Дипломная работа. Пояснительная записка. Содержание Введение Общие вопросы выпускной работы 11

• Название: Содержание Введение Общие вопросы выпускной работы 11
• Анкор: Дипломная работа
• Дата: 05.02.2023
• Размер: 2.17 Mb.
• Имя файла: Пояснительная записка.doc
• Тип: Реферат; #921496
• страница: 2 из 8

1. Задание на выполнение ВКР.

2. Чертеж лопатки рабочей второй ступени КВД.

3. Чертеж заготовки.

4. Технологическая документация действующего производства (Отчет по практике).

5. Годовая программа выпуска – 200 газотурбинных двигателей.

1.1.1. Расчет годового объема выпуска лопаток

Годовой объем выпуска лопаток определим по формуле (1):

, шт./год (1)

<sub>где Nгод – 200 шт.;

mi –количество деталей в одном изделии – 69 шт.;

β – процент запасных деталей – 7%;

α – процент возможного брака – 1%;

Подставляя значения в формулу получим:</sub>

, шт./год
1.1.2 Расчет такта выпуска
Определим такт выпуска по формуле (2):

, мин/шт. (2)
где F – действительный годовой фонд времени, определяется по формуле:
, где

К_р – коэффициент учитывающий простои оборудования в плановых ремонтах К_р = 0,965;

D_р – количество рабочих дней в году D_р = 253,

Т_см – продолжительность рабочей смены Т_см = 8 час.;

S – количество смен.

, мин.

Подставляя полученные значения в формулу получим:
, мин/шт.

1.2.Служебное назначение и техническая характеристика лопатки
Рабочие лопатки компрессора высокого давления (КВД) являются наиболее нагруженными деталями, которые в свою очередь определяют эффективность, надежность и ресурс газотурбинных двигателей. Ресурс работы лопаток в авиационных двигателях для военной авиации составляет 500...1000 ч, а для гражданской авиации 10000…20000 часов. Лопатки работают в тяжелых условиях (высокие температуры воздуха (газа) во время работы компрессора 300...600⁰С). Неоднократное изменение тепловых режимов работы двигателя возникающих при быстром нагреве в момент пуска и быстром охлаждении при остановке двигателя - вызывает изменение термических напряжений циклического характера, которые характеризуются как термическая усталость.

Профильная часть пера и хвостовик лопаток помимо растяжения и изгиба от центробежных сил, изгиба и кручения от газового потока испытывают переменные напряжения от вибрационных нагрузок, амплитуда и частота которых изменяются в широких пределах.

Надежность рабочих лопаток компрессора зависит не только от конструктивной прочности, сопротивления циклическим и длительным статическим нагрузкам, но и от технологии их изготовления.

Изготовление лопаток является важным этапом в производстве авиационных двигателей, который определяется рядом факторов, главными из которых являются:

1. 
   Сложность геометрической формы пера и хвостовика;
   
2. 
   Высокие требования по точности и шероховатости поверхностей;
   
3. 
   Высокие требования к прочности и остаточным напряжениям;
   
4. 
   Применение дорогостоящих и дефицитных материалов;
   
5. 
   Высокая трудоемкость изготовления;
   
6. 
   Наличие ручных операций в технологических процессах;
   
7. 
   Большие программы выпуска;
   
8. 
   Необходимость оснащения производства дорогим и высокоточным оборудованием как для обработки, так и для контроля.
   

Деталь «Лопатка рабочая второй ступени КВД» - это деталь, входящая в состав копрессора высокого давления газотурбинного двигателя АИ-222-25 и представляющая собой деталь сложного геометрического профиля.

Данная деталь предназначена для изменения энергии потока воздуха.

Чертеж лопатки рабочей вставлен в графической части работы (см. приложение А, лист 1).

Хвостовик детали имеет профиль типа «ласточких хвост», длина профиля –

19,4_-0,13 мм, угол наклона профиля относительно проскости симметрии хвостовика - 58°30'. Для обработки хвостовика применяются операции протягивания на вертикально-протяжных станках.

Заготовка для лопатки рабочей второй ступени КВД получается штамповкой, выбираем материал ВТ8-М1, так как он хорошо себя зарекомендовал при традиционной технологии штамповки, обладает высокой усталостной прочностью, высоким рабочим ресурсом и высокой трещиностойкостью.

Перо лопатки имеет протяженную сложную пространственную форму и спроектировано по определенному закону для обеспечения максимальной тяги. Длина рабочей части пера составляет 38 мм с переменным профилем в поперечных сечениях вдоль оси Z. Эти сечения строго ориентированы относительно базовой расчетной плоскости и профиля замка. В поперечных сечениях заданы расчетные значения точек, определяющих теоретический профиль спинки и корыта лопатки в координатной системе XY. Значения этих координат задаются табличным способом.

