Технико-экономическое обоснование этапов технологического процесса изготовления, комплектов технологических баз, методов и последовательности обработки поверхностей водила

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Оглавление

Вступление

1. Конструкторская часть

1.1 Общие сведения о двигателе

1.2 Краткие сведения о конструкции узла компрессора

1.2.1 Компрессор низкого давления

1.2.2 Компрессор высокого давления

1.2.3 Клапан перепуска воздуха

1.2.4 Узел разделительного корпуса

1.2.5 Камера сгорания

1.2.6 Турбина

1.2.7 Форсажная камера

1.3 Термогазодинамический расчет ТРДД

1.4 Расчет на прочность рабочей лопатки КВД

1.5 Расчет на прочность диска КВД

2. Технологическая часть

2.1 Анализ рабочего чертежа и определение показателей технологичности водила правого

2.1.1 Технологичность по материалу

2.1.2 Технологичность по точности, шероховатости поверхностей водила

2.2 Выбор и обоснование метода, оборудования и параметров формообразования заготовки

2.3 Выбор и технико-экономическое обоснование этапов технологического процесса изготовления, комплектов технологических баз, методов и последовательности обработки поверхностей водила

2.4 Расчёт, оптимизация и обоснование потребного количества технологических операций (переходов) формообразования поверхностей-представителей водила

2.5 Разработка, обоснование, оптимизация и оформление предварительного плана технологического процесса изготовления водила

2.6 Расчеты припусков на обработку и операционных размеров-диаметров всех цилиндрических поверхностей водила нормативным методом

2.7 Расчеты припусков на обработку и операционных размеров-диаметров заданных цилиндрических поверхностей вращения водила расчетно-аналитическим методом

2.8 Расчет припусков и операционных размеров на обработку торцевых поверхностей аналитическим методом

2.9 Построение графа линейных размерных связей

2.10 Проектирование заготовительной операции и разработка чертежа заготовки

2.11 Формирование окончательного плана маршрутно-операционного технологического процесса

2.12 Разработка и оформление 5 операционных карт основных операций-представителей

2.12.1 Операция 020 - точение получистовое

2.12.2 Операция 075 - сверление

2.12.3 Операция 055 - круглошлифовальная

2.12.4 Операция 110 - фрезерная

2.12.5 Операция 060 - растачивание получистовое

Заключение

Библиографический список

Вступление

Совершенствование авиационных двигателей выдвигает новые требования к технологии их изготовления. Рост рабочих температур и давлений требует все более широкого использования высокопрочных и жаропрочных сплавов, тенденция сокращения числа деталей приводит к усложнению их геометрических форм, а снижение удельной массы двигателя обуславливает применение деталей малой жесткости.

Успешная реализация конструктивных решений в большой степени определяется технологией. Проектируемые технологические процессы должны обеспечить повышение производительности труда и качества изделий при одновременном снижении затрат на их изготовление. Решение этих задач во многом зависит от рационального построения размерных связей в процессе обработки, обоснованного назначения припусков на обработку и допусков операционных размеров.

Эффективность технологического процесса существенно зависит также от выбора припусков. Чрезмерные припуски влекут за собой перерасход материала и требуют введения дополнительных технологических переходов, увеличивается расход режущего инструмента и электроэнергии, трудоемкость обработки и, в конечном итоге, - себестоимость продукции.

В соответствии с общими правилами разработки технологических процессов комплексу задач размерного анализа (построение оптимальной размерной структуры техпроцесса, определение рациональной последовательности операций, расчет припусков, операционных размеров и допусков) предшествуют такие важнейшие этапы, как выбор исходной заготовки, метода ее получения и технологических баз, разработка вариантов технологического маршрута обработки, а также выбор средств технологического оснащения (оборудования и оснастки). Это позволяет обоснованно подходить к размерным расчетам с учетом всех особенностей конкретного технологического процесса.

1. Конструкторская часть

1.1 Общие сведения о двигателе

В качестве прототипа для проектируемого двигателя назначаем турбореактивный двухконтурный двигатель АИ-25. Данный двигатель предназначен для установки на пассажирские и транспортные самолеты местных линий.

Двигатель состоит из следующих основных узлов:

- двухкаскадного одиннадцати ступенчатого компрессора;

- разделительного корпуса;

- кольцевой камеры сгорания с корпусом камеры;

- двухвальной трехступенчатой турбины;

- корпуса задней опоры с двухконтурным реактивным соплом;

- агрегатов, обеспечивающих работу систем двигателя.

Примененная в двигателе двухвальная схема обеспечивает устойчивую работу компрессора на запуске и приемистости.

Компрессор состоит из двух основных узлов:

- трехступенчатого осевого компрессора низкого давления (КНД);

- восьмиступенчатого осевого компрессора высокого давления (КВД) с клапанами перепуска воздуха из-за III и V ступеней.

Разделительный корпус предназначен для:

- разделения потока воздуха на два контура;

- установки агрегатов и узлов передней плоскости подвески двигателя на самолете.

Спереди к разделительному корпусу крепится КНД, сзади -- КВД и кожух наружного контура.

Привод основных агрегатов двигателя осуществляется от ротора КВД через систему зубчатых передач.

Камера сгорания -- кольцевого типа. С двенадцатью головками, в центральных отверстиях которых размещены форсунки, подающие мелкораспыленное топливо во внутреннюю полость жаровой трубы.

Жаровая труба камеры сгорания заключена в силовой корпус, к которому спереди крепится КВД, сзади -- турбина высокого давления (ТВД).

Турбина -- двухвальная, трехступенчатая, бандажированная.

Первая ступень (ТВД) приводит во вращение ротор КВД и агрегаты двигатель.

Вторая и третья ступени (турбина низкого давления - ТНД) приводят во вращение ротор КНД.

В корпусе задней опоры турбины устанавливается роликоподшипник ротора ТНД и выполнены реактивные сопла обоих контуров.

В меридиональном сечении проточная часть турбины представляет собой плавно расширяющийся канал, переходящий в реактивное сопло.

Роторы двигателя механически не связаны между собой, а имеют только газодинамическую связь. Обороты роторов различные и изменяются в зависимости от режима работы двигателя и параметров воздуха на входе в двигатель.

Ротор низкого давления имеет четыре опоры; передняя опора - шариковый подшипник, остальные три - роликовые подшипники.

Ротор высокого давления устанавливается на две опоры, из которых передняя - шариковый подшипник, задняя - роликовый подшипник.

Масляная система двигателя -- автономная, циркуляционная, под давлением.

В масляную систему входят следующие установленные на двигателе основные узлы: маслобак, маслоагрегат с фильтром, воздухоотделитель, центробежный суфлер, топливно-масляный агрегат, трубопроводы, сливные краны.

Суфлирование внутренних масляных полостей двигателя и маслобака осуществляется трубопроводами в разделительный корпус, который суфлируется через приводной центробежный суфлер в реактивное сопло.

Система топливопитания и регулирования двигателя обеспечивает подачу топлива в камеру сгорания согласно заданному режиму работы двигателя и условиям полета и работу агрегатов управления двигателем.

Запуск двигателя -- автоматический, автономный, производится воздушным стартером, питание воздухом которого осуществляется от установленного на борту самолета газотурбинного двигателя АИ-9 или от аэродромного источника питания.

