Проектирование участка по изготовлению диска силовой турбины

Пермский  государственный технический университет

Кафедра “Авиационные двигатели”

Группа  АД-03-2

РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ  ЗАПИСКА

к курсовому  проекту

по технологии авиационных двигателей

   Тема: “Проектирование  участка по изготовлению диска силовой  турбины”

2008 г.

Содержание:

1. Назначение  и конструкция  детали

2. Анализ  технологичности  детали

3. Определение типа производства

4. Выбор заготовки 

5. Выбор баз и методов  обработки 

6. Расчет  припусков и межоперационных размеров

7. Расчет  режимов резания 

8. Проектирование  режущего инструмента

9. Проектирование  приспособления для  установки детали

10.   Проектирование измерительного  приспособления

11. Расчет  измерительного инструмента  на точность.

       Список литературы.

1. Назначение и конструкция детали

     Диски предназначены для установки  и крепления рабочих лопаток. В процессе работы ГТУ усилие, действующее на лопатку, передается посредством диска на вал СТ. Диски относятся к основным деталям турбины.

     Диск  состоит из следующих конструктивных элементов: обода, полотна, ступицы и фланцевых выступов.

     Обод - это периферийная часть диска, постоянной ширины, в которой выполнены «елочные»  пазы для крепления рабочих лопаток. В данной конструкции применяется  «елочный» паз с 3-мя зубьями (ТУ08.101 тип 2).

     Полотно диска имеет постоянную толщину. В верхней части полотна расположены  фланцы для крепления промежуточных  лабиринтов и дисков между собой, а так же других конструктивных элементов, например, балансировочных грузиков. Для уменьшения напряжений, переход между фланцевыми выступами и полотном диска выполнено сопряженным радиусом.

    Диски относятся к деталям повышенной сложности, имеют сложную конфигурацию, множество переходных криволинейных поверхностей в местах сопряжений. К поверхностям, которые являются посадочными, предъявляются высокие требования по точности взаимного расположения и отклонению формы. Конструктивно, установочные и присоединительные размеры, определяющие положение посадочных поверхностей, в основном  заданы по 2-му классу точности по ЕСДП. Шероховатость большинства поверхностей имеет показатель R_a, равный 1,6 мкм; наиболее ответственных – 1,25 мкм. К материалу дисков предъявляются  высокие требования по качеству состава, и внутренней структуре.

    Материал  диска – жаропрочный сплав на никелевой основе ХН62БМКТЮ (ЭП742), предназначен для применения в качестве материала дисков, валов и силовых колец турбин ГТУ и ГТД. Детали из данного сплава обладают удовлетворительной коррозионной стойкостью во всех климатических условиях. Перед механической обработкой заготовки проходят несколько стадий термической обработки. В термообработанном состоянии материал обладает твердостью HB 3.15…3.5, что определяет использовать при механической обработке инструмент из быстрорежущей стали или специальных сплавов. ЭП742 относится к трудно обрабатываемым материалам. Механические свойства и химический состав сплава приведены в таблице 1 и таблице 2. Плотность материала

r = 8.32 ; 
 

Таблица 1

Механические  свойства сплава при  различных температурах

Таблица 2

Химический  состав

Продолжение таблицы 2

2. Анализ технологичности  детали

     Анализ  уровня технологичности конструкции  по установленным показателям и выработка на его основе решений, направлен на повышение производительности труда, снижения затрат и сокращения времени на изготовление детали при обеспечении необходимого качества. Виды и показатели технологичности конструкции приведены в ГОСТ 18831-73, а правила отработки конструкции на технологичность и перечень обязательных показателей технологичности – в ГОСТ 14.201-83.

     Исходя  из предъявляемых требований к технологичности  и анализа конструкции диска можно сделать следующие выводы:

• Требования по структуре материала (ровное расположение волокон по длине) не позволяют применять заготовки, полученные методом поковки. Из-за сложной конфигурации детали и способа получения заготовки (штамповка) невозможно получить заготовку, форма и размеры которой приближены к форме и размерам детали.
• Применяемый материал относится к группе плохо обрабатываемых, т.к. обладает высокой твердостью и жаропрочностью. Для обработки подобных материалов применяется режущий инструмент из быстрорежущей стали, который обладает высокой твердостью и износостойкостью.
• Наружный контур детали в виду наличия фланцевых выступов имеет сложную форму, для обработки которой требуется специально спроектированный инструмент. Наличие углублений требует трудоемкой многопроходной обработки, что так же снижает технологичность детали.
• В конструкции диска отсутствуют элементы, расположение которых бы повлияло на коробление детали во время термической обработки.
• Диск имеет простое центральное отверстие, что позволяет использовать его в качестве базовой поверхности на ранних этапах обработки, обработка центрального отверстия не вызывает трудностей.
• Жесткость детали и её конфигурация позволяют применять простые зажимные устройства и приспособления без наложения избыточных (свыше 6-ти) ограничений на перемещение.
• Пазы и отверстия, выполняемые в детали располагаются перпендикулярно поверхности обода и полотна.
• Деталь не имеет элементов применяемых для захвата и перемещения. Для этих целей необходимо применять дополнительные устройства – рамы, приспособления.

