RU2500506C1 - Способ изготовления аэродинамических поверхностей лопаток роторов газотурбинных двигателей на станках с чпу - Google Patents
Способ изготовления аэродинамических поверхностей лопаток роторов газотурбинных двигателей на станках с чпу Download PDFInfo
- Publication number
- RU2500506C1 RU2500506C1 RU2012116885/02A RU2012116885A RU2500506C1 RU 2500506 C1 RU2500506 C1 RU 2500506C1 RU 2012116885/02 A RU2012116885/02 A RU 2012116885/02A RU 2012116885 A RU2012116885 A RU 2012116885A RU 2500506 C1 RU2500506 C1 RU 2500506C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- blades
- machining
- allowance
- gas turbine
- frequencies
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
- Milling Processes (AREA)
Abstract
Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при обработке профиля пера рабочих лопаток газотурбинных двигателей. Способ основан на выборе безопасной частоты вращения шпинделя, обеспечивающей исключение резонанса между частотами колебаний фрезы, воздействующих на обрабатываемую поверхность, и собственными частотами обрабатываемой лопатки, которую закладывают в управляющие программы обработки. Обработку осуществляют позонным снятием припуска с использованием упомянутых программ. Обеспечивается обработка лопаток, имеющих малые относительные толщины при выраженном осевом габарите. Сокращается время изготовления. 12 ил., 1 табл.
Description
Предлагаемое изобретение относится к области обработки металлов резанием и может быть использовано в машиностроении, а именно в авиадвигателестроении, при обработке профиля пера рабочих лопаток газотурбинных двигателей, в частности лопаток компрессора, концевыми фрезами на фрезерных станках с числовым программным управлением (ЧПУ).
При изготовлении аэродинамических моделей лопаток роторов газотурбинных двигателей, предъявляются особые требования к точности изготовления (~0,02-0,05 мм), существенно превышающие требования к конструкциям в составе серийных изделий. Основную сложность представляет изготовление аэродинамических поверхностей лопаток, имеющих малые относительные толщины при выраженном осевом габарите (200-300 мм). Толщина профиля в концевом сечении может достигать 0,7-0,8 мм при длине хорды ~40 мм. При таких толщинах наряду с требованиями по точности изготовления возникает ряд эффектов, существенно осложняющих изготовление таких деталей.
Сила резания при фрезеровании отжимает деталь от инструмента. При малых относительных толщинах, характерных для лопаток вентиляторов, величина отжима может существенно превышать точность обработки, что приведет к недоработке припуска в зонах с малой жесткостью и соответственно больших прогибов. Определяющее влияние на величину прогиба оказывают сила резания, последовательность удаления и величина припуска, повышающего жесткость обрабатываемой поверхности тонкостенных деталей и их элементов. При этом сила резания определяется положением фрезы, относительно обрабатываемой поверхности (пространственной ориентацией), направлением движения фрезы относительно поверхности, величинами технологических параметров обработки (подача на зуб, величина припуска на обработку, шага между строчками), которые определяют производительность.
При обработке лопаток выбор стратегии обработки и технологических параметров диктуется требованиями к точности изготовления. Известен способ обработки нежестких деталей (описание изобретения к авторскому свидетельству SU 1400798, МПК4 В23С 3/00, заявл. 23.12.86, опубл. 07.06.88 г.), преимущественно лопаток газотурбинных двигателей, концевой фрезой, при котором определяют величину снимаемого припуска, ведут обработку за один проход и перемещают фрезу вдоль обрабатываемой поверхности эквидистантно ей. Обработку ведут периферийной частью концевой фрезы. После обработки первой детали определяют погрешность ее изготовления, замеряют величину отжима детали на ширине обработки и корректируют положение фрезы и детали относительно друг друга с учетом величины этого отжима. При данном способе обработки получается невысокая точность обработки при малых скоростях резания. Для уменьшения брака от вибраций оставляют значительный (0,1-0,15 мм) припуск для слесарной доработки, которая увеличивает время изготовления деталей и снижает точность изготовления.