Система защиты двигателя от обледенения обеспечивает обогрев лопаток входного направляющего аппарата КНД, кока, а также приемника полного давления воздухом, отбираемым за КВД, и снабжена автоматическим терморегулятором расхода воздуха.

Система сигнализации пожара выдает сигнал при возникновении пожара во внутренних полостях двигателя.

Подвеска двигателя на самолете осуществляется в двух полостях: передней, расположенной на разделительном корпусе, и задней, расположенной на силовом кольце корпуса задней поры турбины.

С целью универсальности подвески двигателей при различных вариантах установки на самолете в каждой плоскости предусмотрено по шесть мест крепления узлов подвески двигателя, позволяющих осуществить либо боковую подвеску за три узла в каждой полости, либо подвеску за два средних узла в обеих плоскостях.

Тяга двигателя предается к элементам самолета через средние узлы крепления двигателя в передней плоскости подвески.

Двигатель оборудован средствам раннего обнаружения неисправностей:

- сигнализатором опасных вибраций;

- стружкосигнализатором;

- системой сигнализации пожара;

- магнитной пробкой;

- сигнализатором закрытого положения клапана СВ-25(воздушный стартер);

- сигнализатором падения давления в топливо -масляном агрегате 4717Т;

- сигнализатором минимального уровня масла СУЗ-14.

1.2 Краткие сведения о конструкции узла компрессора

1.2.1 Компрессор низкого давления

Каждое рабочее колесо балансируется отдельно до постановки на ротор. В переднем валу запрессована и зафиксирована четырьмя штифтами шестерня привода агрегатов.

На заднем валу выполнен фланец, к которому крепится лабиринт заднего воздушного уплотнения.

Компрессор низкого давления предназначен для создания тяги за счёт энергии воздуха, проходящего через второй контур двигателя, и для предварительного поджатия воздуха, поступающего в компрессор высокого давления.

КНД состоит из следующих основных узлов: входного направляющего аппарата, ротора, статора, и узлов передней и задней опор ротора.

Входной направляющий аппарат (ВНА) КНД предназначен для создания закрутки воздуха, поступающего на рабочие лопатки первой ступени компрессора, с целью снижения относительных скоростей и получения оптимальных углов натекания потока на профиль рабочей лопатки.

Лопатки ВНА выполнены полыми, из листового материала и сварены по входной и выходной кромкам. Внутрь лопатки помещен дефлектор, который приварен к стенкам лопатки точечной сваркой и служит для увеличения жесткости последней при наддуве обогревающим воздухом и для направления этого воздуха непосредственно вдоль входной кромки. Все детали ВНА КНД, кроме шпилек, выполнены из титанового сплава ОТ4-1 .

Статор КНД включает в себя корпус, рабочие кольца и направляющие аппараты, состоящие из наружных колец и внутренних колец.

Ротор КНД - трёхступенчатый консольного типа, барабанно-дисковой конструкции и состоит из диска первой ступени с лопатками, диска и ступеней с лопатками и вала. Все рабочие лопатки крепятся к дискам шарнирными замками. Материал рабочих лопаток и дисков ротора КНД - титановый сплав ВТ3-1, вала ротора - сталь ЭИ961Ш.

Ротор КНД устанавливается на двух опорах. Передняя опора - шариковый радиально-упорный трех точечный подшипник с разрезной внутренней обоймой, устанавливается в корпусе, смазка шарикоподшипника осуществляется двумя форсунками, расположенными в верхней половине корпуса шарикоподшипника, соединёнными с масляными каналами разделительного корпуса.

Задняя опора ротора КНД - роликоподшипник, устанавливается в стальном стакане, запрессованном в разделительном корпусе. Смазка роликоподшипника - барботажная.

1.2.2 Компрессор высокого давления

Компрессор высокого давления состоит из следующих основных узлов: ротора, статора, входного направляющего аппарата, передней опоры, клапанов перепуска воздуха, направляющего аппарата восьмой ступени, втулки заднего лабиринта.

Входной направляющий аппарат КВД создает закрутку потока перед рабочими лопатками с целью снижения относительных скоростей набегания потока на рабочие лопатки. Лопатки ВНА - фиксированные. Конструкция ВНА КВД позволяет производить регулировку угла установки лопаток.

Лопатки имеют цилиндрические цапфы, которыми они устанавливаются в запрессованные в корпусе бронзовые втулки, являющиеся подшипниками для поворотных лопаток, и радиальные отверстия внутреннего кольца ВНА с фторопластовыми втулками. Внутреннее кольцо ВНА - разъемное в плоскости, проходящей через оси радиальных отверстий для установки лопаток.

Статор КВД состоит из корпуса, рабочих колец и направляющих аппаратов. Корпус КВД - цельный, точённый.

На переднем фланце, которым корпус крепится к разделительному корпусу, выполнено тридцать два отверстия под шпильки и одно - для фиксирующего штифта, на заднем тридцать шесть отверстий для соединения с корпусом камеры сгорания. Со стороны переднего фланца корпус компрессора имеет утолщение с радиальными отверстиями, в которые запрессованы и поставлены на клею бронзовые втулки, являющиеся подшипниками для лопаток ВНА.

На внутренней поверхности корпуса выполнены девять поясков для центровки рабочих колец.

Для осуществления перепуска воздуха из-за и V ступеней в корпусе выполнен ряд радиальных отверстий. Над отверстиями расположен ресивер с четырьмя фланцами для постановки клапанов перепуска воздуха (КПВ).

Полость, образованная между корпусом компрессора и ресивером, разграничена так, что воздух из-за ступени собирается и выходит через фланцы, расположенные под 45 к горизонтали, а из-за V ступени - через два других, симметрично расположенных фланца.

Взаиморасположение отверстий в корпусе и стенках ресивера таково, что отбор воздуха как из-за , так из-за V ступеней осуществляется равномерно почти по всей окружности. Ресивер приваривается к корпусу контактной сваркой; перегородки и фланцы под КПВ - электродуговой.

Фланцы крепления КПВ имеют коническую поверхность, по которой происходит уплотнение во время закрытия клапана, и по два выступа, расположенные диаметрально по оси двигателя, в которых выполнено по два резьбовых отверстия для крепления клапана и по одному отверстию для центровочных штифтов.

Направляющие аппараты всех ступеней имеют разъём в диаметральных полостях. Наружные и внутренние кольца - точёные. К внутренним кольцам НА приварены кольца межступенчатых уплотнений. В разъёме внутренних колец замки не ставятся.

При монтаже, разъёмы Н.А. ориентированы относительно друг друга, для двух следующих один за другим аппаратов - под 90.

Крутящий момент с Н.А. ступени передаётся на рабочее кольцо ступени, далее на Н.А. ступени и так далее на рабочее кольцо V ступени и через фланец рабочего кольца - на корпус.

Все детали статора КВД выполнены из титанового сплава ОТ4-1.

Наружный кожух, представляющий собой конус, выполненный из листового материала, совместно с корпусом КВД образует второй контур двигателя.

Направляющий аппарат VI ступени служит для выравнивания потока воздуха осевого направления при входе в диффузор камеры сгорания. Наружные и внутренние кольца точеные, цельные. Наружное кольцо имеет фланец для крепления на нём деталей диффузора камеры сгорания, внутреннее кольцо - фланец для крепления к корпусу камеры сгорания. Кольца и лопатки НА VI ступени выполнены из титанового сплава ОТ4-1.

