Наукоемкие технологии производства. Характеристика наукоемких технологий


Контрольная работа >> Авиация и космонавтика

Наукоемкие технологии производства Характеристика наукоемких технологий

Наукоемкое производство опирается на наукоемкие технологические процессы на всех стадиях производства. Процесс создания наукоемких технологий (НТ) является комплексным, охватывает все этапы его разработки включает: 1) отработку физического процесса, закладываемого в основу создаваемого наукоемкого технологического процесса; 2) проектирование технологического процесса, предусматривающее структурную и параметрическую; оптимизацию; 3) разработку технологического оборудования, оснастки и инструмента, имеющих высокую степень надежности, механизации и автоматизации; 4) изготовление технологического оборудования, оснастки и инструмента; 5) отладку технологического процесса и испытания с целью установления стабильности и точности параметров (рис.1.9).

На каждом этапе создания наукоемкого технологического процесса используются CAE/CAD/CAM системы, применяются методы математического и имитационного моделирования на ЭВМ, осуществляется оптимизация технических и технологических решений.

Приведенному алгоритму создания наукоемких технологий полностью удовлетворяют отработанные и внедренные в серийное производство технологические процессы изготовления основных деталей ГТД.

Технологии изготовления лопаток ГТД

Наиболее ответственными деталями ГТД, работающими в условиях знакопеременных нагрузок, высоких температур и вибрации, являются компрессорные и турбинные лопатки, трудоемкость изготовления которых составляет более 30% от общей трудоемкости изготовления двигателя.

Обобщенный технологический процесс их изготовления можно условно представить в виде совокупности этапов: 1) получение заготовки; 2) термообработка; 3) механическая обработка поверхности хвостовика и полок; 4) механическая обработка профиля пера; 5) термообработка и покрытие; 6) финишная обработка (рис .1.10).

При реализации каждого этапа технологического процесса преследовалась цель обеспечения высокого качества и стабильности ТП за счет применения прогрессивных методов, оборудования, технологической оснастки и инструмента [6.8].

На 1-м этапе технологического процесса изготовления компрессорных лопаток применена изотермическая штамповка с припуском по перу 0,8 мм, а также штамповка с припуском 0,3-0,6 мм с термохимической обработкой и применением ЗСП. Это позволило повысить КИМ с 0,12 до 0,42 и уменьшить объем фрезерных работ на 30%

На 2-м этапе с целью сокращения технологического цикла и снижения затрат электроэнергии осуществлено совмещение горячей деформации с процессом термообработки.

На 3-м этапе при протачивании хвостовика применено ориентирование профиля пера лопатки в оптимальном положении в специальных установках и закрепление лопаток в специальных кассетах. Это позволило обеспечить обработку лопаток с минимальным припуском по профилю.

На 4-м этапе (механическая обработка профиля пера) используется ленточное шлифование на специальных станках с использованием широкой и узкой лент. Это дало сокращение ручного труда при подгонке профиля пера на 75%.

На 5-м этапе (термообработка и покрытие) с целью обеспечения равномерности структуры поверхностного слоя применен отжиг лопаток.

На 6-м этапе (финишная обработка) внедрено гидродробеструйное упрочнение, что позволило повысить усталостную прочность на 25%.

На 1-м этапе изготовления турбинных лопаток применено литье по выплавляемым моделям с направленной кристаллизацией и моноструктурой, а также точная объемная штамповка с использованием ЗСП под термообработку. Это позволило получать лопатки без припуска по ГВТ и обеспечило получение заготовок с минимальным припуском.

На 2-м этапе с целью обеспечения прочностных характеристик и уменьшения коробления выбрана высокотемпературная вакуумная обработка, а также фиксированная термообработка с применением керамической массы.

На 3-м этапе с целью повышения точности и стабильности технологического процесса применено глубинное шлифование елочного хвостовика и других фасонных поверхностей.

