При розробці дисків газотурбінних турбін отвори для тяги є ключовим елементом для з’єднання сусідніх робочих коліс, а точність їх розташування безпосередньо впливає на якість складання ротора газової турбіни. Досліджується технологія обробки отворів рульової тяги в колісних дисках газової турбіни, і очікується, що завдяки високоточному позиціонуванню та складній розточувальній обробці буде надано технічну довідку для обробки отворів рульової тяги в колісних дисках газової турбіни.
#01
Як основний компонент газової турбіни робоче колесо турбіни має складну конструкцію та вимагає високої точності обробки. Його розробка процесу та виробництво готової продукції є ключовими. Серед них отвір для тяги служить сполучною структурою між сусідніми робочими колесами, і його важливість очевидна [1-3].
Як показано на малюнку 1, крильчатка турбіни з’єднана міжступеневою дугою за допомогою зубчастої сітки та збирається в ротор шляхом вставлення зв’язувальних стрижнів через 12 розподілених по колу отворів на поверхні диска. Оскільки кінцеві зуби дуги мають функцію самоцентрування, положення отвору тяги не можна регулювати після того, як сусідні двоступеневі робочі колеса зачеплені. Тому до розташування отвору рульової тяги висуваються надзвичайно високі вимоги.
картина
Рисунок 1 Схема підключення системи валу турбіни
Діаметр отвору для тяги становить 42 мм, який зазвичай обробляється свердлінням і розточуванням. Його максимальне співвідношення сторін у 5 разів перевищує діаметр, а значення шорсткості поверхні вимагає Ra=1.6 мкм, що створює серйозну проблему для процесу розточування.
З огляду на вищезазначені вимоги до високої складності обробки, ми в основному зосереджуємося на двох аспектах: високоточне позиціонування та розточування високої складності.
2.1 Технологія обробки положення отвору рульової тяги
Вимоги до креслення отворів для рульової тяги: φ42,58 мм, положення φ0.12 мм і циліндричність 0.012 мм. Щоб забезпечити плавне складання, вимоги до процесу збільшено до: φ42,58 мм, позиціонування φ 0.05 мм і циліндричності 0,012 мм. Тому необхідна тестова перевірка процесу. Це випробування імітує обробку отворів для тяги крильчатки, а структура зразка показана на малюнку 2. Використовується свердлильний і фрезерний верстат, метод затискання — кутова затискна пластина, а зразок затискається вертикально.
картина
Малюнок 2: Випробувальний зразок отвору рульової тяги
(1) Традиційний метод обробки отворів з аксіальним розподілом полягає в тому, щоб «повернути центр» циферблатного індикатора важеля, знайти положення 4 години ліворуч і праворуч від неба та землі, визначити центр кола, використовувати свердло T для свердління нижнього отвору відповідно до ділильної окружності φ420 мм і точного свердління отвору тяги.
1) Результати трикоординатного детектування. Максимальне значення положення становить 0.0756 мм, а округлість зовнішнього кола D600 мм становить 0,0056 мм (див. таблицю 1).
Таблиця 1: Перше зображення трьохкоординатних даних виявлення
2) Сортування даних. Як показано на малюнку 3, положення отвору зміщено в цілому до позитивного напрямку Y.
картина
Рисунок 3: Трикоординатна діаграма даних виявлення
3) Аналіз даних. Взявши для прикладу позицію I на малюнку 3, відхилення в напрямку X невелике, а зміщення становить приблизно 0.01 мм; відхилення в напрямку Y велике, а зсув становить близько 0.035 мм. Напрямок Y є основним фактором, що впливає на відхилення положення. Якщо виключити зсув у напрямку Y на 0,03 мм, ситуація з позиціонуванням значно покращиться, а загальний контур виміряних точок стане кращим, що свідчить про кращу точність повторного позиціонування самого верстата. Дані кутів після перетворення даних виявлення трьох координат наведено в таблиці 2. Можна чітко виявити, що головне зміщення знаходиться в напрямку Y.