Ротор КВД - восьми ступенчатый барабанно-дисковой конструкции, состоит из следующих основных частей: восьми рабочих колец, пяти проставок с распорными втулками, переходного кольца, переднего и заднего валов и экрана.

Каждое рабочее колесо ротора состоит из диска и рабочих лопаток, скреплённых с ободом диска с помощью замков типа « ласточкин хвост ». Фиксация лопаток от осевого перемещения осуществляется пластинчатыми замками.

Диск ступени имеет фланец, которым он стыкуется с диском ступени. Диски и ступеней, проставка с распорными втулками, фланец переднего вала, фланец диска ступени и фланец переходного кольца стянуты шестнадцатью призонными шпильками.

Диски V, V, V, V, V ступеней, проставки с распорными втулками, второй фланец переходной втулки, фланец заднего вала стянуты шестнадцатью призонными болтами. Все проставки, а также диски и V ступеней имеют по три гребешка для межступенчатых лабиринтных уплотнений. Каждый диск, кроме шестнадцати отверстий под шпильки, имеет расположенные на том же диаметре шестнадцать лементом контактного масляного уплотнения турбины, установлен роликовый подшипник передней опоры ротора турбины низкого давления, втулка, экран.

Все эти детали стягиваются гайкой, законтренной чашечным замком. Между хвостовиком экрана, втулкой и внутренним диаметром заднего вала поставлено мягкое уплотнительное кольцо из алюминия, которое, деформируясь под усилием затяжки гайки, создаёт герметичность между экраном и задним валом.

Передний конец экрана входит внутрь переднего вала. Два резиновых кольца создают герметичность сочленения переднего вала с экраном.

Для динамической балансировки ротора КВД на переднем диске выполнен торцовый бурт с радиальными отверстиями для постановки балансировочных грузов в виде секторов, крепящихся к бурту заклёпками, и предусмотрена постановка болтов с увеличенной длиной в месте крепления лабиринта к заднему валу.

Материал дисков, проставок, втулок, лопаток, шпилек, болтов, заднего лабиринта - титановый сплав ВТ8, заднего и переднего валов - сталь ЭИ961Ш.

Передняя опора ротора КВД - шариковый подшипник. Для уменьшения влияния динамических нагрузок на статор, между наружной обоймой подшипника и корпусной деталью установлен упругий элемент в виде кольца с выступами на наружном и внутреннем диаметрах, расположенными так, что выступ на наружном диаметре приходится посередине между выступами на внутреннем диаметре.

В корпус подшипника запрессован стакан со специальными окнами для слива масла и буртом для восприятия осевых нагрузок, действующих на шарикоподшипник. В торец бурта запрессован штифт, который фиксирует от проворота гладкое кольцо, посаженное с натягом на наружную обойму подшипника.

Упругое кольцо установлено между стаканом и гладким кольцом и зафиксировано от проворота последнего двумя торцовыми выступами, входящими в ответные пазы, выполненные на бурте гладкого кольца.

Материал деталей передней опоры ротора КВД: упругое кольцо - сталь 60С2А, гладкое кольцо - сталь 14ХГСН2МА, стакан - сталь 38ХМЮА, корпус подшипника - титановый сплав ВТ3-1.

1.2.3 Клапан перепуска воздуха

Для обеспечения устойчивой работы двигателя за I и V ступенями КВД предусмотрено по два клапана перепуска воздуха.

Клапан перепуска воздуха состоит из крышки с двумя приваренными к ней стойками прямоугольного сечения. Крышка имеет полый хвостовик, переходящий во фланец с двумя резьбовыми отверстиями, для крепления воздушного трубопровода и посадочный поясок с упорным буртом, где размещаются элементы уплотнительного устройства: уплотняющая эластичная манжета, распорная пружина, кольцо, секторная пружина, шайба и стопорное кольцо.

К стойкам приварены накладки, в которые запрессованы центровочные штифты и выполнены отверстия для крепления крышки со стойками к фланцу ресивера корпуса КВД.

При работе двигателя на малых оборотах и на стоянке клапаны перепуска воздуха открыты.

При достижении определенных оборотов командный агрегат открывает доступ воздуха из-за VIII ступени КВД к полому хвостовику крышки. Воздух через отверстия в хвостовике грибка попадает в герметичную полость между крышкой и днищем грибка.

1.2.4 Узел разделительного корпуса

Узел разделительного корпуса расположен между компрессором низкого давления и компрессором высокого давления и предназначен для:

- образования воздушного тракта и разделения потока воздуха по двум контурам;

- размещения приводов агрегатов, устанавливаемых на двигателе;

- крепления агрегатов двигателя: топливного насоса 760Б, топливного регулятора 762Б, маслоагрегата, воздушного стартера СВ-25, воздухоотделителя, катушек зажигания 1КНИ-11Б-Т, клапана пускового топлива; стружкосигнализатора;

- размещения самолетных агрегатов: генератора ГСКБ-9, гидронасоса,

НП-72М, датчика оборотов ДТЭ-1; датчика давления масла ИД-8, датчика давления топлива ИД-100;

- установки роликоподшипника ротора КНД и шарикоподшипника ротора КВД;

- установки передних узлов подвески двигателя на самолете.

Узел разделительного корпуса состоит из корпуса, центрального привода и приводов агрегатов. Разделительный корпус отлит из магниевого сплава МЛ15 и выполнен в виде двух усеченных конусов, соединенных между собой пятью силовыми ребрами-стойками.

Для осмотра лопаток входного направляющего аппарата КВД на разделительном корпусе имеются смотровые окна.

1.2.5 Камера сгорания

Трубчато-кольцевая, расположена параллельно оси двигателя между турбиной и компрессором в кольцевом пространстве, образованном задним корпусом и экраном корпуса подшипников. Камера сгорания имеет четыре воспламенителя и десять двухканальных рабочих форсунок.

1.2.6 Турбина

Двухступенчатая реактивная, с высокой степенью расширения газа обеспечивает срабатывание большого теплоперепада при достаточно высоком КПД. Ротор турбины состоит из вала, двух дисков, соединенных между собой силовым кольцом, и рабочих лопаток. Лопатки обеих ступеней турбины выпол- нены из жаропрочного сплава. Опорой ротора турбины служит задний ролико- вый подшипник, имеющий принудительную смазку, и специальная муфта, фик- сирующая турбину в осевом направлении. Перед каждой ступенью турбины уста новлены сопловые аппараты, направляющие поток газов на лопатки турбины.

Сопловой аппарат 1-й ступени турбины образован 36-ю полыми литыми лопатками, закрепленными в наружном и внутреннем корпусах соплового аппарата. При креплении лопаток обеспечивается их люфт как в продольном, так и в поперечном направлениях. Лопатки соплового аппарата 2-й ступени турбины привернуты болтами к корпусу, являющемуся одновременно корпусом турбины.

1.2.7 Форсажная камера

Служит для кратковременного увеличения тяги двигателя за счет сжигания дополнительного количества топлива, впрыскиваемого через 17 форсажных форсунок в форсажную камеру.