На 4-м этапе с целью исключения ручного труда при подгонке профиля пера лопатки производится механизированное полирование и заправка кромок.

На 5-м этапе применено четырехкомпонентное покрытие профиля пера лопаток и алитирование, что позволило повысить жаростойкость и увеличить ресурс в 2 раза.

На 6-м этапе осуществлено упрочнение микрошариками, что повысило усталостную прочность на 20%.

Перечисленные мероприятия на всех этапах обобщенного процесса позволили повысить качество и стабильность ТП и сократить трудоемкость обработки лопаток в общей трудоемкости изготовления двигателя с 35 до 28%.

Технологии изготовления дисков

Как показывает отечественная и зарубежная практика, диски компрессора, и особенно турбин, являются теми деталями, которые во многом определяют надежность и ресурс ГТД. В связи с этим осуществляется тщательная обработка технологических процессов их изготовления.

Рис. 1.9. Основные этапы создания наукоемкого технологического процесса

На большинстве операций ТП применяется уникальное оборудование и используются высококвалифицированные кадры рабочих и ИТР [6.8].

Заготовки дисков как компрессоров, так и турбин поступают на предприятие по кооперации со специализированного завода, где они подвергаются предварительной механической обработке, термообработке, старению и ультразвуковому контролю.

После всестороннего входного контроля механическая обработка дисков осуществляется на высокоточных станках с числовым программным управлением (рис. 1.11).

Особое внимание в ТП уделено вопросам термообработки, которая проводится в вакуумных печах с целью снятия внутренних напряжений, возникающих на этапе механической обработки.

После каждого этапа ТП осуществляется ультразвуковой контроль полотна и обода диска, а также капиллярный контроль всех поверхностей.

На этапе финишной обработки диски компрессоров и турбин подвергаются упрочнению микрошариками. Это позволяет повысить усталостную прочность на 15-18%.

Технологии изготовления валов

Изготовление заготовок валов компрессора и турбины, как и заготовок дисков, осуществляется на специализированном предприятии и поступает на предприятие по кооперации.

Поступающие заготовки валов уже подвергнуты предварительной механической обработке и термообработке с целью выравнивания внутренних остаточных напряжений. Основные этапы технологических процессов изготовления валов компрессора и турбины представлены на рис. 1.12.

Рассмотренные наукоемкие технологии изготовления лопаток; дисков, валов компрессора и турбины ГТД, созданные на основе использования приведенных подходов, должны удовлетворять следующим требованиям:

  1. Технологический процесс должен быть малоотходным и экологически чистым. Примером такого процесса является изготовление деталей из порошков и гранул, применение вакуумных технологий и другие.

  2. Наукоемкие технологии должны использовать оборудование с числовым программным управлением, позволяющим интегрировать на одном операционном поле ( в рабочей зоне одной и той же технологической установки) выполнение ряда операций [6.3].

  3. В заготовительных операциях НТ должны применяться методы прямого выращивания сложнофасонных деталей из расплава а также статические и динамические методы пластического деформирования при минимуме формообразующей оснастки.

  1. Наукоемкие технологии должны обладать автоматизированными объективными средствами испытания и контроля параметров на всех этапах технологического процесса, иметь в составе основного оборудования встроенные устройства контроля и управляющие ЭВМ.

  2. Наукоемкий технологический процесс должен быть автоматически программируемым и адаптироваться к изменяющимся условиям производственной среды при одновременном достижении оптимальных параметров на основе CAD\CAM систем.

  3. Неотъемлемым условием наукоемкого технологического процесса является его сертификация, т.е. соответствие его параметров международным нормам и стандартам.

Контрольные вопросы к лекции 3.

  1. Структурная схема создания наукоемкой технологии

  2. Обобщенный технологический процесс изготовления компрессорных и турбинных лопаток ГТД

  3. Технология изготовления дисков компрессор и турбин

  4. Технология изготовления валов компрессорных и турбинных

  5. Требования к наукоемким технологическим процессам