Смещение каждого сечения профиля от номинального расположения в направлении оси X и оси Y не более 0,2 мм. Разворот каждого сечения профиля от номинального расположения вокруг оси Z-Z не более 12'. Профиль пера обрабатывается на фрезерном станке с ЧПУ предварительно, затем полируется полировальным кругом и упрочняется на ультразвуковой установке металлическими шариками.

Габаритные размеры лопатки показаны на рисунке 1.2.

Компрессор имеет десять ступеней и состоит из рабочих лопаток, рабочего колеса, и вала. На рабочем колесе КВД второй ступени крепится 69 рабочих лопаток. Вал представляет собой тонкостенную оболочку с двумя фланцами, по которым осуществлено соединение вала с дисками компрессора. Цапфа обеспечивает опирание ротора о роликовый подшипник.

Рабочие лопатки компрессора являются роторными. Рабочие лопатки вместе с рабочим колесом и направляющим аппаратом составляют вторую ступень компрессора высокого давления.

Компрессор высокого давления предназначается для сжатия рабочего тела (воздуха) перед подачей его в камеру сгорания.

Деталь «Лопатка рабочая второй ступени КВД» изготовлена из жаропрочного титанового сплава ВТ-8М1. Важным достоинством которого является, термическая стабильность, а также высокие механические свойства и коррозионная стойкость при малом удельном весе, что позволяет значительно уменьшить массу двигателя. Все эти качества позволяют успешно использовать материал ВТ8-М1 в качестве материала для изготовления детали лопатка рабочая второй ступени КВД авиационного двигателя типа АИ-222-25, который устанавливается на учебно-боевой самолет ЯК-130.



Рисунок 1.2. Габаритные размеры лопатки рабочей 2-й ступени КВД.
Материал лопатки относится ко второй группе контроля, которая предусматривает тщательную проверку качества каждой лопатки (ЛЮМ1-ОВ, ультразвуковой, травления на макроструктуру, предела усталостной прочности готовой лопатки).

Химический состав материала ВТ8М-1 приведен в таблице 1.1

Прочностные свойства материала ВТ8М-1 приведены в таблице 1.2
Таблица 1.1 - Химический состав в % материала ВТ8М-1 (ОСТ1 9006-86)

Fe	C	Si	Mо	N	Ti	Al	Zr	О	Примеси
До 0,3	До 0,1	0,1 – 0,22	3 – 4,3	До 0,03	85,78-91	5 – 5,8	0,3 – 1,5	До 0,15	Прочих 0.3

Таблица 1.2 - Прочностные свойства материала ВТ8М-1

Предел кратковременной прочности при разрыве σВ, МПа	Предел выносливости σ, МПа	Ударная вязкость KCU, кДж/м2	Относительное удлинение при разрыве Δ, %
930 - 980	530	200-300	6 - 8

1.3. Краткая характеристика уровня техники и технологии на предприятии
На предприятии ОДК «Салют» в настоящее время низкий уровень автоматизации технологических процессов, а также медленно внедряются новые технологии. Связано это с небольшим годовым объемом выпуска изделий. При производстве рабочих лопаток компрессоров применяется много ручных операций, что увеличивает время изготовления, большие затраты энергоресурсов, неудобство расположения технологического оборудования в цехе, но при этом данные технологические процессы обеспечивают требуемую точность и качество изделий.

2.Технологическая часть

2.1. Анализ технических требований на деталь
Основными конструктивными элементами лопаток являются перо, хвостовик, полки пера и хвостовика, антивибрационные и бандажные полки. Перо лопаток турбины значительно толще пера лопаток компрессора и имеет толщину, изменяемую по его высоте, а также большую кривизну (малый радиус окружности, вписанной в профиль поперечного сечения). Лопатки – штампованные. Данная конструкция лопатки классифицируется как бесполочная лопатка с открытым профилем рабочей части. Хвостовая часть лопатки ограничена профильной поверхностью «ласточкин хвост» для крепления к диску рабочего колеса турбины.

Регламентируются предельные отклонения размеров сечений рабочей части лопатки переменного профиля, a именно: L — хорды; B — ширины; С_max — толщины; С₂ — толщины выходной кромки (см. приложение А, лист 2). Также регламентируются предельные отклонения профиля от его теоретического положения и прямолинейности (см. приложение А, лист 2).