Регулируемое реактивное сопло форсажной камеры обеспечивает получение всех эксплуатационных режимов двигателя и улучшает его экономичность на номинальном и крейсерском режимах. Регулирование выходного сечения сопла достигается изменением положения поворотных створок. Управление створками автоматическое и осуществляется с помощью четырех гидроцилиндров и связан ного с их поршнями конического кольца, скользящего по наружной поверхности створок.

Для привода агрегатов двигателя и самолетного оборудования на двигателе предусмотрена коробка агрегатов, приводы которой получают вращение от вала ротора компрессора через систему зубчатых передач.

1.3 Термогазодинамический расчет ТРДД

Целью теплового расчета является:

- определение параметров потока воздуха (газа) (полного давления и полной температуры) в характерных сечениях по тракту двигателя;

- определение основных удельных параметров двигателя (удельной тяги, удельного расхода топлива), а также необходимого суммарного расхода воздуха для обеспечения заданной тяги и часового расхода топлива.

Рисунок 1.1.1. Схема ТРДД.

Вх - Вх - сечение на входе в двигатель,

В - В - сечение на входе в компрессор,

КII - КII - сечение за компрессором низкого давления (КНД), вход в компрессор высокого давления (КВД),

К - К - сечение за компрессором.

Г - Г - сечение за камерой сгорания, перед турбиной,

Твд-Твд - сечение на выходе из турбины высокого давления (КВД),

Т - Т - сечение на выходе из турбины,

СI - CI - выходное сечение реактивного сопла первого контура.

Исходные данные:

1.Высота полета = 0 м;

2.Полетный мах = 0;

3.Параметры окружающей среды =288,15 К, =1,0132*10 Па;

4.Суммарная степень повышения давления =8,3;

5.Степень двухконтурности =1,95;

6.Температура газа перед турбиной =1160 К;

7.Расход воздуха =49,1 кг/с ;

8.Теплотворная способность = 43000 Дж/кг;

9.Удельная теплоемкость воздуха = 1005 Дж/(кг*К);

10.Удельная теплоемкость газа = 1133 Дж/(кг*К);

11.Показатели адиабаты =1,4, =1,34;

12.Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1кг топлива = 14,8 (кг)/(кг);

13.Относительный расход воздуха на охлаждение = 0%;

14. Топливо - авиационный керосин ТС - 1.

КПД компрессора и турбины принимаем для рассматриваемого типа двигателя:

=0,85; =0,85;

=0,89; =0,90.

Потери в проточной части двигателя оцениваем коэффициентом восстановления полного давления и принимаем для нашего двигателя:

- во входном устройстве =0,97;

- в камере сгорания =0,96;

- во втором контуре =0,99.

Потери в реактивном сопле первого и второго контура оцениваем коэффициентом скорости :

= 0,98; = 0,98.

Коэффициент полноты сгорания топлива :

=0,97.

Расчет проводим для 1кг/c воздуха и по программе кафедры 203 trdd2.exe. Результаты расчета приведены в таблице 1.

Результаты расчета на взлетном режиме:

- удельная тяга: =357,6 Н/(кг/с);

- удельный расход топлива: =0,05653 кг/(Н*ч);

Предварительно оценены диаметральные размеры сечения на входе в компрессор, при этом величина относительного диаметра втулки =0,4(м) и скорость на входе =180 (м/с).

В результате расчета получили:

- площадь входа в компрессор (КВД) =0,250 м;

- наружный диаметр входа =0,615 м;

- диаметр втулки =0,246 м;

- длина рабочей лопатки первой ступени КВД =0,185 м.

Таблица 1.1

ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ДВУХВАЛЬНОГО ТРДД БЕЗ СМЕШЕНИЯ ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Тяга R= 15735.0 H Тгаза=1160.0 K m= 1.95 Hu=43000.кДж/кГ

S вх= .97 S кс= .96 Sвтор.конт= .99

КПДвент= .85 КПДквд= .85 КПДтвд= .89 КПДтвент= .90

КСИкс= .97 ФИ с1= .98 ФИ с2= .98 ПИк сум= 8.3 ПИвент= 2.00

Gохл= .00% Pн=101300.Па Тн=288.K

МАКСИМАЛЬНЫЙ РЕЖИМ

Tг=1160. Степень двухконтурности= 1.950

Gв= 44.00 кГ/с ПИк сум= 8.3 ПИвент=2.0 ПИквд= 4.150

Pуд=357.6 Cуд= .05653 R = 15735. ПИтур= 5.58 ПИс1=1.39 ПИс2=1.92

Pк= 815566. Pг= 782944. Pт= 140379.5 Pкнд= 196522.0 Pтвд= 359450.8

Tк= 576.0 Tт= 816.4 Tкнд= 362.2 Tтвд= 990.2

Cс1= 376.3 Cc2= 344.9 ПИтвд=2.18 ПИтвент=2.56

Hвент= 74578. Hквд=214859. Hтвент=216419.7 Hтвд=211357.6

РАСЧЁТ ГЕОМЕТРИИ HA BXOДE B ДBИГATEЛЬ

LAMBDA= .580 q(LAMBDA)= .792 C1a= 180. м/c

ПРОВЕРКА ПРАВИЛЬНОСТИ ВЫБОРА ПАРАМЕТРОВ НА ВХОДЕ

F1= .244 кв.м Dk1= .575 м Dвт1= .141 м

Dср= .419 м ДЛИНА РЛ= .217 м

T1стат=271.9 K a1=331.4 м/c W1k=364.6 м/c

U1k=317.0 м/c Ca отн= .568

Вывод: полученные результаты удельных параметров двигателя соответствуют параметрам двигателей подобного класса [4].

1.4 Расчет на прочность рабочей лопатки КВД

Рабочие лопатки осевого компрессора являются весьма ответственными деталями газотурбинного двигателя, от надежной работы которых зависит надежность работы двигателя в целом.

Нагрузки действующие на лопатки.

При работе авиационного газотурбинного двигателя на рабочие лопатки действуют статические, динамические и температурные нагрузки, вызывая сложную картину напряжений.

Расчет на прочность пера лопатки выполняем, учитывая воздействие только статических нагрузок. К ним относятся центробежные силы масс лопаток, которые появляются при вращении ротора, и газовые силы, возникающие при обтекании газом профиля пера лопатки и в связи с наличием разности давлений газа перед и за лопаткой.

Центробежные силы вызывают деформации растяжения, изгиба и кручения, газовые - деформации изгиба и кручения.

Напряжения кручения от центробежных, газовых сил слабозакрученных рабочих лопаток компрессора малы, и ими пренебрегаем.

Напряжения растяжения от центробежных сил являются наиболее существенными.

Напряжения изгиба обычно меньше напряжений растяжения, причем при необходимости для уменьшения изгибающих напряжений в лопатке от газовых сил ее проектируют так, чтобы возникающие изгибающие моменты от центробежных сил были противоположны по знаку моментам от газовых сил и, следовательно, уменьшали последние.

Цель расчета.

Цель расчета на прочность лопатки - определение напряжений и запасов прочности в различных сечениях по длине пера лопатки.

В качестве расчетного режима выбираем режим максимальной частоты вращения ротора и максимального расхода воздуха через двигатель. Этим условиям соответствует взлет или полет с максимальной скоростью у земли зимой.

Расчетная схема.



Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 1.2.1. К определению геометрических характеристик расчетных сечений лопатки компрессора.

Исходные данные.

Материал лопаток: ВТ8.

