6600

Наукоемкие технологии производства. Характеристика наукоемких технологий

Контрольная

Астрономия и авиация

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...

Русский

2013-01-06

209.06 KB

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

 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

75957. События 19-21 августа 1991 г. и их историческое последствия 19.25 KB
  Августовский путч попытка отстранения Михаила Горбачева с поста президента СССР и смены проводимого им курса предпринятая самопровозглашенным Государственным комитетом по чрезвычайному положению ГКЧП 19 августа 1991 года. Почему 20 августа День Путча 20 августа день подписания подписание нового Союзного договора согласно которому вместо СССР создавалась конфедерация Союз Советских Суверенных Государств ССГ. 22 августа все члены ГКЧИ были арестованы Пуго самоубийство Приостановлено действие компартии РСФСР Горбаче снимает с...
75959. Становление новых государственных институтов в РФ в конце 20 веке 20.83 KB
  Правительство Российской Федерации. Исполнительную власть Российской Федерации осуществляет Правительство Российской Федерации. Правительство Российской Федерации состоит из Председателя Правительства Российской Федерации заместителей Председателя Правительства Российской Федерации и федеральных министров. Председатель Правительства Российской Федерации назначается Президентом Российской Федерации с согласия Государственной Думы.
75960. Становление современного российского парламентаризма. Думские выборы 1993 и 1995 годов: сравнительный анализ 22.11 KB
  Утвердившийся в 1917 году коммунистический строй на 70 лет прервал формирование в нашей стране демократических институтов, пресек развитие парламентаризма. И все же ростки политической демократии и парламентаризма не были полностью искоренены...
75961. Формирование «олигархических групп», эволюция их отношений с государством в России 26.8 KB
  Сейчас он означает небольшую группу финансовых магнатов Большую Восьмерку или Семь Банковских Баронов состоящих в тесных отношениях с президентом и правительством и оказывающих на них влияние. За термином олигархия скрывается некоторая неловкость реальной ситуации: доминирующее положение небольшого числа финансовых групп благодаря симбиозным отношениям с администрацией президента. Рассматривая политическую роль финансовых групп в ельцинской системе и фазы их развития можно отметить что изза слабости органов представительной власти и...
75962. Характерные черты становления рыночной экономики в РФ 19.88 KB
  Черты становления рыночной экономики в России: отечественный экономист А. Смирнов на долю частной собственности в экономике России в 1914 г. В России даже в период промышленного подъема 1909 1913 гг. Значительно выросла доля России в мировом промышленном производстве накануне Первой мировой войны она занимала пятое место в мире после США Германии Англии Франции.
75963. Эволюция партийно-политической системы РФ в начале 21 века 18.23 KB
  Резкий рост численности партий. При этом реальное влияние на политический процесс, включая законотворческую деятельность, оказывали не более пяти-шести партий. Как показала практика избирательных кампаний, многие партии изначально создавались для сугубо политтехнологических целей
75964. Беловежские соглашения - исторический смысл и дискуссионные проблемы 19.6 KB
  БЕЛОВЕ́ЖСКИЕ СОГЛАШЕ́НИЯ термин используемый для обозначения соглашения подписанные 8 декабря 1991 высшими руководителями России Белоруссии и Украины о роспуске СССР и образовании Содружества независимых государств СНГ. Смысл: После попытки ГКЧП в августе 1991 реальная власть перешла в руки республиканских правящих элит и президент СССР М. а 5 декабря Кравчук объявил что Украина денонсирует договор 1922 о создании СССР. Тогда Кравчук Ельцин и Шушкевич собрались в Беловежской пуще для решения вопроса о сохранении СССР.
75965. Декларация о государственном суверенитете РСФСР - условия принятия и исторический смысл 17.91 KB
  Декларация о государственном суверенитете РСФСР политикоправовой акт ознаменовавший начало конституционной реформы в РСФСР где суверенитет рассматривается как естественное и необходимое условие существования российской государственности. Условия: Декларация была принята Первым Съездом народных депутатов РСФСР 12 июня 1990 года и подписана Председателем Верховного Совета РСФСР Б. Значение исторический смысл: Помимо провозглашения суверенитета РСФСР и намерения создать демократическое правовое государство в составе обновлённого Союза...