     Проектирование  рационального технологического процесса изготовления диска СТ, с учетом проведенного анализа технологичности конструкции детали, заключается в решении следующих задач:

1. выбор оптимального метода получения заготовок, с точки зрения, обеспечения заданных свойств по внутренней структуре материала детали и масштаба производства, соответствующего производственной программе;
2. задание строгой последовательности операций, при которой возможно обеспечение заданной точности детали при оптимальных затратах времени на изготовление;
3. применение высокопроизводительного обрабатывающего инструмента с применением прогрессивных материалов;
4. введение станков с числовым программным управлением (ЧПУ) на операциях обработки сложных поверхностей детали;
5. использование оптимальных режимов обработки, позволяющих быстро и точно производить обработку заданных поверхностей;
6. включение контрольных операций как по ходу технологического процесса, так и после выполнения наиболее ответственных переходов и/или операций.

     Вследствие вышесказанного и требований к качеству детали обосновывается применение высокопроизводительного оборудования, оснащенного стойким и точным режущим инструментом и большого количества контрольных операций с применением прогрессивных методов контроля.

     Вывод: Вследствие вышесказанного, изготовление детали потребует значительных затрат, но в основном, все затраты являются необходимыми, исходя из сложности конструкции детали и повышения требований к качеству деталей ГТУ. В целом, конструкция детали технологична, не смотря на множество несоответствий требованиям по технологичности.

3. Определение типа производства

      Разрабатываемый технологический процесс изготовления детали должен быть увязан с организацией его выполнения, т.е. типом производства. Основными признаками, определяющими тип производства, являются широта номенклатуры, регулярность, стабильность и объем выпуска деталей. Методика расчета приведена в [1].

      Одной из основных характеристик типа производства является коэффициент закрепления операций – отношение числа всех различных технологических операций, выполняемых на рабочем месте О, к суммарному числу рабочих мест Р:

  (1)

      В зависимости от числа деталей  в партии и значения коэффициента закрепления операций различают: мелкосерийное, среднесерийное и крупносерийное производства. Значения коэффициента закрепления операций принимают: для мелкосерийного производства 20…40, для среднесерийного производства 10…20, для крупносерийного производства 1…10. При единичном производстве не регламентируется. 

      Серийное  производство является наиболее распространенным типом производства в общем и среднем машиностроении. На предприятиях авиадвигателестроительного комплекса серийное производство является основным типом организации производства.

     Детали  при серийном производстве перемещаются партиями. Партией называют число деталей одного наименования, запускаемых в обработку одновременно или непрерывно в течение определенного интервала времени. Размер партии существенно влияет на эффективность производства, уменьшение размера партий и увеличение их числа способствует сокращению незавершенного производства, но ведет к увеличению затрат на переналадку станков. Увеличение числа деталей в партии и уменьшение числа партий упрощает организацию производства, уменьшает число переналадок станков, но ведет к увеличению времени хранения деталей между операциями и увеличению незавершенного производства.

     Размер  партии деталей П, запускаемых в работу, определяют по формуле:

 (2)

     где N – годовой объем выпуска деталей, шт.;

   Ф –  число рабочих дней в году (при  двух выходных днях Ф = 253);

   а –  количество дней запаса деталей на складе (для средних деталей а=35 дней).  

Исходные данные для расчета

Годовая программа  выпуска деталей: N = 40 шт.

Режим работы –  односменный. 

     Для расчета коэффициента закрепления операций составлена таблица 3. В первой графе записаны все технологические операции техпроцесса изготовления диска турбины-аналога, во второй – нормы времени базового техпроцесса. Остальные параметры определяются согласно методике приведенной в [2].

Расчетное количество станков для каждой операции: 

 (3)

где – штучное или штучно-калькуляционное время, мин;

 – действительный годовой  фонд времени работы оборудования, ч; 

для односменной работы .

   h_зн – нормативный коэффициент загрузки оборудования;

       для расчетов принимается h_зн=0.8 ;

     Принятое  число рабочих мест P, устанавливается округлением значения m_p до ближайшего большего целого числа.