Также известен способ обработки нежестких деталей (описание изобретения к авторскому свидетельству SU 1502230, МПК4 В23С 3/00, заявл. 19.10.87, опубл. 23.08.88 г.), преимущественно лопаток газотурбинных двигателей, концевой фрезой, при котором определяют величину снимаемого припуска, ведут чистовую обработку за один проход и перемещают фрезу вдоль обрабатываемой поверхности эквидистантно ей. Обработку ведут периферийной частью концевой фрезы. После обработки первой детали определяют погрешность изготовления, замеряют величину отжима детали и фрезы и путем изменения упругих характеристик фрезы уравнивают величины упругих отжимов фрезы и детали, затем при обработке остальных деталей глубину резания увеличивают на указанную величину отжатия. При данном способе обработки получается невысокая точность обработки из-за вибраций, возникающих при упругих колебаниях режущего инструмента, имеющего значительный вылет. Для снижения процента брака оставляют значительный (0,1-0,15 мм) припуск для слесарной доработки, которая увеличивает время изготовления деталей и снижает точность изготовления.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является изобретение «Способ обработки лопаток газотурбинных двигателей» по патенту РФ №2419520 С1, МПК В23С 3/18, 2009 г., согласно которому определяют величину снимаемого припуска, ведут обработку за один проход концевой торовой фрезой, которую перемещают эквидистантно обрабатываемой поверхности.
Для обеспечения плавного перехода от пера лопатки к замку фрезу относительно обрабатываемой поверхности перемещают по спирали. В таком способе необработанная часть детали выполняет роль люнета, что теоретически исключает отжим фрезы и детали, корректировка положения детали и фрезы относительно друг друга проводится после обработки первой детали.
Основным недостатком вышеуказанного способа является присутствие неконтролируемых вибраций, возникающих при больших частотах воздействия фрезы на деталь. Вибрации при обработке деталей с малой относительной толщиной приводят к возникновению глубоких рисок на поверхности, отжиму обрабатываемой детали от инструмента и, как следствие, к браку.
При изготовлении аэродинамических поверхностей лопаток роторов биротативных однорядных вентиляторов газотурбинных двигателей, имеющих малые относительные толщины при выраженном осевом габарите в режиме высокоскоростного фрезерования данный способ неприемлем.
Задачей и техническим результатом предлагаемого изобретения является изготовление аэродинамических поверхностей лопаток роторов газотурбинных двигателей, имеющих малые относительные толщины при выраженном осевом габарите и максимально возможное сокращение сроков их изготовления.
Решение задачи технический результат достигаются тем, что в способе фрезерования на станках с ЧПУ моделей лопаток роторов газотурбинных двигателей, основанном на определении величины снимаемого припуска, обработке лопатки концевой торовой фрезой, которую перемещают эквидистантно обрабатываемой поверхности, для обрабатываемой лопатки строят последовательность конечно-элементных моделей с моделированием условий закрепления лопатки, соответствующих последовательному позонному удалению предварительно заданной величины припуска при обработке, рассчитывают значения собственных частот обрабатываемой лопатки для каждой зоны, для коррекции полученных значений собственных частот дополнительно измеряют собственные частоты обрабатываемой лопатки экспериментально для каждой зоны с использованием системы «возбудитель-датчик», проводят оценку совпадения расчетных и экспериментальных частотных характеристик обрабатываемой лопатки объединяют зоны с близкими частотными характеристиками, по выбранному значению частоты колебаний лопатки корректируют частоту вращения шпинделя станка таким образом, чтобы исключить резонанс при взаимодействии со спектральными составляющими силы резания, полученный результат закладывают в управляющие программы обработки лопаток.
На фигуре 1 показан эскиз лопатки.
На фигурах 2-5 показана последовательность конечно-элементных моделей (несколько вариантов по этапам удаления материала, описывающих процесс реконфигурировании детали - последовательного изменения ее геометрических параметров по мере обработки заготовки) с моделированием условий закрепления.
На фигуре 6 показана финишная конфигурация конечно-элементной модели лопатки.
