Основные этапы технологического процесса изготовления валов турбины и компрессора

В качестве примера рассмотрим основные этапы технологических процессов изготовления вала турбины низкого давления и турбины высокого давления двухвальных ГТД.

Вал турбины низкого давления (см. рис. 221, а), мартенситно-стареющая сталь 15Х12Н2МВФАБ-Ш (ЭП517) (ТУ 14-1-2902-80).

1. Штамповка, термообработана, с твердостью по Бриннелю d а > 3, 5 мм, без предварительной механической обработки, КИМ = = 0, 15, первая группа контроля (ОСТ 1000021—78). Термическая обработка заготовок валов на заводе-поставщике производится по режиму: нормализация при температуре нагрева 1120±15 °С, воздух; отжиг — 740+15 °С, воздух; закалка с 1120± 10 " С в масло; отпуск 670...700°С, воздух.

2. Подрезка торцев, точение на стержне шеек под люнет, зацен­тровка стержня вала (подготовка технологических баз для черновой обработки вала).Токарный станок.

3. Черновое точение наружного контура вала. Токарный станок с ЧПУ, 1Б732ФЗ.

4. Предварительное сверление отверстия с торца стержня, отрезка образца для механических испытаний, зацентровка вала со стороны фланца. Токарный станок.

5. Глубокое сверление отверстия со стороны фланца. Специальный горизонтально-сверлильный станок фирмы " Берингер" (ФРГ).

6. Точение внутренних поверхностей фланца. Токарный станок.

7. Термообработка вала (закалка, отпуск), твердость НВ d = = 3, 3...3, 5 мм.

8. Чистовое точение наружных поверхностей вала. Специальный станок с ЧПУ фирмы " Хайнеман" (ФРГ).

9. Чистовое растачивание внутренней полости вала. Горизонталь­но-расточной станок МК-6017. Горизонтально-сверлильный станок фирмы " Берингер".

10. Окончательное точение наружного контура вала и фланца.

11. Шлифование наружных и внутренних поверхностей вала.

12. Круглошлифовальный и внутришлифовальный станки.

13. Фрезерование эвольвентных шлицев на стержне вала. Зубофрезерный станок. Сверление радиальных отверстий различного диаметра, фрезе­рование канавок пазов. Радиально-сверлильный и вертикально- фрезерный станки.

14. Нарезание резьбы со стороны фланца и на стержне. Токарный станок.

Магнитный контроль наружных дефектов материала вала. Установка МСАТ-10000РЭ (УМД-9000).

15. Шлифование и алмазное выглаживание наружных и внутрен­них базовых поверхностей фланца. Круглошлифовальный, внутриш- лифовальный и токарный станки.

16. Точение канавок лабиринтного уплотнения на фланце, раз­дельно каждую канавку фасонным резцом. Токарный станок.

17. Полирование наружных поверхностей и внутренней полости вала. Токарный станок.

18. Окончательный контроль геометрии вала, в том числе магнит­ный контроль внешних дефектов материала.

Вал турбины высокого давления (см. рис. 221, б), сплав ЭП741НП (ТУ 1-809-629-86).

1. Заготовка, изготовленная горячим изостатическим прессованием гранул и термообработанная, предварительно проточена (Ra = 2, 5 мкм) кругом (см. рис. 222, г), проверена ЭХО-методом ультразвуко­вой дефектоскопии и ЛЮМ-1 заводом-поставщиком, КИМ — 0, 42. Первая группа контроля по ОСТ 100021—78. Термообработка загото­вок — отжиг, совмещенный с закалкой: нагрев —1200°+10 °С, выдер­жка — 8 ч, охлаждение с печью до 1130°±10 °С, выдержка — 2 ч, охлаждение на воздухе; старение — 910°± 10 °С, выдержка — 16 ч, охлаждение на воздухе.

2. Ультразвуковой контроль внутренних дефектов материала заготовки.

3. Подрезка торцов фланца и стержня и точение его хвостовика (технологические базы). Универсальный токарный станок высокой точности DLZ-800 (ФРГ).

4. Чистовое точение наружного и внутреннего контуров вала со стороны фланца (Ra = 2, 5 мкм). Обрабатывающие центры MDW-20S, MDW-20SK (ФРГ), 1П7Э2РФЗ.

5. Полирование наружного и внутреннего контуров вала со сторо­ны фланца. Токарный станок.

6. Травление вала и контроль поверхностных дефектов материала.

7. Стабилизирующий отжиг в среде аргона или в вакууме: темпе­ратура нагрева — 870° ±10 " С, выдержка — 5 ч. Вакуумная электро­печь фирмы " Улвак" (Япония).

8. Подрезка торцев стержня (восстановление технологических баз). Токарный станок DLZ-800.

9. Окончательное точение наружного и внутреннего контуров вала со стороны фланца. Обрабатывающие центры MDW-20S, MDW-20SK (ФРГ).

10. Полирование наружных и внутренних поверхностей вала со стороны фланца. Токарный станок.

11. Точение и Полирование канавок лабаринтного уплотнения и прилегающего к ним стержня вала. Токарный станок с ЧПУ NF-300 (ФРГ), DLZ-800.

