Технология обработки лопаток

Основные требования к точности механической обработки лопаток изложены в разделе 9.2. Кроме них технологический процесс должен обеспечить выполнение следующих требований.

1.     Положение оси цапф по отношению к профилю пера с учетом допускаемых отклонений его формы и точности разметки должно соответствовать заданному чертежом, так как это оказывает существенное влияние на условия обтекания и гидравлический момент, действующий на лопатку.

2.     Кромки касания должны быть параллельны друг другу и оси цапф лопатки, а их положение должно соответствовать требованиям чертежа, для того чтобы обеспечить возможность плотного закрытия направляющего аппарата.

3.     Должно быть строго выдержано фиксируемое цилиндрической шпонкой положение рычага по отношению к кромкам касания лопатки.

4.     Разброс отклонений перечисленных геометрических характеристик для комплекта лопаток, устанавливаемых в одном направляющем аппарате, должен быть меньше допускаемых значений, т. е. необходимо применение методов и оснащения, обеспечивающих стабильность обработки комплекта лопаток. Требования 2—4 связаны с условием собираемости направляющего аппарата без чрезмерных пригоночных работ.

Основные операции технологического процесса механической обработки (применительно к лопатке 3 с наплавкой 4 я 5 кромок касания и облицовкой 1 и 2 шеек цапф нержавеющей сталью, рис. 9.17) изложены ниже.


Рис. 9.17. Лопатка направляющего аппарата.

r1 и r2 — радиусы построения, определяющие положение кромок касания; а — угол, определяющий взаимное расположение рычага и кромок касания.

1.     Лопатку 4 (рис. 9.18) размечают с помощью двух идентичных профильных шаблонов 3, контур которых повторяет профиль пера. К установленной на трех домкратах 5 лопатке с обоих торцов подводят опирающиеся на плиту шаблоны. Манипулируя домкратами, совмещают торцевые сечения пера с контуром шаблонов. Используя угольник 1 и линейку 2, принимая шаблон как базу наносят на плите риску проекции входной кромки. Прямолинейность входной кромки проверяют по всей длине пера. Откладывая от нее на плите размер I, с помощью угольника наносят на торцах цапф вертикальную ось у—у. Затем с помощью рейсмуса, базируясь от шаблона, проверяют прямолинейность и толщину пера, а также достаточность припусков для обработки выходной кромки и кромок касания и наносят горизонтальную ось х—х по всему периметру лопатки. Пересечение осей на торцах цапф определяет положение центров О, а следовательно, и оси лопатки. Из найденных центров О проводят круговые риски обработки цапф, проверяют диаметральные припуски и наносят риски обработки цапф и пера лопатки по длине.


Рис. 9.18. Схема разметки заготовки лопатки.

2.     Предварительную токарную обработку лопаток с высотой пера больше 1100 мм выполняют с припуском 5 мм на специализированном станке ЛP-61 (см. гл. 2). Длинная цапфа лопатки фиксируется центром выдвижного шпинделя станка, а выверка положения короткой цапфы осуществляется с помощью плоского профильного шаблона. Базой для установки шаблона служат направляющие станины станка. Центральное отверстие, которым шаблон охватывает цапфу, соосно при этом оси вращения шпиндельной бабки. Перемещением лопатки добиваются концентричности круговой риски на торце цапфы установочной окружности шаблона. Регулируя зажимные стойки, закрепляют лопатку и производят обработку цапф и торцев пера. Обработка лопаток на станке ЛP-61 (рис. 9.19) позволяет исключить влияние неуравновешенных масс на цилиндричность шеек цапф и отказаться от сложной технологии, применявшейся при обработке на токарно-центровом станке [11].

Рис. 9.19. Токарная обработка лопатки на станке модели ЛР-61.

При высоте пера меньше 1100 мм лопатки обрабатывают на токарно-центровых станках, так как размеры зажимных стоек не позволяют осуществить закрепление деталей. Следует отметить, что в связи с небольшими размерами и массой таких лопаток фактор неуравновешенности уже не приводит к существенному искажению формы цапф. Однако производительность процесса значительно уступает обработке на специализированном станке.

3.     Разметка лопатки для обработки выходной кромки и кромок касания выполняется по профильным торцевым шаблонам, имеющим замкнутое центральное отверстие с размерами, соответствующими проточенным диаметрам шеек цапф.

