла на 3 календарных дня

1.  Высокотемпературная вакуумная термообработка
2.  Фиксированная термообработка с применением керамической массы

1.  Обеспечение прочностных характеристик
2.  Уменьшение коробления

2

ТЕРМО

ОБРАБОТКА

ТП

изготовления

компрессорных лопаток

1. Изотермическая штамповка с припуском по перу 0,8 мм.

2. Штамповка с припуском под шлифовку 0,3-0,6 мм с ТМО и применением ЗСП

1.  Повышение КИМ с 0,12 до 0,42
2.  Уменьшение фрезерных работ на 30%

1.  Литье по выплавляемым моделям с направленной кристаллизацией и моноструктурой
2.  Точная объемная штамповка с применением ЗСП под термообработку

1.  Получение лопаток без припуска по ГВТ
2.  Получение заготовок с минимальным припуском (до 1,2мм)

ТП

изготовления

турбинных лопаток

1

ПОЛУЧЕНИЕ

ЗАГОТОВКИ

На большинстве операций ТП применяется уникальное оборудование и используются высококвалифицированные кадры рабочих и ИТР [6.8].

Заготовки дисков как компрессоров, так и турбин поступают на предприятие по кооперации со специализированного завода, где они подвергаются предварительной механической обработке, термообработке, старению и ультразвуковому контролю.

После всестороннего входного контроля механическая обработка дисков осуществляется на высокоточных станках с числовым программным управлением (рис. 1.11).

Особое внимание в ТП уделено вопросам термообработки, которая проводится в вакуумных печах с целью снятия внутренних напряжений, возникающих на этапе механической обработки.

После каждого этапа ТП осуществляется ультразвуковой контроль полотна и обода диска, а также капиллярный контроль всех поверхностей.

На этапе финишной обработки диски компрессоров и турбин подвергаются упрочнению микрошариками. Это позволяет повысить усталостную прочность на 15-18%.

Технологии изготовления валов

Изготовление заготовок валов компрессора и турбины, как и заготовок дисков, осуществляется на специализированном предприятии и поступает на предприятие по кооперации.

Поступающие заготовки валов уже подвергнуты предварительной механической обработке и термообработке с целью выравнивания внутренних остаточных напряжений. Основные этапы технологических процессов изготовления валов компрессора и турбины представлены на рис. 1.12.

Рассмотренные наукоемкие технологии изготовления лопаток; дисков, валов компрессора и турбины ГТД, созданные на основе использования приведенных подходов, должны удовлетворять следующим требованиям:

1.  Технологический процесс должен быть малоотходным и экологически чистым. Примером такого процесса является изготовление деталей из порошков и гранул, применение вакуумных технологий и другие.
2.  Наукоемкие технологии должны использовать оборудование с числовым программным управлением, позволяющим интегрировать на одном операционном поле ( в рабочей зоне одной и той же технологической установки) выполнение ряда операций [6.3].
3.  В заготовительных операциях НТ должны применяться методы прямого выращивания сложнофасонных деталей из расплава а также статические и динамические методы пластического деформирования при минимуме формообразующей оснастки.

Рис.1.11. Технологии изготовления дисков

Обработка всех поверхностей микрошариками

Повышение условий прочности

Обработка елочных пазов и полотна микрошариками

Повышение усталостной

прочности

5

ФИНИШНАЯ

ОБРАБОТКА

Термообработка

в вакуумных печах

Снятие напряжений от механической обработки

УЗК, ВТК полотна и обода диска, капиллярный контроль

Обеспечение надежности

Термообработка в вакууме для снятия напряжения при t=750°С

Снятие напряжения от механической обработки

Термообработка в вакууме для снятия напряжения при t=750°С

Снятие напряжения от механической обработки

3

ТЕРМООБРАБОТКА

4

СПЕЦ. ВИДЫ

КОНТРОЛЯ

Двухсторонняя токарная обработка на станках с ЧПУ

Обеспечение изготовления дисков толщиной до 2 мм

Комплексная обработка на станках с ЧПУ

Обеспечение стабильности технологических процессов

2

МЕХАНИЧЕСКАЯ

ОБРАБОТКА

ТП

изготовления

диска компрессора

Поставка заготовок, предварительно обточенных, термообработанных и проверенных УЗК

Эффективное использование металла повышенной надежности

Поставка заготовок термообработанных, закаленных, прошедших старение и контрольУЗК

Эффективное использование материалов повышенной надежности

ТП

изготовления

диска турбины

1

ПОЛУЧЕНИЕ

ЗАГОТОВКИ

Комплексная обработка наружной и внутренней поверхности на станках с ЧПУ

Обеспечение стабильности технологий, 100% обеспечение геометрических параметров

Контроль наружной и внутренней поверхностей вала

Проверка на отсутствие дефектов типа волосовин, трещин и др. обесп. надежности

Токарная обработка наружной и внутренней поверхности на станках с ЧПУ

Обеспечение высокой точности и разностенности вала в пределах 0,1 мм

Контроль наружной и внутренней поверхностей вала

Выявление дефектов типа волосовин, трещин и др. обеспечение надежности

3

МЕХАНИ

ЧЕСКАЯ

ОБРАБОТКА

4

МАГНИТНЫЙ

КОНТРОЛЬ

Закалка при t = 1050С

Отпуск при t = 520С

Обеспечение механических свойств

Закалка при t = 1010С

Отпуск при t = 570С

Обеспечение высокой точности и разностенности вала в пределах 0,1 мм

2

ТЕРМООБРАБОТКА

Компрессор

Поставка валов с термообработкой и частичной механической обработкой

Сокращение трудоемкости механической обработки и производственного цикла на 8 дн.

Экономическая заготовка с прошитым отверстием

1.  Сокращение трудоемкости мех. обработки
2.  Обеспечение равномерности механических свойств

Турбина

1

ПОЛУЧЕНИЕ

ЗАГОТОВКИ

5

ФИНИШНАЯ

ОБРАБОТКА

Упрочнение внутренней и наружной поверхностей микрошариками

Благоприятное распределение остаточных напряжений в поверхностном слое

Упрочнение внутренней и наружной поверхностей микрошариками

Благоприятное распределение остаточных напряжений в поверхностном слое

Рис.1.12. Технологии изготовления валов

1.  Наукоемкие технологии должны  обладать  автоматизированными объективными средствами испытания и контроля параметров на всех этапах технологического процесса, иметь в составе основного оборудования встроенные устройства контроля и управляющие ЭВМ.
2.  Наукоемкий технологический процесс должен быть автоматически программируемым и адаптироваться к изменяющимся условиям производственной среды при одновременном достижении оптимальных параметров на основе CAD\CAM систем.
3.  Неотъемлемым условием наукоемкого технологического процесса является его сертификация, т.е. соответствие его параметров международным нормам и стандартам.

Контрольные вопросы к лекции 3.

1.  Структурная схема создания наукоемкой технологии
2.  Обобщенный технологический процесс изготовления компрессорных и турбинных лопаток ГТД
3.  Технология изготовления дисков компрессор и турбин
4.  Технология изготовления валов компрессорных и турбинных
5.  Требования к наукоемким технологическим процессам