12. Сверление, зенкерование и развертывание отверстий (Ra = 2, 5 мкм) различного диаметра. Радиально-сверлильный станок, 2М55.

13. Фрезерование по копиру концевой фрезой радиусных выступов на торце стержня. Вертикально-фрезерный станок с ЧПУ МА-655.

14. Шлифование торцевых шлицев на торце стержня. Специаль­ный шлифовальный станок 3D722, " Микрокат~В10" фирмы " Эльбшлиф" (ФРГ).

15. Термообработка — стабилизирующий отжиг вала. Вакуумная электропечь фирмы " Улвак" (Япония).

16. Точение поверхностей фланца (восстановление технологичес­ких баз, центрирование вала в приспособлении по торцевым шли­цам). Универсальный токарный станок высокой точности.

17. Сверление, зенкерование и развертывание отверстий во фланце. Радиально-сверлильный станок 2М55.

18. Контроль внешних дефектов материала вала ЛЮМ-1.

19.Деформационное упрочнение микрошариками поверхностей торцевых шлицев (диаметр 0, 16...0, 3 мм). Специальная установка.

20.Окончательный контроль вала.

Механическая обработка валов. Механическая обработка наруж­ных и внутренних поверхностей валов осуществляется в основном на высокоточных металлорежущих станках с ЧПУ, обеспечивающих заданную точность и разностенность валов в пределах 0, 1 мм.

Механическая обработка (лезвийная и абразивная) валов обычно разделяется на три этапа: черновую (обдирку), чистовую и оконча­тельную.

Черновой обработкой достигается равномерное распределение припусков на последующую обработку и удаляются поверхностные дефекты материала заготовки. Ее проводят при напряженных режи­мах, ограничиваемых допускаемыми деформациями вала под дей­ствием усилий резания и закрепления. При значительных масштабах производства здесь чаще применяют мощные и жесткие станки высокой производительности.

При чистовой обработке снимают значительно меньшие припуски, чем при черновой. Режимы обработки здесь назначают менее напря­женными во избежание деформаций как всего вала, так и его повер­хностных слоев. При серийном производстве на этом этапе применя­ют производительные многорезцовые токарные станки, часто снаб­женные копировальными устройствами. Основная цель этого этапа — получить вал с малыми припусками на окончательную обработку.

Здесь должны быть исправлены погрешности после первого этапа механической обработки и коробление после термообработки.

При окончательной обработке требуется получить заданные точность, шероховатость поверхности и физико-химическое состояние поверхностного слоя рабочих поверхностей вала. По этой причине здесь недопустимы условия, при которых могут возникнуть значи­тельные погрешности вследствие деформации и нагрева детали. Наибольший удельный вес на этом этапе имеет абразивная обработка на шлифовальных станках. Кроме того, применяются различные методы отделки (хонингование, суперфиниширование, алмазное выглаживание и полирование). На этом же этапе, как правило, обрабатывают резьбу, шлицы и другие поверхности, которые могли бы быть повреждены, если бы их обрабатывали раньше.

При построении технологического процесса обработки вала обычно придерживаются такой последовательности, чтобы на последних этапах внутренние поверхности обрабатывались ранее наружных. Это обусловлено тем, что концентричность наружных и внутренних поверхностей проще обеспечить, если вначале обработать внутренние поверхности, используя их затем в качестве технологических баз для обработки наружных. Бывают, однако, случаи, когда от этого прави­ла приходится отступать и окончательно обрабатывать отверстия в конце технологического процесса. Так, в частности, поступают, если вал имеет впрессованные вкладыши из мягкого металла (например, из свинцовистой бронзы); использование окончательно обработанных отверстий вкладышей в качестве технологической установочной базы могло бы привести к надирам при установке на оправку.

Термическая обработка валов. Большое внимание необходимо уделять выбору места термической обработки. Термоулучшаемые валы, например, можно подвергать закалке как до механической обработки, так и после первого этапа. В первом случае, очевидно, отпадет необходимость в транспортировке валов из механического цеха в термический и обратно, и тем самым сокращается длитель­ность цикла обработки. Однако это не всегда удается. При наличии больших припусков на обработку возникает опасность непрокаливания валов. Такие валы вначале обдирают, а затем подвергают термо­обработке.

Для валов, имеющих отдельные цементируемые участки, место термообработки в технологическом процессе зависит в основном от способа защиты нецементируемых поверхностей.

Металлографические макро- и микроструктурные исследования наплавленного металла, зоны оплавления или диффузии припоя, зоны термического влияния и основного металла позволяют опреде­лить правильность выбранного режима сварки или пайки. Исследова­ние микроструктуры особенно важно при сварке или пайке деталей из жаропрочных сплавов.

Механические испытания сварных и паяных соединений произво­дятся на образцах, вырезанных из одной детали от партии, или на специально изготовленных. Механические испытания, статические (растяжение, сжатие, изгиб) и динамические (удар, вибрация) выпо­лняются по обычным методикам испытания металлов.

Просвечиваются швы рентгеновскими и гамма-лучами.