Длина лопатки: l = 0,050 м.

Радиус корневого сечения: Rк = 0,135 м.

Объем бандажной полки: Vб = 0 м3.

Хорда профиля сечения пера: корневого: bк = 0,031 м;

среднего: bср = 0,031 м;

периферийного: bп = 0,031 м.

Максимальная толщина профиля в сечениях:

корневом: к = 0,003 м;

среднем: ср = 0,002м;

периферийном: п = 0,0015 м.

Максимальная стрела прогиба средней линии в сечениях:

корневом: hк = 0,0033 м;

среднем: hср = 0,0025м;

периферийном: hп = 0,002 м.

Угол установки профиля в сечениях: корневом: к = 1,15 рад

среднем: ср = 0,89 рад;

периферийном: п = 0,72 рад.

Вынос периферийного сечения: 0 м.

Интенсивность газовых сил в окружном направлении на среднем радиусе:

Рu ср = =465Н/м.

Интенсивность газовых сил в осевом направлении:

в корневом сечении: Ра к = 554 Н/м;

в периферийном сечении: Ра п = 795 Н/м.

Частота вращения рабочего колеса: n = 19259 об/мин[берется из расчета согласования параметров].

Плотность материала лопатки: = 4530 кг/м3.

Предел длительной прочности: дл = 950Мпа.

Расчет лопаток на растяжение от действия центробежных сил

,

где - центробежная сила, действующая на лопатку;

F - площадь поперечного сечения пера лопатки на радиусе R.

Поскольку в нашем случае закон изменения сечений по радиусу f(r) неизвестен, но известны сечения (значения площадей на различных радиусах), то расчет производим методом численного интегрирования. При этом лопатку разбиваем на 11 равных сечений. Для n-го сечения:

,

где Fп - площадь поперечного сечения пера лопатки на в сечении n;

Рп - напряжения растяжения в сечении n;

Rn - радиус n-го сечения.

Расчет лопаток на изгиб от газовых сил.

, где

M = Mycos - Mxsin

M = Mxcos + Mysin :

После определения р и определяем суммарные напряжения (для точек A,B,C в отдельности): .

Далее определяем коэффициент запаса прочности:

.

Результаты расчета приведены в таблице 1.2.

Таблица 1.2

РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ ПЕРА РАБОЧЕЙ ЛОПАТКИ КОМПРЕССОРА (ТУРБИНЫ)

ВЫПОЛНИЛ(А) : Мухина О.С.

УЗЕЛ ДВИГАТЕЛЯ: компрессор МАТЕРИАЛ: ВТ8

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ:

GT= 1.000000 CL= 5.000000E-02 RK= 1.350000E-01 RP= 1.850000E-01

VP= 0.000000E+00 UPP= 0.000000E+00 APP= 0.000000E+00

EN= 19259.000000 AA= 0.000000E+00 AU= 0.000000E+00 PU= 465.000000

PAK= 554.000000 PAP= 795.000000 RO= 4530.000000

B= 3.100000E-02 3.100000E-02 3.100000E-02

D= 3.000000E-03 2.000000E-03 1.500000E-03

AP= 3.300000E-03 2.500000E-03 2.000000E-03

AL= 1.150000 8.900000E-01 7.200000E-01

SPT= 950.000000 950.000000 950.000000 950.000000

950.000000 950.000000 950.000000 950.000000

950.000000 950.000000 950.000000

Результаты расчета на прочноcть пера лопатки

N X F Jmin Spakt SизгA SизгB SизгC

m m^2 m^4 МПа МПа МПа МПа

1 .00000 .644E-04 .758E-10 99.260 27.617 32.933 -25.886

2 .00500 .561E-04 .480E-10 100.733 33.064 37.453 -28.870

3 .01000 .519E-04 .401E-10 95.238 31.351 34.792 -26.790

4 .01500 .485E-04 .344E-10 87.798 27.954 30.550 -23.506

5 .02000 .456E-04 .299E-10 78.933 23.592 25.463 -19.571

6 .02500 .430E-04 .261E-10 68.818 18.688 19.955 -15.314

7 .03000 .405E-04 .227E-10 57.512 13.597 14.383 -11.015

8 .03500 .383E-04 .196E-10 45.021 8.688 9.114 -6.960

9 .04000 .362E-04 .169E-10 31.313 4.392 4.573 -3.479

10 .04500 .342E-04 .143E-10 16.334 1.253 1.296 -.981

11 .05000 .322E-04 .119E-10 .000 .000 .000 .000

N SсумA SсумB SсумC Ka Kb Kc

[МПa] [МПa] [МПa]

1 126.877 132.192 73.431 7.488 7.187 12.947

2 133.797 138.186 71.862 7.100 6.875 13.220

3 126.589 130.030 68.448 7.505 7.306 13.879

4 115.752 118.348 64.292 8.207 8.027 14.776

5 102.526 104.396 59.363 9.266 9.100 16.003

6 87.506 88.773 53.504 10.856 10.701 17.756

7 71.109 71.896 46.497 13.360 13.214 20.431

8 53.709 54.135 38.060 17.688 17.549 24.960

9 35.706 35.887 27.834 26.606 26.472 34.131

10 17.587 17.629 15.352 54.018 53.887 61.879

11 .000 .000 .000************************

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 1.3.1. Напряжения и запасы прочности в разных сечениях по длине пера лопатки

Вывод: Полученные, в ходе расчета, значения коэффициента запаса прочности, удовлетворяют нормам прочности К>1.5

1.5 Расчет на прочность диска КВД

При работе двигателя диски подвергаются значительным нагрузкам различного характера. При этом возникают следующие напряжения:

1. Напряжения растяжения от центробежных сил масс самого диска и масс прикрепленных к нему лопаток;

2. Температурные напряжения, возникающие при неравномерном нагреве дисков, они могут вызывать как растяжение, так и сжатие;

3. Изгибные напряжения могут вызываться гироскопическими моментами, разностью давлений и температур газов на поверхностях дисков и вибрацией дисков;

4. Напряжения кручения, возникающие в случае, когда диск передает крутящий момент;

5. Другие напряжения: напрессовка диска на вал, и др.

Из перечисленных напряжений наиболее существенными являются напряжения от центробежных сил и температурные напряжения.

При расчете дисков компрессора на прочность часто не учитывают и температурные напряжения, т.к. обычно неравномерность нагрева диска по радиусу невелика.

При выводе расчетных формул используют следующие допущения:

1. Считаем, что диск симметричен относительно срединной плоскости, перпендикулярной к оси вращения;

2. Считаем, что диск находится в плосконапряженном состоянии;

3. Считаем, что температура меняется по радиусу диска, а по толщине она постоянна;

4. Считаем, что на одном радиусе напряжения по толщине не меняются.

5. Наличие отверстий и бобышек на полотне диска, отдельных выступов и проточек на его частях не принимается во внимание.

Результаты расчета запишем в таблице 1.4

Исходные данные.

Радиус неразрезной части диска Rk=0,130м

Толщина обода диска bk=0,016м

Количество расчетных сечений k=10

Количество скачков N=1

Радиус скачка Rk-1=0,125м

Толщина диска на радиусе скачка bk-1=0,005м

Радиус части диска постоянной толщины R=0,075м

Толщина части диска постоянной толщины b=0,021м

Контурная нагрузка Rл=43,7МПа

Материал диска ВТ8

Частота вращения диска n=19259об/мин

Коэффициент Пуассона =0,3

Температура диска Т=50С

Предел длительной прочности в=950МПа

Плотность материала =4530кг/м3

Расчетные формулы.