     Фактический коэффициент загрузки рабочего места

   (4)

Количество  операций, выполняемых на рабочем  месте:

,   (5)

Таблица 3

Расчет  коэффициента закрепления  операций

Определяем  по формуле 3.1 коэффициент закрепления  операций:

Следовательно, рассматриваемое производство - среднесерийное.

     Определяем  по формуле 3.2 количество деталей в  партии :

Принимаем количество деталей в партии 6 шт.

4. Выбор заготовки

      Главным при выборе заготовки является обеспечение заданного качества готовой детали при ее минимальной себестоимости. Выбор заготовки связан с конкретным технико-экономическим расчетом себестоимости готовой детали, выполняемым для заданного объема годового выпуска с учетом условий производства.

      Факторы, определившие выбор заготовки:

• тип производства – среднесерийное;
• материал детали – деформируемый жаропрочный сплав на никелевой основе ХН62БМКТЮ (ЭП742);
• сложная конструкция детали, что определяет применение больших припусков и напусков, и значения коэффициента использования материала;
• условия работы накладывают требования к внутренней структуре детали и предполагают отсутствие локальных изменений в ней, что значительно влияет на ресурс детали.  

      Принимаем в разрабатываемом технологическом  процессе в качестве заготовки – штамповку, способ получения  - горячая штамповка в закрытом штампе. В отличии от кованых, у заготовок, полученных методом штамповки припуск меньше, и структура более однородна, благодаря чему прочность выше.  
 

5. Выбор баз и методов обработки

     При обработке детали не обеспечивается принцип постоянства баз, так  как  точение происходит раздельно с двух сторон (для обеспечения высокой точности взаимного расположения поверхностей). Принцип постоянства баз соблюдается не всегда.

     В качестве технологических баз необработанные поверхности применяются только на первой операции, далее обработка ведется только при базировании по наиболее точным обработанным поверхностям. В качестве опорных поверхностей применяются торцевые поверхности фланцев, обода; в качестве упорных – цилиндрические поверхности фланцев, наружный диаметр обода; фиксация происходит по торцевым поверхностям, на операции протягивания для обеспечения точности взаимного расположения отверстий и пазов вводится фиксация по отверстию.

     Точение наружных поверхностей производится на токарно-карусельном станке. Комплексная  обработка наружных и внутренних поверхностей и обработка центрального отверстия производится на токарно-карусельном станке с ЧПУ.

     Сверление и фрезерование производится на координатно-расточном станке, что обеспечивает точность расположения отверстий и фрезеровок.

     Протягивание  «елочных» пазов выполняется  на горизонтально-протяжном станке.

     Полирование выполняется на токарно-лобовом  станке.

     Динамическая  балансировка производится на балансировочном станке.

     В процессе обработки заготовки осуществляется технический контроль за выполнением определенных операций, при выполнении особо важных операций производится контроль выполнения по переходам, который предусматривает проверку отсутствия поверхностных и глубинных дефектов материала детали, соответствие шероховатости обработанных поверхностей и заданной по техническим условиям чертежа, контроль геометрических размеров, формы и взаимного расположения поверхностей детали.

     6. Расчет припусков и межоперационных размеров

6.1. Расчет размера  80h9(_-0.074).

     Для определения минимального припуска на обработку двух торцевых поверхностей используется следующая зависимость:

, (6)

где R_z – высота неровностей профиля (справочная величина);

T_a – глубина дефектного поверхностного слоя (справочная величина);

 – суммарные отклонения расположения поверхности на предшествующем переходе;

e_i – погрешность установки на выполняемом переходе (справочная величина). [2].

Эскиз обработки и расчетная размерная  цепь представлены на рис.1.

Величины параметров припуска определяются по справочным материалам [2].

Результаты определения  расчетных припусков и их предельных значений на различных этапах обработки  сведены в таблицу 5.

Расчет размера  L₃.

L₃=L_Р+K+Z₄

где K=7.03 мм.

L₃=80+7.03+0.162=87.192 мм.

Проверка полученных результатов:

6.2. Расчет диаметра 998H6(^+0.056).

     Для определения минимального припуска на обработку цилиндрической поверхности используется следующая зависимость:

, (7)

где R_z – высота неровностей профиля (справочная величина);

T_a – глубина дефектного поверхностного слоя (справочная величина);

 – суммарные отклонения расположения поверхности на предшествующем переходе;

e_i – погрешность установки на выполняемом переходе (справочная величина). [2]

 Эскиз обработки  и расчетная размерная цепь  представлены на рис. 2.

Величины параметров припуска определяются по справочным материалам [2].

Результаты определения  расчетных припусков и их предельных значений на различных этапах обработки  сведены в таблицу 6.