На фигуре 7 представлена фотография лопатки со следами резонансного воздействия возбуждающих колебаний режущего инструмента.
На фигуре 8 представлено совпадение теоретического расчета с результатами, полученными на практике (фигура 7).
На фигуре 9 показан способ проверки совпадения частоты собственных колебаний лопатки для первых 5-ти форм и частот возбуждающих колебаний от воздействия режущего инструмента при конкретной длине инструмента для выбранной зоны обработки (L=150 мм).
На фигуре 10 представлена фотография экспериментального измерения собственной частоты обрабатываемой модели лопатки с использованием системы «возбудитель-датчик».
На фигуре 11 показано определение ширины резонансной кривой через резонансные диапазоны по результатам расчета.
На фигуре 12 показаны резонансные диапазоны по результатам расчета собственных форм и частот изготовляемой детали - лопатки ротора газотурбинного двигателя и выбор безопасной частоты вращения фрезы (n=4400 об/мин).
При изготовлении аэродинамических поверхностей моделей лопаток роторов газотурбинных двигателей, имеющих малые относительные толщины при выраженном осевом габарите (200÷300 мм) появляются вибрации при обработке деталей с малой относительной толщиной, которые приводят к неконтролируемому отжиму детали и, как следствие, к браку. Для лопатки жесткость в направлении нормали к поверхности в точках, отмеченных на фигуре 1 приведена в таблице 1 (припуск 2 мм что соответствует конечно-элементной модели, приведенной на фигуре 2).
Таблица 1 | ||
№ точки | Жесткость, Н/мм | Отжим при обработке, мм |
1 | 804 | 0,037 |
2 | 449 | 0,067 |
3 | 505,8 | 0,059 |
4 | 520 | 0,058 |
Точки 2,3,4, имеющие наименьшую жесткость, соответствуют наибольшему отжиму детали и недоработке поверхности, для устранения отжима детали в зоне включающей точки 2,3,4 (таблица 1) применяют поддерживающий платик (показан на фигуре 2), подлежащий удалению по окончанию фрезерной обработки.
При подготовке технологического процесса чистового фрезерования на станках с ЧПУ деталей, имеющих малую жесткость и склонных к возникновению вибраций в процессе обработки, применяют выбор безопасной частоты вращения шпинделя, основанный на уточнении технологических параметров чистовой финишной обработки из условий, которые исключают резонанс между частотами воздействия фрезы на обрабатываемую поверхность и собственными частотами обрабатываемой заготовки, при ее реконфигурировании от исходной до финишной конфигурации готовой детали.
Выбор безопасной частоты вращения шпинделя, основанный на уточнении технологических параметров чистовой финишной обработки из условий, которые исключают резонанс между частотами воздействия фрезы на обрабатываемую поверхность и собственными частотами обрабатываемой лопатки достигают следующим способом:
- для обрабатываемой лопатки строят расчетную последовательность конечно-элементных моделей с моделированием условий закрепления, соответствующих последовательному позонному удалению предварительно заданной величины припуска при обработке (фигуры 2-6);
- рассчитывают собственные частоты обрабатываемой лопатки для каждой зоны (один из примеров результатов расчета показан на фигуре 8);
- для коррекции полученных значений измеряют собственные частоты обрабатываемой лопатки экспериментально с использованием системы «возбудитель-датчик» для каждой зоны (показано на фигуре 10);
- проводят оценку совпадения расчетных и экспериментальных частотных характеристик обрабатываемой лопатки;
- объединяют зоны с близкими частотными характеристиками;
- по выбранному значению частоты колебаний лопатки корректируют частоту вращения шпинделя таким образом, чтобы исключить резонанс при взаимодействии со спектральными составляющими силы резания.