Rn=0An+Bn; - радиальное напряжение на радиусе Rn после скачка в диске

Tn=0Nn+Qn;

где ; - касательное напряжение на радиусе Rn после скачка в диске

An=Nn-1n+An-1n;

Bn=Qn-1n+Bn-1n-Cnn;

Nn=Nn-1n+An-1n ;

Qn=Qn-1n+Bn-1n-Cnn-n;

; ;

; ;

; ;

При переходе через скачок толщины пользуемся следующими формулами:

; ;

; ;

Контурная нагрузка считается по данной формуле

Таблица 1.3 Сечения диска

Rn,м	Rn/ Rn-1	bn,м	bn/ bn-1
0,075	-	0,0210	-
0,078375	1,045	0,0171	0,814423
0,080883	1,032	0,0142	0,830672
0,083309	1,03	0,0114	0,802781
0,085226	1,023	0,0092	0,806003
0,086504	1,015	0,0077	0,839418
0,087715	1,014	0,0063	0,818773
0,088768	1,012	0,0051	0,807624
0,105633	1,19	0,0050	0,97991
0,125	1,183335	0,0050	1
0,125	1,000002	0,0160	3,2
0,13	1,04	0,0160	1

Условие разбиения диска на сечения:

0,8bn/bn-11,2

Rn/Rn-11,4…1,5

Рисунок 1.3.1. Расчетная схема диска.

РАCЧЕТ НА ПРОЧНОCТЬ ДИCКОВ КОМПРЕССОРОВ И ТУРБИН

Таблица 1.4

ВЫПОЛНИЛ(А) : Мухина О.С.

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ:

DP= 0 DT= 0

Частота вращения = 19259.0 об/мин

Количество расчетных сечений = 12

Количество скачков на контуре = 1

Контурная нагрузка = 43.700 МПа

AZ= 0 BZ= 0 NZ= 1 QZ= 0

Коэффициент Пуассона = .30

R( 1)= .0750 R( 2)= .0784 R( 3)= .0809 R( 4)= .0833

R( 5)= .0852 R( 6)= .0865 R( 7)= .0877 R( 8)= .0888

R( 9)= .1056 R(10)= .1250 R(11)= .1250 R(12)= .1300

B( 1)= .0210 B( 2)= .0171 B( 3)= .0142 B( 4)= .0114

B( 5)= .0092 B( 6)= .0077 B( 7)= .0063 B( 8)= .0051

B( 9)= .0050 B(10)= .0050 B(11)= .0160 B(12)= .0160

NRS(Z)= 11

Плотность материала = 4530.00

Предел длит. прочности материала= 950.0

РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА:

I R(I),M B(I),M SR,МПА ST,МПА SEK,МПА ZAP

1 .0750 .0210 .00 -11.26 11.26 84.4

2 .0784 .0171 -1.99 -11.20 10.35 91.8

3 .0809 .0142 -3.77 -11.35 10.01 94.9

4 .0833 .0114 -5.89 -11.69 10.12 93.9

5 .0852 .0092 -8.08 -12.17 10.73 88.5

6 .0865 .0077 -10.09 -12.70 11.61 81.8

7 .0877 .0063 -12.57 -13.39 13.00 73.1

8 .0888 .0051 -15.51 -14.26 14.92 63.7

9 .1056 .0050 -24.98 -17.41 22.19 42.8

10 .1250 .0050 -36.42 -22.65 31.85 29.8

11 .1250 .0160 43.70 1.39 43.02 22.1

12 .1300 .0160 43.70 1.39 43.02 22.1

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 1.3.2 Рисунок 1.3.3.

Вывод: Произведен расчет статической прочности диска первой ступени КВД. Из полученных результатов следует, что значения запасов прочности во всех сечениях удовлетворяют нормам прочности (к1,5).

РАСЧЕТ ДИНАМИЧЕСКОЙ ЧАСТОТЫ - 1 ФОРМЫ ИЗГИБНЫХ КОЛЕБАНИЙ ЛОПАТКИ КОМПРЕССОРА (ТУРБИНЫ) ЭНЕРГЕТИЧЕСКИМ МЕТОДОМ РЕЛЕЯ

Таблица 1.5

ВЫПОЛНИЛ(А) : Мухина

УЗЕЛ ДВИГАТЕЛЯ: компрессор МАТЕРИАЛ: ВТ8

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ:

E= 116000.000000 116000.000000 116000.000000 116000.000000

116000.000000 116000.000000 116000.000000 116000.000000

116000.000000 116000.000000 116000.000000

PO= 4530.000000 VP= 0.000000E+00 RP= 0.000000E+00

XP= 0.000000E+00 RK= 1.350000E-01 L= 5.000000E-02

FK= 6.440000E-05 FC= 4.300000E-05 FP= 3.220000E-05 JK= 7.580000E-11

JC= 2.610000E-11 JP= 1.190000E-11 NSM= 321.000000EPS= 1.000000E-03

Q0= 1.600000 Q1= 2.500000

РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА:

Q NS [об/с] F1 [1/с]

1 1.87503000 .0 1272.4840

2 1.87486600 32.1 1274.8110

3 1.87453600 64.2 1281.7630

4 1.87365800 96.3 1293.2670

5 1.87277900 128.4 1309.1990

6 1.87190100 160.5 1329.3980

7 1.87014400 192.6 1353.6680

8 1.86838700 224.7 1381.7920

9 1.86663000 256.8 1413.5340

10 1.86461300 288.9 1448.6510

11 1.86223800 321.0 1486.8980

2. Технологическая часть

2.1 Анализ рабочего чертежа и определение показателей технологичности водила правого

Рабочий чертеж изготавливаемого водила и тип производства (объем выпуска) являются основными исходными данными для проектирования технологического процесса (ТП), т. е. разработки последовательности и содержания технологических операций. Между рабочим чертежом детали (РЧД) и ТП ее изготовления существуют тесные связи:

- точность поверхностей водила определяет необходимое количество этапов и операций формообразования поверхностей этого водила;

- взаимная координация поверхностей водила на РЧД определяет базы, способы установки детали при обработке и последовательность операций ТП;

- термическая и химико-термическая обработка определяют количество и место этапов ТП;

- материал водила определяет методы ее обработки.

Таким образом, анализ РЧД с учетом объемов выпуска позволил получить общее представление о необходимом рациональном ТП:

- материал, размеры и конфигурация детали дали возможность установить необходимый способ получения заготовки детали;

- наличие таких сложных поверхностей и отверстий предопределило необходимость использования специального оборудования и инструмента (сверло, расточной резец и шлифовальный круг);

- заданная в РЧД химико-термическая обработка дала представление о месте этой обработки в ТП и о разделении его на этапы;

- точность поверхностей детали определила количество операций ТП и их содержание.

Оценка технологичности детали производится с помощью системы показателей, состав которых, их оптимальные значения и предельные отклонения, определяются для однотипных изделий стандартами.