Таблиця 2: Перші трикоординатні дані перетворення виявлення [Одиниця: ( градус )] Зображення
4) Аналіз можливої причини. Метод вирівнювання в напрямку X: важільний циферблатний індикатор торкається двох точок на зовнішньому колі зразка в лівому та правому напрямках, щоб визначити горизонтальний напрямок; Метод вирівнювання в напрямку Y полягає в тому, що важільний циферблатний індикатор торкається двох точок на зовнішньому колі зразка вгору та вниз для визначення вертикального напрямку. напрямку, щоб визначити центральне положення зразка. Тут, коли циферблатний індикатор торкається двох точок верхнього та нижнього зовнішнього кола, через силу тяжіння стилус циферблатного індикатора може відставати або втягуватися, що призводить до відхилення між фактичним положенням і відображеним положенням. Після завершення обробки отвору це може бути основним фактором, що викликає відхилення в напрямку Y. Крім того, точність циферблатного індикатора становить 0.01 мм, і його похибка також вплине на відхилення в напрямку Y, що є вторинним фактором впливу з невеликим впливом. Напрямок X знаходиться в горизонтальному напрямку, і немає відносного відхилення положення, викликаного силою тяжіння. Фактором впливу є похибка точності самого циферблатного індикатора, яка має менший вплив і кращу продуктивність.
(2) Метод удосконалення: використовуйте вищезгаданий індикатор важеля, щоб «перевернути центр», щоб знайти центр і спочатку просвердлити два отвори в симетричних положеннях. Циферблатний індикатор вимірює розмір від точки зовнішнього кола в кожному напрямку до найдальшого кінця отвору за допомогою руху верстата, а потім віднімає два набори даних у напрямках X і Y відповідно, щоб отримати значення відхилення в напрямки X і Y, і це компенсовано, і 12 отворів, нарешті, точно просвердлено.
Як показано на малюнку 4, компенсація в напрямку X є даними, виміряними цим методом, є відносними значеннями, які можуть усунути вплив сили тяжіння на втягування циферблатного індикатора. У той же час, оскільки вимірювання здійснюється тим самим індикатором циферблата, вплив похибки точності вимірювального інструменту також можна усунути. Після точного розточування перевірте дані про положення за трьома координатами. На основі вищезазначеного методу було проведено другий тест позиційної обробки. Статус обробки показано на малюнку 5.
картина
Рисунок 4: Діаграма компенсації координат
картина
а) стан 1 б) стан 2
Рисунок 5 Статус обробки
1) Результати трикоординатного детектування. Максимальний градус положення становить 0.0501 мм (див. таблицю 3).
Таблиця 3: Друге зображення трьохкоординатних даних виявлення
2) Сортування даних. Дані перетворення другого трикоординатного детектування наведені в таблиці 4.
Таблиця 4: Дані перетворення другого трьохкоординатного виявлення [Одиниця: (градус)] Зображення
3) Аналіз даних. Основними напрямками зміщення отвору є негативний напрямок X і позитивний напрямок Y, а ділильне коло має хорошу округлість. Завдяки цьому методу обробки ступінь позиціонування було певною мірою покращено.
(3) Другий метод удосконалення На основі вищезазначеного методу було проведено третій тест позиційної обробки, і метод годування було змінено на годування столом.
1) Результати трикоординатного детектування. Максимальне значення положення становить 0.0269 мм, а округлість кроку 12 отворів становить 0,0106 мм (див. таблицю 5).
Таблиця 5: Третє трикоординатне зображення даних виявлення
2) Сортування даних. Дані перетворення третього трикоординатного детектування наведені в таблиці 6.
Таблиця 6: Дані перетворення третього трикоординатного виявлення [Одиниця: ( градус )] Зображення
3) Аналіз даних. Округлість кроку отвору краща. Такий спосіб обробки значно покращує положення отвору рульової тяги.
2.2 Дослідження обробки складних отворів
Матеріал робочого колеса четвертого ступеня турбіни – 21501-5 (заводський сорт), який має високий вміст Cr і Ni, низьку ефективність різання матеріалу, а співвідношення довжини до діаметра отвору рульової тяги перевищує 5 разів. діаметра, що ускладнює розточувальну обробку.
Це випробування базується на випробувальному блоці робочого колеса з однорідним матеріалом, а в якості обладнання використовується той самий свердлильний і фрезерний верстат.