Из графика, приведенного на фиг.9 видно, что собственные формы (№№4 и 5) пересекаются с возбуждающими гармониками кратными частоте вращения фрезы, вертикальной двухсторонней стрелкой показаны возможные направления коррекции возбуждающих гармоник, путем переназначения частоты вращения фрезы. Из графика, видно, что, несмотря на выбор рациональной частоты f=370 Гц, ее возбуждающие гармоники (кратные частоты), тем не менее, пересекают 4-ую и 5-ую форму в так называемых опасных точках. Эти точки могут привести к резонансу. Поэтому нужно произвести дополнительные расчеты 4-ой и 5-ой форм колебаний и, при необходимости, коррекцию частоты f. После локального расчета этих форм подтверждаем что траектория прохода фрезы не задевает локальные максимумы частот собственных колебаний лопатки.
На фигуре 11 показано определение ширины коридора под резонансной кривой по результатам расчета. Коридор между граничными частотами f1 и f2 запрещен, так как при частотах, внутри коридора наиболее вероятно возникновение явления резонанса.
- на фигуре 12 отрезками показаны интервалы частот вращения шпинделя (запрещенные коридоры) при которых возникают явления резонанса, так же на фигуре 12 показаны два разрешенных коридора скоростей вращения шпинделя (допустимая частота вращения шпинделя 3200-3300 об/мин, и оптимальная частота вращения шпинделя 4300-4400 об./мин.).
- полученный результат - оптимальную скорость вращения шпинделя закладывают в управляющие программы обработки деталей.
Поскольку решением задачи и техническим результатом изобретения является изготовление аэродинамических поверхностей лопаток роторов газотурбинных двигателей, имеющих малые относительные толщины при выраженном осевом габарите и максимально возможное сокращение сроков их изготовления, то найденная оптимальная частота вращения шпинделя станка n, исключающая явление резонанса позволяет решить эту задачу. Данный метод был успешно применен к изготовлению лопаток роторов газотурбинных двигателей.
Claims (1)
- Способ изготовления аэродинамических поверхностей лопаток роторов газотурбинных двигателей на станках с ЧПУ, включающий определение величины снимаемого припуска и обработку концевой торовой фрезой, которую перемещают эквидистантно обрабатываемой поверхности, отличающийся тем, что выбирают оптимальную частоту вращения шпинделя, обеспечивающую исключение резонанса между частотами колебаний фрезы, воздействующих на обрабатываемую поверхность, и собственными частотами обрабатываемой лопатки, которую закладывают в управляющие программы обработки, и осуществляют позонное снятие припуска с использованием упомянутых программ,
при этом для выбора оптимальной частоты вращения шпинделя строят последовательность конечно-элементных моделей с моделированием условий закрепления лопатки, соответствующих последовательному позонному снятию предварительно заданной величины припуска,
рассчитывают значения собственных частот колебаний обрабатываемой модели лопатки для каждой зоны с их коррекцией при дополнительном измерении указанных частот с использованием системы «возбудитель-датчик»,
проводят оценку совпадения расчетных и экспериментальных собственных частот колебаний обрабатываемой модели лопатки,
объединяют зоны с близкими частотными характеристиками, из которых выбирают значение частоты колебаний модели лопатки, по которой осуществляют выбор упомянутой оптимальной частоты вращения шпинделя.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012116885/02A RU2500506C1 (ru) | 2012-04-27 | 2012-04-27 | Способ изготовления аэродинамических поверхностей лопаток роторов газотурбинных двигателей на станках с чпу |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012116885/02A RU2500506C1 (ru) | 2012-04-27 | 2012-04-27 | Способ изготовления аэродинамических поверхностей лопаток роторов газотурбинных двигателей на станках с чпу |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2012116885A RU2012116885A (ru) | 2013-11-10 |
RU2500506C1 true RU2500506C1 (ru) | 2013-12-10 |
Family
ID=49516470