В данном случае технологичность водила рассматривается по:

1) технологичности материала водила;

2) технологичности точности, шероховатости поверхностей водила;

3) технологичности простановки размеров;

4) технологичности способов и видов механической обработки;

5) технологичности относительно потребности в специальных станочных приспособлениях и технологической оснастке.

Технологическая конструкция изделия должна обеспечивать:

-возможность применения наиболее прогрессивных методов обработки;

-применение прогрессивных способов получения заготовок с малыми припусками и минимальным количеством обрабатываемых поверхностей;

-возможность автоматизации обработки деталей доступными техническими средствами с минимальными производственными затратами;

-достаточно хорошую обрабатываемость применяемых конструкционных материалов;

-устранение пригоночных и доделочных работ при сборке;

-точность и шероховатость поверхности деталей, обеспечивающих взаимозаменяемость, требуемый класс посадок, высокую надёжность и нормальные условия эксплуатации;

-унификацию и стандартизацию, нормализацию деталей, поверхностей и конструктивных элементов, максимальную взаимозаменяемость деталей и узлов.

2.1.1 Технологичность по материалу

Технологичность детали по материалу предусматривает оценку таких показателей как стоимость и дефицитность материала, его обрабатываемость, возможность применения других материалов или повышение физико-механических свойств имеющегося.

Материал детали - конструкционная легированная сталь - 40ХН2МА-Ш (ГОСТ 7417-75). Сталь-заменитель - 30Х2Н2ВФМА-Ш [18, c.258].

Назначение - коленчатые валы, клапаны, шатуны, крышки шатунов, ответственные болты, шестерни, кулачковые муфты, диски и др. тяжелонагруженные детали. Валки для холодной прокатки металлов

Таблица 2.1.1 Химический состав стали 40ХН2МА -Ш, в %

Общие сведения о стали 40ХН2МА.

Заменитель
стали: 40ХГТ, 40ХГР, 30Х3МФ, 45ХН2МФА.
Вид поставки
Сотовой прокат, в том числе фасонный: ГОСТ 4543-71, ГОСТ 2590-71, ГОСТ 2591-71, ГОСТ 2879-69, ГОСТ 10702-78. Калиброванный пруток ГОСТ 7417-75, ГОСТ 8559-75, ГОСТ 8560-78, ГОСТ 1051-73, ГОСТ 10702-78. Шлифованный пруток и серебрянка ГОСТ 14955-77. Полоса ГОСТ 103-76. Поковки и кованые заготовки ГОСТ 1133-71, ГОСТ 8479-70. Валки ОСТ 24.013.04.-83, ОСТ 24.013.20-85.
Назначение
Коленчатые валы, клапаны, шатуны, крышки шатунов, ответственные болты, шестерни, кулачковые муфты, диски и другие тяжелонагруженные детали. Валки для холодной прокатки металлов.

Химический состав стали 40ХН2МА.

Химический элемент	%
Кремний (Si)	0.17-0.37
Марганец (Mn)	0.50-0.80
Медь (Cu), не более	0.30
Молибден (Mo)	0.15-0.25
Никель (Ni)	1.25-1.65
Сера (S), не более	0.025
Углерод (C)	0.37-0.44
Фосфор (P), не более	0.025
Хром (Cr)	0.60-0.90

Механические свойства стали 40ХН2МА.

Термообработка, состояние поставки	Сечение, мм	у 0,2, МПа	уB, МПа	у5, %	, %	KCU, Дж/м2	HB
	25	930	1080	12	50	78
	25	835	980	12	55	98
КП 440	500-800	440	635	11	30	39	197-235
КП 490	300-500	490	655	12	35	49	212-248
КП 490	500-800	490	655	11	30	39	212-248
КП 540	100-300	540	685	13	40	49	223-262
КП 540	300-500	540	685	12	35	44	223-262
КП 590	100-300	590	735	13	40	49	235-277
КП 590	300-500	590	735	12	35	44	235-277
КП 590	500-800	590	735	10	30	39	235-277
КП 640	100-300	640	785	13	38	49	248-293
КП 640	300-500	640	785	11	33	44	248-293
КП 685	100-300	685	835	12	338	49	262-311
КП 735	<100	735	880	13	40	59	277-321
КП 735	100-300	735	880	12	35	49	277-321
КП 785	<100	785	785	12	40	59	293-331
КП 785	100-300	785	785	11	35	49	293-331

Механические свойства при повышенных температурах.

t испытания, °C	у0,2, МПа	у B, МПа	у5, %	д, %	KCU, Дж/м2
20	950	1070	16	58	78
250	830	1010	13	47	109
400	770	950	17	63	84
500	680	700	18	80	54
700		185	17	32
800		89	66	90
900		50	69	90
1000		35	75	90
1100		24	72	90
1200		14	62	90

Механические свойства в зависимости от сечения.

Термообработка, состояние поставки	Сечение, мм	у0,2, МПа	уB, МПа	у5, %	д, %	KCU, Дж/м2	HRCэ
Место вырезки образца - центр	40	880	1030	14	57	118	33
Место вырезки образца - центр	60	830	980	16	60	127	32
Место вырезки образца - 1/2R	80	730	880	17	61	127	29
Место вырезки образца - 1/2R	100	670	850	19	61	127	26
Место вырезки образца - 1/3R	120	630	830	20	62	127	25
Место вырезки образца - центр	<16	1000	1200-1400	9		90
Место вырезки образца - центр	16-40	900	1100-1300	10		50
Место вырезки образца - центр	40-100	800	1000-1200	11		60
Место вырезки образца - центр	100-160	700	900-1100	12		60
Место вырезки образца - центр	160-250	650	850-1000	12		60

Технологические свойства стали 40ХН2МА.

Температура ковки, С°:
Начала 1220, конца 800. Сечения до 80 мм - отжиг с перекристаллизацией, два переохлаждения, отпуск.
Свариваемость:
трудносвариваемая. Способ сварки: РДС. Необходим подогрев и последующая термообработка.
Обрабатываемость резанием:
В горячекатаном состоянии при НВ 228-235 у B = 560 МПа K? тв.спл. = 0.7, K? б.ст. = 0.4.
Склонность к отпускной способности:
не склонна
Флокеночувствительность:
чувствительна

Критические точки для стали 40ХНМ2МА.

Критическая точка	°С
Ac1	730
Ac3	820
Ar3	550
Ar1	380
Mn	320

Ударная вязкость, KCU, Дж/см2.

Состояние поставки, термообработка	+20	-40	-60
Закалка 860 С, масло. Отпуск 580 С.	103	93	59

Механические свойства в зависимости от термообработки.

у -1, МПа	у -1, МПа	n	у B, МПа	у 0,2, МПа	Термообработка, состояние стали
447	274		880		Сечение 100 м. Закалка 850 С, масло. Отпуск 580 С.
392	235		790		Сечение 400 м. Закалка 850 С, масло. Отпуск 610 С.
519		1Е+6	1080	880

Изменение твердости по глубине при закалке 840 С.

1.5	3	6	9	12	15	21	27	33	42
49-59.5	40.5-60	50-60	50-59.5	49-59	48-58	45-56	41.5-53	41-50.5	36.5-48.5

Прокаливаемость в различных средах.

Количество мартенсита, %	Критический диаметр в воде, мм	Критический диаметр в масле, мм	Критическая твердость, HRCэ
50	153	114	44-47
90	137-150	100-114	49-53
Среда	Температура испытания, °С	Глубина, мм/год
Вода	300	0.05--0.1

Механические свойства стали 40ХНМ2МА при различных температурах испытания.