Предельные отклонения параметров «L», «B» и «С_max» зависят от номинального размера хорды профиля, а параметра С₂ направляющих и от номинального размера толщины входной кромки.

Допуски на параметры профилей рабочей части рабочих лопаток аналогичны направляющим лопаткам.

У большинства конструкций рабочих лопаток размеры хорды профиля находятся в пределах от 20 до 300 мм. Размеры толщины выходной кромки рабочих лопаток находятся в пределах от 0,5 до 1,3 мм. С учётом указанного диапазона размеров назначены возможные предельные отклонения на размеры «L», «B» и «С_max» и С₂, а также от теоретического профиля и прямолинейности.

Конструкция детали является сложной, что приводит к трудностям при ее изготовлении. Для формирования профиля замка типа «ласточкин хвост» применяют операции протягивания, а предварительное формирование профиля пера происходит на фрезерном станке с ЧПУ. Окончательное формирование профиля пера производится с применение ручных операций (полирования и слесарных операций).

Действующий технологический процесс производства лопатки относится к крупносерийному типу.
2.2. Анализ конструкции лопатки на технологичность
Для изготовления лопатки, рассматриваемой в данной работе, применяется титановый, жаропрочный сплав ВТ-8М1.

При изготовлении лопатки проводится достаточное количество ручных операций. Это полировальные операции, слесарные, промывочные, которые увеличивает штучное время изготовления детали и себестоимость лопатки. Всё вышеперечисленные операции снижают технологичность

Оценку технологичности проводят с помощью показателей, которые характеризуют технологическую рациональность конструктивных решений.

В качестве количественных показателей рассматриваются коэффициент использования материала (К_им), точности (К_точн.), шероховатости (К_ш), а также коэффициент обрабатываемости (К_об).

Коэффициент использования материала определяется по формуле 3:

, (3)
где М_д – масса готовой детали, кг;

М_з – масса заготовки; кг.
Для детали «Лопатка рабочая 2-й ступени КВД» коэффициент использования материала будет равен:

Высокий коэффициент использования материала объясняется использованием точной горячей штамповки, так как заготовка максимально приближена по размерам, формам и точности к параметрам готовой детали.
Коэффициент точности определяется по формуле 4:
, (4)

где Т_ср – средний квалитет точности поверхностей ,

где П_i - число поверхностей i-го квалитета точности;

Т_i – i-й квалитет точности;

П – общее число поверхностей.

Численные значения i-го квалитета точности Т_i и числа поверхностей П_i приведены в таблице 2.2.
Таблица 2.2

Пi	Тi	ПiТi
5	4	20
1	12	12
6	5	30
7	7	49
∑Пi = 19	∑Тi = 28	∑ ПiТi = 111

Подставив значения в формулу получим значение среднего квалитета точности:


Следовательно коэффициент точности будет равен:

Так как К_точн = 0,83 > 0,8, то деталь считается технологичной и относится к весьма точной; [1].

Коэффициент шероховатости определяется по формуле 5:
, (5)

где Ш_ср – средняя шероховатость поверхностей - ,

где Ш_i - шероховатости обрабатываемых поверхностей;

n_i – количество поверхностей для каждой величины шероховатости.

Численные значения шероховатостей обрабатываемых поверхностей Ш_i и количества поверхностей n_i приведены в таблице 2.3.
Таблица 2.3

Шi (Ra)	ni	Шini
0,4	5	2
0,8	6	4,8
1,6	7	11,2
6,3	1	6,3
∑Шi = 9,1	∑ni = 19	∑ Шini = 24,3

Тогда средняя шероховатость поверхностей будет равна:


Следовательно коэффициент шероховатости будет равен:



Полученное значение коэффициента шероховатости говорит о том, что к поверхностям лопатки предъявляются довольно высокие требования по шероховатости поверхностей; [1].

Для сравнения обрабатываемости резанием различных материалов определяют коэффициент обрабатываемости К_об.
В качестве эталонного материала принимают Сталь 45, так как для нее коэффициент обрабатываемости равен 1.

Титановый жаропрочный сплав ВТ8М-1 существенно уступает Стали 45 по обрабатываемости , так как коэффициент обрабатываемости данного сплава приблизительно равен 0,45; [11], (табл.2).

Поэтому для обработки лопатки второй ступени КВД применяют инструментальные материалы повышенной прочности : быстрорежущие стали и однокарбидные сплавы группы ВК.

По результатам полученных значений коэффициентов можно сделать вывод. По форме, точности шероховатости деталь можно считать технологичной однако следует учитывать снижение технологичности из – за труднообрабатываемого материала.