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012116885/02A RU2500506C1 (ru) | 2012-04-27 | 2012-04-27 | Способ изготовления аэродинамических поверхностей лопаток роторов газотурбинных двигателей на станках с чпу |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2500506C1 (ru) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104827388A (zh) * | 2015-05-06 | 2015-08-12 | 中国南方航空工业(集团)有限公司 | 分度磨工夹具 |
RU2578868C2 (ru) * | 2014-01-09 | 2016-03-27 | Глеб Анатольевич Губанов | Виброгаситель для фрезерования тонкостенных деталей |
RU2588757C2 (ru) * | 2014-07-31 | 2016-07-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | Способ изготовления аэродинамических поверхностей лопаток роторов газотурбинных двигателей на станках с чпу |
CN108714771A (zh) * | 2018-05-30 | 2018-10-30 | 中国航发动力股份有限公司 | 一种航空发动机压气机静子叶片加工方法及其产品 |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2419520C1 (ru) * | 2009-09-07 | 2011-05-27 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" | Способ обработки лопаток газотурбинных двигателей |
-
2012
- 2012-04-27 RU RU2012116885/02A patent/RU2500506C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2419520C1 (ru) * | 2009-09-07 | 2011-05-27 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" | Способ обработки лопаток газотурбинных двигателей |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2578868C2 (ru) * | 2014-01-09 | 2016-03-27 | Глеб Анатольевич Губанов | Виброгаситель для фрезерования тонкостенных деталей |
RU2588757C2 (ru) * | 2014-07-31 | 2016-07-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | Способ изготовления аэродинамических поверхностей лопаток роторов газотурбинных двигателей на станках с чпу |
CN104827388A (zh) * | 2015-05-06 | 2015-08-12 | 中国南方航空工业(集团)有限公司 | 分度磨工夹具 |
CN108714771A (zh) * | 2018-05-30 | 2018-10-30 | 中国航发动力股份有限公司 | 一种航空发动机压气机静子叶片加工方法及其产品 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2012116885A (ru) | 2013-11-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2500506C1 (ru) | Способ изготовления аэродинамических поверхностей лопаток роторов газотурбинных двигателей на станках с чпу | |
US9776255B2 (en) | System and method for machining blades, blisks and aerofoils | |
CN109794810B (zh) | 一种去除轧辊表面缺陷的方法 | |
CN102905847B (zh) | 加工工艺的自适应控制 | |
JP2010228092A (ja) | 少なくとも5本の軸を含む工作機械で工具を制御するための制御データを発生するための方法および装置 | |
JP4425592B2 (ja) | 深溝のフライス加工方法及びフライス工具 | |
US7377037B2 (en) | Fillet machining method without adaptive probing | |
Perez et al. | Analysis of machining strategies for peripheral milling | |
CA2873944A1 (en) | Method for generating a gear tooth system, and a gear cutting machine that can be operated using said method | |
Gusev et al. | Dynamics of stock removal in profile milling process by shaped tool | |
CN107505913B (zh) | 基于整体叶盘通道四轴数控加工的最大适用刀具半径计算方法 | |
Fomin | Microgeometry of surfaces after profile milling with the use of automatic cutting control system | |
Gdula | Adaptive method of 5-axis milling of sculptured surfaces elements with a curved line contour | |
RU2429949C1 (ru) | Способ обработки моноколес | |
JP2017516677A (ja) | 被加工物の研削方法及び、処理パラメータの決定方法 | |
RU2482940C1 (ru) | Способ обработки моноколеса газотурбинного двигателя | |
RU2678222C1 (ru) | Способ изготовления крупногабаритных лопаток газотурбинного двигателя | |
CN105945652B (zh) | 用于航空结构件加工切削参数的判定方法 | |
RU2588757C2 (ru) | Способ изготовления аэродинамических поверхностей лопаток роторов газотурбинных двигателей на станках с чпу | |
Zaleski et al. | Highly efficient milling on the example of selected machining strategies | |
RU2688987C1 (ru) | Способ изготовления маложестких лопаток роторов при одноопорном закреплении на станках с ЧПУ | |
Shajari et al. | Influence of machining strategies on Surface roughness in ball end milling of inclined surfaces | |
RU2476296C2 (ru) | Способ обработки заготовки детали с пазами | |
RU2818545C1 (ru) | Способ строгания нелинейных поверхностей тонкостенных деталей лопаточных машин и инструмент для его реализации | |
Yuan et al. | The surface roughness modeling on turn-milling process and analysis of influencing factors |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190428 |