Температура испытания, °С	20	100	200	300	400	500	600	700	800	900
Модуль нормальной упругости, Е, ГПа	215	211	201	190	177	173
Модуль упругости при сдвиге кручением G, ГПа	84	81	77	73	68	66
Коэффициент теплопроводности Вт/(м ·°С)	39	38	37	37	35	33	31	29	27
Уд. электросопротивление (p, НОм · м)	331
Температура испытания, °С	20- 100	20- 200	20- 300	20- 400	20- 500	20- 600	20- 700	20- 800	20- 900	20- 1000
Коэффициент линейного расширения (a, 10-6 1/°С)	11.6	12.1	12.7	13.2	13.6	13.9
Удельная теплоемкость (С, Дж/(кг · °С))	490	506	522	536	565

Обрабатываемость резанием - в горячекатаном состоянии при НВ=228 - 235 и в=560, Кv б. ст. = 0.4, Кv тв. спл =0,7.

Исходя из представленных данных можно сделать вывод о средней технологичности водила по материалу ввиду достаточно высоких механических свойств стали 40ХН2МА.

2.1.2 Технологичность по точности, шероховатости поверхностей водила

Для характеристики по этому виду технологичности используют такие показатели, как коэффициент точности обработки (Ктч), коэффициент шероховатости поверхности (Кш ) и коэффициент использования материала (КИМ). Из условий серийного производства, партиями должны быть Ктч>0,7, Кш>0,6, КИМ>0,3 [6, c.32, т. 3.2].

Для количественной оценки технологичности определим среднюю точность обработки:

;

где Ti - квалитет i-той поверхности, n - общее число поверхностей.

.

Коэффициент точности обработки:

.

Коэффициент точности обработки удовлетворяет условию Ктч >0,7, следовательно, деталь по этому параметру технологична.

Коэффициент шероховатости:

,

- средняя шероховатость поверхностей;

.

(i) Коэффициент шероховатости:

.

Деталь не технологична с точки зрения шероховатости, так как уровень технологичности детали по шероховатости Кш>0,32 [6, c.32, т. 3.2].

Коэффициент использования материала (КИМ):

КИМ

где m дет - масса готовой детали, а m заг - масса материала, ирасходованного на изготовление детали.

КИМ не удовлетворяет условию технологичности (КИМ>0,3), следовательно, водило не технологично.

2.2 Выбор и обоснование метода, оборудования и параметров формообразования заготовки

Изготовление заготовки - один из основных элементов машиностроительного производства, непосредственно влияющий на расход материала, качество изделия, трудоёмкость её изготовления и себестоимость.

Способ получения заготовки зависит от служебного назначения детали и требований, предъявляемых к ней, от её конфигурации и размеров, вида конструкционного материала, типа производства и других факторов.

Один из основных принципов выбора заготовки сводится к выбору такого способа изготовления, который обеспечит ей максимальное приближение к форме готовой детали. В этом случае существенно сокращается расход материала, объём механической обработки и производственный цикл изготовления детали. Заготовку наиболее приближённую по форме готовой детали можно получить литьём, однако эксплуатационные требования по прочности и долговечности работы детали исключают этот метод получения заготовки.

В настоящее время существует несколько способов обработки металлов давлением. Основными из них являются: прокат, прессование, волочение, ковка, штамповка и т.д. Учитывая назначение и условия работы детали, её конфигурацию, свойства материала, тип производства, целесообразно избрать в качестве метода получения заготовки - горячую объёмную штамповку.

Из всех видов горячей штамповки отдаем предпочтение штамповке на горизонтально-ковочных машинах (ГКМ).

Горячая штамповка на горизонтально-ковочных машинах, являясь одним из высокопроизводительных и экономичных способов, имеет широкое применение в производстве поковок различной конфигурации.

Штамповка на ГКМ применяется в условиях крупносерийного и массового производства и ос особенно в авиационной промышленности

Исходной заготовкой для штамповки на ГКМ является прокат в виде мерных заготовок или прутков, чаще круглого сечения и реже квадратного. Штамповка на ГКМ имеет целый ряд преимуществ:

- возможность штамповки в закрытых штампах (без облоя);

- возможность штамповки без штамповочных уклонов, что сокращает припуски и допуски на поковку;

- возможность обеспечения в поковке наиболее благоприятного направления волокон макроструктуры, придающего ей наибольшую прочность;

- возможность полной автоматизации технологического процесса штамповки.

Чертеж заготовки показан на 2007.МУХИНА.244-05.

Основными принципами назначения допусков являются:

1. Точность изготовления поковки. Класс точности поковки устанавливается в зависимости от вида оборудования. В нашем случае - Т3.

2. Группа стали поковки. Определяется по содержанию углерода и легирующих элементов. В нашем случае - М2, т.к. содержит более 2% легирующих элементов.

Шероховатость поверхности Степень сложности определяем по отношению объема поковки GП к объему геометрической фигуры, в которую вписывается поковка, [4, с. 22].

В нашем случае цилиндр:

 кг,

Где D - наибольший диаметр, L - длина детали

Поскольку С лежит в диапазоне 0.32…0.63, то данная поковка обладает степенью сложности С3.

заготовки Rz = 160 мм .

Глубина дефектного слоя h = 200 мкм. Смещение штампов Д до 0.8 мкм.

2.3 Выбор и технико-экономическое обоснование этапов технологического процесса изготовления, комплектов технологических баз, методов и последовательности обработки поверхностей водила

В основу разработки технологических процессов положены три принципа: технический, экономический и организационный.

В соответствии с техническим принципом проектируемый технологический процесс должен полностью обеспечить выполнение требований чертежа и технических условий на изготовление данного изделия. К ним относят точность деталей, качество поверхностей деталей машин, технологичность деталей и конструкций.

Детали характеризует точность размеров, формы и взаимного положения в пространстве отдельных ее конструктивных элементов. Под точностью понимают степень соответствия фактических размеров, формы и правильности взаимного положения элементов заданным на чертеже или оговоренным техническими условиями. В зависимости от требования конечной точности и условий работы деталей в узле назначают точность изготовления отдельных деталей, т.е. обеспечивают математическую связь между замыкающим звеном в той или иной сборочной единице и ее составляющими звеньями. При этом чем выше требуемая точность замыкающего звена, тем с более высокой точностью должны быть выполнены размеры деталей - звеньев размерной цепи.

Качество поверхностей деталей авиационного двигателя определяется геометрическими и физико-механическими параметрами. К геометрическим параметрам относится отклонение формы и шероховатость. К физико-механическим параметрам относятся твердость, глубина и интенсивность упрочнения, величина и характер внутренних напряжений. Часть этих параметров (например, шероховатость поверхности и твердость) оговаривается на рабочих чертежах деталей. Другие показатели (например, глубина и интенсивность упрочнения, величина и характер залегания внутренних напряжений), ввиду отсутствия надежных средств цехового контроля, обычно не находят отражения в технических условиях. Однако знание характера влияния этих параметров на долговечность деталей позволяет при разработке технологических процессов положительно влиять на качество отдельных деталей и машин в целом за счет применения методов упрочняющей технологии или соответствующих режимов обработки, геометрии режущего инструмента и пр.