Краткий анализ и требования к детали

Аналитическая работа

По дисциплине «Проектирование оснастки»

Изготовление детали «Лопатка сопловая 3 ступени ТНД»методом аддитивных технологий

Выполнил: ст. гр. МА-380 Шеховцев А.В.

Проверил: Смирнов В.В.

Уфа 2016

Содержание

Введение

3D-принтер — устройство, которое позволяет получать объемные фигуры точно так же, как обычный принтер получает плоские изображения на бумаге, — в последние годы очень популярен как среди обычных граждан, так и среди ученых. Технологии развиваются, существует множество методов создания таких объемных фигур, и все они объединяются одним понятием — аддитивные технологии, они же технологии послойного синтеза.

Такие технологии позволяют создавать детали очень сложной формы из различных материалов, что во многих случаях позволяет отказаться от металлорежущего и кузнечно-прессового оборудования. Суть производства с использованием аддитивных технологий — не в «вычитании» материала из объекта, как в традиционных способах, а, наоборот, в последовательном «сложении» слоев материала. Такой способ позволяет использовать для производства детали ровно то количество материала, которое необходимо. Выход готовой годной продукции при использовании аддитивных технологий составляет 100%, тогда как при использовании традиционных способов выход достигает всего 40%.

Для создания готовой детали нужно иметь три основных компонента: металло-порошковые композиции, машины для производства деталей по методу аддитивных технологий и машины для производства порошков. Процесс изготовления детали начинается с построения компьютерной модели изделия, нарезанной на тонкие слои-сечения. Нужная деталь в буквальном смысле послойно выращивается в соответствии с компьютерной моделью. Затем изделие подвергается термической и газостатической обработке для минимизации внутренних дефектов и обеспечения оптимального комплекса механических свойств. 3D-принтинг гораздо быстрее привычных технологий: скажем, если какую-то деталь, изготовленную традиционным способом — литейным производством — можно получить за 60 дней, то аддитивные технологии позволяют создать такую же деталь всего за пять[1].

Несмотря на то, что в последнее время аддитивные технологии рассматриваются как нечто новое, корнями они уходят в такие области, как картография, фотоскульптура и стереолитография. Сегодня на мировом рынке аддитивных технологий лидирует США: сейчас там 70% деталей, которые выпускаются по аддитивным технологиям, делаются как модели-прототипы, а 30% как «боевые» детали — для Boeing, General Electric и других компаний. Американцы поставили задачу к 2020 году изменить это соотношение так, чтобы 80% деталей были «боевыми», а оставшиеся 20% — моделями и прототипами[1].

Чтобы реализовать в нашей стране такого рода проекты, предприняты попытки создания консорциума, который сможет объединить усилия нескольких научных организаций, производственных предприятий и бизнеса. Такая кооперация объединила ВИАМ с Санкт-Петербургским политехническим университетом Петра Великого и Институтом проблем лазерных и информационных технологий РАН: вместе они разрабатывают аддитивные технологии для изготовления и ремонта деталей газотурбинных двигателей[1].

Целью работы является разработка нового решения по изготовлению детали «Лопатка сопловая 3 ступени ТНД»с помощью аддитивных технологий.

Краткий анализ и требования к детали

Для выбора метода изготовления необходимо знать требования, предъявляемые к детали, и специфику. Для лопаток ГТД:

1. Лопатки в решающей степени определяют надёжность и безотказность работы газотурбинных двигателей. Ресурс работы двигателя определяется, как правило, работоспособностью лопаток. В связи с этим, технология изготовления и контроля лопаток должна обеспечивать стабильность качества их изготовления и исключать возможность установки в двигателе лопаток с отклонениями по геометрическим размерам, качеству поверхности, с металлургическими и иными дефектами.

2. Сложность геометрических форм и требования высокой точности изготовления лопаток. Перо лопатки представляет собой лопасть переменного сечения, ограниченную поверхностями сложного очертания и точно ориентированную в пространстве по отношению к замку. Точность изготовления пера находится в пределах 0,05-0,15 мм. Замковую часть, при помощи которой лопатки крепятся к дискам, изготовляют с точностью 0,01-0,02 мм.

3. Массовость изготовления лопаток. Современный двигатель с осевым компрессором насчитывает до 2000 лопаток. В связи с этим даже при выпуске опытных образцов двигателей изготовление лопаток носит серийный характер.

4. Применение дорогостоящих и дефицитных материалов для изготовления лопаток. В связи с этим технологический процесс производства лопаток должен гарантировать минимальный процент брака.

5. Плохой обрабатываемостью материалов, применяемых для изготовления лопаток. Лопатки турбины изготовляют из сплавов на никелевой основе, имеющих относительно большую твёрдость при высокой вязкости[2].

Лопатки турбин работают в очень тяжелых условиях. Они подвергаются сильному воздействию центробежной силы, изгибающему и пульсирующему воздействию рабочей среды, вызывающему вибрации лопаток, в которых легко могут быть возбуждены резонансные колебания. Все это происходит в первых ступенях турбины при высоких температурах рабочей среды, воздействующей на лопатки как химически, так и механически; в последних ступенях имеет место разъедание (эрозия) входных кромок лопаток частицами воды, содержащейся во влажном паре.

Указанные условия требуют особо тщательного подхода к вопросам конструирования лопаток, выбора материалов для них и организации их производства. Особо тщательно следует выполнять все образующие формы лопаток размеры и соблюдать установленные для их изготовления технические требования. Отклонения от чертежей могут вызвать в лопатках дополнительные напряжения, не предусмотренные расчетами, что, в свою очередь, может привести к серьезной аварии турбин.

Сочетание указанных факторов и определяет специфичность производства лопаток.