Построение технологического процесса изготовления валов компрессора и турбины

Заготовки валов. Заготовки валов, как правило, получа­ют горячим деформированием (1050...1200 °С). Заготовки для пусто­телых тонкостенных валов цилиндрической и конической формы можно получить ротационным выдавливанием.

Штампуют заготовки под молотом, на прессах или горизонтально-ковочных машинах. Разъем штампа в зависимости от формы заготовки может быть вдоль или поперек оси вала (рис. 222, а, б). Попереч­ный разъем возможен обычно в тех случаях, когда вал имеет на конце фланец, а остальная часть его гладкая или ступенчатая с постепенным (от фланца) уменьшением диаметров ступеней. При поперечном разъеме можно получить отверстие со стороны большого торца (у разъема), особенно если заготовка куется на ГКМ. Это делают тогда, когда диаметр отверстия достаточно велик. Даже в единичном производстве валов эти методы предпочитают более дешевым (при малой программе) методам отрезки заготовок непосредственно от прутков, свободной ковке в открытых или полуоткрытых штампах из-за высоких требований к прочности материала и направлению волокон. Эти требования следующие: а) волокна, формируемые при получении заготовок, не должны перерезаться при последующей механической обработке; б) коэффициент использования материала должен быть достаточно высок (с учетом программы выпуска и затраты дорогой штамповой стали). Так, заготовку вала турбины низкого давления из стали 1Х12Н2ВМФ можно получить: штамповкой на молоте в закрытом штампе с продольной плоскостью разъема верхнего и нижнего штампов (КИМ = 0, 12) (см. рис. 222, а); с попе­речной плоскостью разъема (КИМ =0, 23) (см. рис. 222, б); прессованием (КИМ = 0, 36) (см. рис. 222, в). Масса специальных закрытых штампов для вариантов и " б" примерно одинакова и в десятки раз превышает массу охватываемой ими заготовки. Необходимы два комплекта этих штампов: предварительные и окончательные. При прессовании используются относительно короткие сменные матрицы из штамповой стали, вставляемые в коническое гнездо универсального корпуса из дешевой стали. В нижнем основании окончательных матриц (состоящих из двух полуматриц с разъемом по плоскости вдоль оси вала) имеется отверстие через которое пуансон выдавливает в открытое пространство длинную часть заготовки вала. Пуансон, выдавливающий этот металл и обеспечивающий заполнение фигуры матрицы, имеет на конце иглу-оправку, формирующую отверстие части вала, истекающей из матрицы. Таким образом можно получить в валах отверстия малого диаметра длиной 2...2, 5 м при высоком КИМ с малыми затратами штамповой стали.

Рис. 222. Заготовки валов:

a — при продольной плоскости разъема штампов; б — при поперечной плоскости разъема штампов; я — при прессовании; г — при изостатическом вакуумном прессова­нии из гранул

При определении контура заготовки учитываются нормативные припуски, необходимые для удаления поврежденного поверхностного слоя и дефектов формы (6...10 мм в зависимости от размеров). Затем с учетом положения плоскости разъема штампов, матриц, направле­ния течения металла, особенности удаления отштампованной заготов­ки назначают штамповочные уклоны, радиусы скругления (см. рис. 222, а, б), участки постоянного сечения (см. рис. 222, в), приводя­щие к избыточному припуску, (напуску). Так, при выпрессовывании вала через отверстие в матрице конусность не нужна, но дан напуск на постоянство сечения. При высадке фланцев на горизонтально-ковочных машинах пуансон отводится от зажатой в полуматрицах заготовки механизмом машины: можно не делать конусность на высаженной поверхности фланца.

Штамповочные уклоны для отверстий принимаются в пределах 10...15°, а для наружных поверхностей 3...7°. Все переходы у заготов­ки должны быть плавными, направление волокон должно соответ­ствовать конфигурации вала.

Заготовки валов турбины и компрессора принимают по первой группе контроля (ОСТ 1.00021—78). В этом случае от каждой заго­товки отрезают конец длиной 70...75 мм для изготовления образцов на механические испытания, а заготовку соответственно предусмат­ривают более длинной.

Для заготовки вала из прутка диаметр фланца должен быть D 2, 5d, а из трубы D (1, 25... 1, 5)d. Длина вала в обоих случаях не ограничивается.

При изготовлении валов из трубных заготовок на ГКМ можно также производить набор металла во внутрь трубы, т.е. уменьшить его внутренний диаметр.

При изготовлении валов штамповкой (осадкой в торец) диаметр фланца D должен быть не более 5d, высота фланца Н 130 мм, диаметр прошивки d₁ 60 мм, а длина L не должна превышать 1300 мм.

В отдельных случаях, когда диаметр фланца значителен, жела­тельно применять сборные конструкции, состоящие из фланца и стержня. Изменение конструкции позволяет значительно снизить расход металла, объем кузнечной и механической обработки.

В технических условиях на заготовки валов обычно указывают первую группу контроля (из каждой заготовки вырезается образец для испытаний на разрыв и ударную вязкость). Определяют способ очистки поверхности (например, для штамповок из стали — химичес­кое стравливание окалины). Ограничивают глубину поверхностных дефектов до половины припуска на механическую обработку (прове­ряют зачисткой). Регламентируют смещение штампов (до 1...3мм), коробление штамповок и методы их исправления. Определяются термическая обработка, твердость, структура волокон на макрошлицах образцов, вырезанных из отобранных заготовок. Указывается метод контроля дефектов (рентген, ультразвуковой контроль, люми­несцентный контроль и цветная дефектоскопия и соответствующая подготовка поверхности для их применения). Обдирка штамповок крупных валов обычно производится на предприятии-поставщике.

Припуски на механическую обработку в зависимости от формы и размеров вала — 6...12 мм на диаметр для штамповок и 0, 5...2 мм после ротационного выдавливания. Их определяют расчетным путем, пользуясь соответствующими нормативами.

Заготовки валов компрессоров и турбин, как и заготовки дисков, изготовляются на специализированных предприятиях и поступают на авиадвигателестроительный завод предварительно механически и термически обработанными. На заводе эти заготовки проходят ком­плексный входной контроль. Для улучшения обрабатываемости лезвийным инструментом заготовки подвергаются закалке при температуре 1010...1050 °С и отпуску при 570...650 °С.

Технологические базы для обработки валов. Основной технологи­ческой базой при механической обработке наружного контура валов, особенно длинных (см. рис. 221), являются центровые фаски. Для обработки внутренних поверхностей вала, а также мелких осевых и радиальных отверстий в качестве технологической базы используют наружный диаметр стержня и его торец.

Для увеличения жесткости длинных валов при обработке наруж­ных и внутренних поверхностей широко используются люнеты.

Технологическими базами для механической обработки валов большого диаметра, но коротких, например вала ТВД (см. рис. 222), являются наружный диаметр и торец вала и диаметр фланца и его торец.

Закрепление валов на станках обычно осуществляется в трех- и четырехкулачковых патронах.