НОВЫЕ ПОДХОДЫ, РАЦИОНАЛЬНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ И ВЫСОКОПРОИЗВОДИТЕЛЬНЫЙ ИНСТРУМЕНТ КОМПАНИИ ISCAR ДЛЯ ОБРАБОТКИ ЛОПАТОК КОМПРЕССОРА ГТД

 

Роман Николаевич Фоменко, аспирант РГАТА им. П.А. Соловьева

 

Уже много десятилетий подряд газотурбинный двигатель является одной из наиболее сложных систем когда-либо созданных человеком. Не одно поколение научных школ конструкторов и технологов неустанно трудилось над созданием новых и совершенствованием старых образцов авиационной техники. Накоплен огромный опыт в деле ее производства и эксплуатации. Однако и в настоящее время у производителей возникает немало проблем в процессе изготовления и сборки двигателей летательных аппаратов и наземных газотурбинных установок. Компрессор по праву считается сложным и ответственным узлом газотурбинного двигателя. Наиболее сложными и нетехнологичными деталями компрессора являются лопатки. Их изготовление в силу ряда причин вызывает существенные трудности даже у самых передовых в этой области компаний. Лопатки компрессора в основном изготавливаются из титановых сплавов.

Титановые сплавы обладают высоким пределом прочности и низким коэффициентом теплопроводности, что является причиной высокой температуры в зоне резания. С увеличением температуры прочность режущей части инструмента резко снижается, что приводит к потере ее формоустойчивости и поломке инструмента. Температура размягчения твердого сплава составляет примерно 850...1100 °С; при такой температуре действительный предел прочности титановых сплавов остается достаточно высоким. Поэтому титан обрабатывается на низких скоростях резания с относительно невысокой и равномерной подачей.

Другая немаловажная проблема, возникающая при обработке лопаток компрессора - это их низкая жесткость, которая является причиной возникновения вибраций и как следствие, следов дробления и высокой шероховатости на поверхности детали. Также низкая жесткость детали ограничивает силу резания, превышение допустимого значения которой вызывает прогибы детали и выход обеспечиваемого размера из поля допуска.

Высокая сложность профиля, большое количество радиусных сопряжений и обработка лопатки при ее вращении вокруг главной оси являются причиной использования концевых фрез различной конфигурации. Диаметр инструментов обычно не превышает 20 мм, а длина вылета фрезы должна быть не меньше ширины лопатки, поэтому такие инструменты также характеризуются невысокой жесткостью и относительно низкой стойкостью. Специалисты компании ISCAR понимают все трудности, с которыми сталкивается производитель, и предлагают новые подходы, рациональные технические решения и высокопроизводительные инструменты для всех областей механообрабатывающего производства. Широкий спектр высокопроизводительных и надежных инструментов компании ISCAR, являющейся сегодня одним из лидеров на рынке металлорежущего инструмента, позволяет оптимизировать существующие и проектировать перспективные технологические процессы.

Вот наглядный пример оптимизации существующего технологического процесса путем внедрения в производство высокопроизводительного инструмента компании ISCAR. Считается, что одновременное увеличение производительности обработки и качества изготавливаемых деталей в большинстве случаев невозможно, однако специалисты компании ISCAR думают по-другому. Проведенная оптимизация позволила значительно повысить как производительность обработки, так и качество деталей и получить существенный экономический эффект с учетом всех затрат. На одном из ведущих отечественных авиационных предприятий обработка кромок и профиля лопаток компрессора ранее осуществлялась с использованием обычных твердосплавных инструментов.

Для подрезки кромок лопатки был предложен новый инструмент - фреза и пластина Mini HELI PLUS. Представленные на рис. 2 инструменты прекрасно зарекомендовали себя при высокопроизводительной обработке сплавов на основе титана и нержавеющих сталей. Основные преимущества инструмента HELI PLUS, выгодно отличающие его от конкурентов:

-большее количество зубьев на относительно небольшом диаметре, что позволяет значительно увеличить минутную подачу;

-увеличенный радиус кромки обеспечивает высокую прочность режущей пластины;

-используются сменные пластины, изготовленные из мелкозернистого твердого сплава IC908, обладающего более высокой прочностью и твердостью по сравнению с обычными марками твердых сплавов;

-износостойкое покрытие TiAlN, наносимое по специальной низкотемпературной PVD технологии, благодаря низкому коэффициенту трения существенно снижает силу резания и температуру, а также повышает стойкость пластин минимум в 2…3 раза;

-большой передний угол и остро заточенная кромка пластины также способствует значительному снижению силы резания.

Конструкция большинства сменных головок позволяет производить их переточку на обычных заточных станках, однако при переточке в условиях потребителя возможны прижоги, происходит искажение геометрии, удаляется износостойкое покрытие, и как следствие становится невозможно прогнозировать стойкость инструмента. Тогда как при использовании новых фрез Multi MASTER компании ISCAR постоянство геометрических и механических параметров инструмента обеспечивается на очень высоком уровне, а значит, обеспечивается стабильность операции механической обработки, что особенно важно в условиях серийного производства.

Как показывает опыт, при обработке лопаток компрессора частая замена инструмента отрицательно сказывается на точности обеспечиваемых размеров, т.к. колебания размеров переточенных концевых фрез и погрешность настройки - это весомая часть общей погрешности обработки. Высокая точность и жесткость фрез Multi MASTER обеспечивает стабильность снимаемого припуска и повторяемость результатов настроенного процесса обработки.

Все указанные преимущества предлагаемой концепции обеспечивают минимально возможное время на смену инструмента и позволяют отказаться от цельных твердосплавных фрез, высокая цена которых главным образом связана с неэффективным использованием твердого сплава. Даже у небольших концевых фрез большая часть дорогостоящего твердого сплава остается неиспользованной, что существенно повышает стоимость такого инструмента. Высокая эффективность и более низкая себестоимость фрез Multi MASTER доказана на практике. Для оптимизируемого технологического процесса замена обычного инструмента на фрезы Multi MASTER компании ISCAR позволила поднять производительность обработки и качество обработанной поверхности.
Замена обычного инструмента на фрезы Multi MASTER компании ISCAR позволяет не только поднять производительность обработки на 40 %, но и увеличить стойкость инструмента в 4,5 раза. Даже самые приближенные расчеты доказывают экономическую эффективность предлагаемого технического решения. Приведенные примеры эффективного использования инструментов компании ISCAR подтверждают, что все предлагаемые решения находятся на пике технического прогресса, помогают производителю обеспечивать высокую производительность, минимальную себестоимость продукции, тем самым решая краеугольную задачу любого механообрабатывающего производства.