1) Модульна свердлильна панель Walter. Під час використання звичайних розточувальних інструментів для обробки отворів із великим співвідношенням сторін візерунки поверхневої вібрації очевидні, а обробка не ідеальна. Параметри різання наведені в таблиці 7.
Таблиця 7 Параметри різання 1
картина
2) Виберіть розточувальну планку з антивібраційним демпфуванням. Параметри різання наведено в таблиці 8. Пластини Kyocera швидко зношуються під час використання, тому для обробки таких глибоких отворів ми використовуємо комбінацію розточувальної панелі з антивібраційним демпфуванням та Taguk TCMT 110204 FG CT3000 (або Sandvik Coromant TCGT 110204L-K1125). Порівняння якості обробки добре. Порівняння якості поверхні показано на малюнках 6 і 7.
Таблиця 8 Параметри різання 2
картина
картина
Рисунок 6: Погана якість поверхні
картина
Рисунок 7: Краща якість поверхні
#03
картина
Застосування високоточної технології обробки отворів рульової тяги на робочому колесі турбіни
картина
3.1 Схема затиску
Робоче колесо використовує метод кутової залізної монтажної пластини та затискається вертикально. Перед затисканням переконайтеся, що вертикальна поверхня кутника перпендикулярна осі Z верстата. Виходячи з висоти V-подібного блоку та габаритних розмірів робочого колеса, розрахуйте та визначте положення колодки. Усі місця, що контактують із заготовкою, захищені обмідненим залізом (див. Малюнок 8).
картина
Рисунок 8 Спосіб кріплення робочого колеса турбіни
Після затискання вирівняйте положення натискної пластини робочого колеса в 4 точках зліва та справа від торця з похибкою менше або дорівнює 0,01 мм.
3.2 Маршрут обробки
Шлях обробки отвору для тяги робочого колеса турбіни полягає в свердлінні нижнього отвору → грубому розточуванні → тонкому розточуванні. По-перше, традиційні методи вирівнювання використовуються для завершення обробки та напівчистової обробки отворів рульової тяги. По-друге, використовуйте важільний циферблатний індикатор і вісь X і Y верстата, щоб виміряти дані про довжину A, B, C і D відповідно (див. Малюнок 9). Використовуйте мікрометр внутрішнього діаметра, щоб виміряти два діаметри отвору D1 (φ42,3 мм) і D2 (φ42,3 мм). 4 мм).
картина
Рисунок 9 Дані компенсації координат
Зміщення осі X становить [(A-D1/2)-(B-D2/2)]/2, а зміщення осі Y — [(C-D1/2)-(D-D2/2)] / 2.
Дані на малюнку 9 є даними, виміряними під час фактичної обробки. /2= 0.025 (мм), тобто нульове положення осі X верстата регулюється на 0.025 мм у позитивному напрямку. Вісь Y: 321,25 ‒ (42,4/2)=300.05 (мм), 321,33 ‒ (42,3/2)=300.18 (мм), зміщення осі Y (300,18 ‒ 300,05) / {{ 24}}.065 (мм), тобто верстат Y Нульова позиція осі регулюється на 0,065 мм у негативному напрямку.
Нарешті, за допомогою наведених вище розрахунків зроблено висновок, що центр кола заготовки X регулюється на {{0}}.025 мм у позитивному напрямку та Y у негативному напрямку на 0,065 мм. Виконайте чистову обробку 12 отворів з отриманим новим центром кола.
3.3 Ефекти застосування
Для робочого колеса з отворами для стяжних стрижнів, оброблених за допомогою цього процесу, після самоцентруючої сітки торцевих зубців отвори для стяжних стрижнів сусідніх двоступеневих робочих коліс мають високу співвісність, стяжні стрижні можна вільно вставляти, а газова турбіна ротор успішно зібраний.
#04
картина
Висновок
картина
Дослідження високоточної технології обробки отворів для робочих коліс газових турбін забезпечують гарантію на збірку ротора газової турбіни. У той же час цей процес можна широко використовувати в обробці різних типів отворів осьового масиву, що може ефективно покращити якість обробки деталей і підвищити точність складання виробів.
