Этапы технологического процесса механической обработки лопатки турбины.

1. Обработка перфорационных отверстий на входной кромке пера электронно-лучевым (электронно-лучевая установка типа ТР450- M150-GTTR) или электроэрозионным методом (электроэрозионный станок 4Г721М или 4Д722А) (рис. 219).

2. Гидроабразивная обработка.

3. Шлифование базовых поверхностей на полке хвостовика и бандажной полке со стороны спинки, корыта, входной и выходной кромок (плоскошлифовальный станок ЗД722).

4. Шлифование клина хвостовика (двухшпиндельный полуавтомат ЛШ-233 или плоскошлифовальный станок 3Д722).

5. Шлифование (фрезерование) елочного профиля хвостови­ка (специальный шлифовальный станок SS-013L-CD фирмы " Элб- Шлифф" или продольно-фрезерный двухшпиндельный ДФ-392М).

6. Шлифование полки, боковых и торцевых поверхностей хвосто­вика (плоскошлифовальный станок ЗГ71М или ЗЕ711В).

7. Шлифование поверхностей бандажной полки (плоскошлифо­вальные станки ЗД722, ЗГ71М, ЗЕ711В).

8. Шлифование профиля лабиринта бандажной полки и заднего торца хвостовика (всего комплекта лопаток в технологическом диске, специальный шлифовальный станок с ЧПУ СШЛП-1).

9. Стабилизирующий отпуск (вакуумная электропечь фирмы " Улвак" (Япония) или СЭВ-5, 5/11, 5-М 1).

10. Контроль внутренней полости по расходу воды (воздуха) через лопатку.

11. Окончательный контроль. Контроль методом ЛЮМа.

12. Нанесение жаростойких многокомпонентных покрытий Ni Сг А1 Y на поверхности пера и полок хвостовика и бандажной (вакуумно-плазменная установка модели УЭ175).

13. Диффузионный отжиг лопаток (вакуумная электропечь фирмы " Улвак" или СЭВ-5, 5/11.5-М1).

Рис. 219. Операционный эскиз обработки перфорационных отверстий на входной кромке пера лопатки.

Заготовки рабочих лопаток турбин из деформируемых сплавов получают горячей штамповкой, прессованием (выдавливанием), прокаткой и вальцеванием, стремясь к обеспечению в заготовке продольной ориентации структуры металла. Наиболее отработанным методом является горячая штамповка заготовок, которую проводят обычно на ковочных прессах мощностью 15...50 МН, кривошипных, фрикционных и гидровинтовых прессах-молотах и открытых или закрытых штампах. Заготовки штампуют чаще с бандажной полкой на конце пера и без нее, с облоем и без облоя, сплошные (неохлаждаемые). Отличие способа безоблойной штамповки от обычного сводится к более жесткому дозированию металла исходной заготовки.

При выборе припуска на механическую обработку рабочих лопа­ток турбин можно руководствоваться рекомендациями НИИДа.

Заготовки лопаток турбин с постоянным профилем по длине пера можно получить методом выдавливания (экструзии). Такой метод обеспечивает получение заготовок лопаток с минимальными припус­ками и продольную ориентацию структуры. Выдавливание заготовок может производиться на стандартном кузнечно-прессовом оборудова­нии: гидравлических, механических или фрикционных прессах, на горизонтально-ковочных машинах и др. Выдавливаемый материал нагревается до температуры, близкой к верхнему пределу ковочного интервала. Рекомендуется применять индукционный нагрев. Во дующим реакционным спеканием снижает пористость и усадку, так как образование нитрида кремния Si _; N₄ сопровождается увеличением объема (22 %) и повышает за счет этого прочность на изгиб до 30...40 кг/мм. Профиль пера лопатки при этом механически не обрабатывается.

Рассмотрев различные способы изготовления рабочих колес турби­ны с керамическими лопатками, можно сделать следующие выводы и рекомендации.

Наименее трудоемким способом формообразования малоразмерных рабочих колес турбины, сопловых аппаратов и отдельных рабочих и сопловых лопаток турбины является шликерное литье под давлением с последующим реакционным спеканием или горячим изостатическим прессованием в термопластичной оболочке.

Технологическое использование высоких давлений в процессе формирования заготовок керамических лопаток турбины является наиболее перспективным направлением как предварительного форми­рования заготовок посредством гидростатического прессования (в том числе и с жестким основанием со стороны корыта), так и окончатель­ного горячего изостатического прессования (уплотнения) под высоким давлением газа (реакционным).

Процессы гидростатического прессования лопаток турбины и соплового аппарата осуществляются без введения связок и пластифи­каторов и являются основой получения высоких и стабильных про­чностных характеристик керамических материалов за счет совершен­ствования процессов спекания и горячего изостатического прессова­ния.

Наименее трудоемким способом повышения точности размеров лопаток является гидростатическое прессование заготовок на жестком основании со стороны корыта (в том числе с возбуждением деформа­ций сдвига за счет осадки заготовки на жестком основании) с меха­нической обработкой поверхностей со стороны спинки пера до окон­чательного спекания.

Наибольшее значение прочности нитридкремниевой керамики достигнуто главным образом в результате ее горячего прессования. В связи с этим процесс горячего прессования получил достаточно широкое применение для формирования рабочих лопаток турбины с последующей механической обработкой алмазным инструментом. Однако этот технологический процесс весьма трудоемок.

Альтернативными вариантами являются процессы горячего прессо­вания в " вязкой жидкости" и с переформовкой заготовки с возбужде­нием деформаций сдвига, позволяющие снизить объем механической обработки после спекания.

Дальнейшее повышение прочности и вязкости разрушения кера­мики связывается как с формированием се структуры (в том числе и с армирующими элементами в виде нитевидных кристаллов карби­дов кремния, коротких угольных волокон, покрытых сначала карби­дом кремния, а затем нитридом кремния и др.), так и устранением поверхностных дефектов и остаточных напряжений растяжения в материале лопатки.

Развитие работ по конструктивному совершенствованию крепле­ния керамических лопаток турбины и соплового аппарата связано главным образом со снижением уровня термических напряжений и концентрации напряжений в замковых соединениях за счет устране­ния жестких заделок, размещения прокладок из пластичного металла и контактов в системах " керамика—керамика" и " керамика—металл".