4.     Предварительную обработку кромок касания (с припуском 5 мм) осуществляют на продольно-строгальном станке по схеме, приведенной на рис. 9.20. При этом выполняют углубления под наплавку нержавеющей сталью и удаляют напуски на выходной кромке с плавным переходом к необрабатываемой поверхности пера. Обе призмы 1, на которых установлена лопатка 2, тщательно выверяются на столе станка по базовой боковой плоскости Т, чтобы обеспечить совпадение оси детали с направлением строгания. Затем лопатку поворачивают вокруг оси до положения, при котором размеры S, N и К будут соответствовать заданным. Положение лопатки фиксируется зажимами цапф и домкратами 3. Обработка обеих кромок касания с одной установки определяет их параллельность между собой в осевом направлении. Взаимное расположение их в плоскости, перпендикулярной к оси лопатки, обеспечивается поворотом на необходимый угол бокового суппорта станка, с помощью которого обрабатывают выходную кромку. При выполнении операции периодически проверяют стабильность установочных размеров. Проверка точности обработки осуществляется также торцевыми профильными шаблонами на первой, средней и последней лопатке каждого комплекта.


Рис. 9.20. Схема установки лопатки при обработке кромок касания на продольно-строгательном станке.

5.     Шлифование пера лопатки производится на специализированном станке ГФ-259 (см. гл. 2) в двух положениях. Зоны перехода к цапфам шлифуются ручным пневматическим инструментом.

6.     Наплавка кромок касания электродами ЭА-395/9 выполняется после удаления и заварки литейных дефектов. Затем на цапфы устанавливают состоящие из полуколец защитные втулки. Полукольца согнуты из листовой нержавеющей стали толщиной 12—15 мм; отверстия под электрозаклепки выполняют в них до гибки. Установленные и притянутые к цапфам полукольца сначала стягивают сваркой продольных швов, затем заваривают электрозаклепки; в последнюю очередь выполняют кольцевые швы. Такой порядок сварки обеспечивает достаточно плотное прилегание втулок к цапфам. Затруднения могут иметь место в случае некачественной гибки полуколец.

7. Окончательная токарная обработка лопатки производится после восстановления или нанесения новых рисок разметки, удаления припуска на торцах цапф и разделки новых центровых отверстий. Установка лопатки на станке ЛP-61 выполняется в порядке, изложенном для предварительной токарной обработки, с учетом: а) прогиба лопатки под действием массы длинной цапфы, расположенной консольно по отношению к опорам на зажимных стойках; б) деформации лопатки,  а следовательно, перемещения конца длинной цапфы при закреплении зажимными стойками за перо. Оба фактора могут приводить к отклонениям от соосности шеек цапф лопатки, выходящими за пределы допустимых. Деформация от массы цапфы определяется расчетом и задается размером вертикального перемещения ее конца при поджатии центром выдвижного шпинделя станка. Деформация второго рода определяется при закреплении лопатки. Измерения производятся двумя индикаторами, расположенными в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Точность установки — 0,05—0,1 мм.

Особенностью станка ЛР-61 является независимое перемещение шпиндельных бабок по направляющим станины. Таким образом, взаимное расположение шеек цапф в значительной мере зависит от соосности вращающихся частей шпиндельных бабок, что связано в первую очередь с точностью настройки станка.

8.    Проверка биения шеек цапф лопарок выполняемся на токарно-центровом станке. Лопатка закругляется короткой цапфой; в патроне станка, а длинной — опирается на люнет. Выверка  установки выполняется с точностью 0,02 мм. Проверка убиения производится в двух сечениях каждой шейки; для нижней и средней шеек оно недолжно превышать 0,1, а в месте сопряжения с рычагом. —  0,2—0,3 мм.

9.   Разметка под чистовую обработку кромок касания выполняется с помощью профильных шаблонов, базой для установки которых служат обработанные шейки цапф и профиль пера.

10.    Окончательная обработка кромок касания производится аналогично предварительной. Для уменьшения непараллельности кромок касания к оси лопатки цапфы ее опирают на каленые полукольца, установленные на призмах.

11.    Обработка отверстий под цилиндрическую разрезную шпонку производится в лопатке 1, собранной с рычагом 2 и накладкой 3, на горизонтально-расточном станке (рис. 9.21). Лопатка цапфами опирается на призмы, положение которых на столе станка выверено предварительно. Положение лопатки фиксируется упором 5, на который опирается ее кромка касания. Положение рычага с накладкой определяется пальцем 4, опирающимся на подставку на заданной высоте H. Взаимное расположение деталей для первой лопатки проверяется на разметной плите. Собранный узел служит для выверки установки приспособления на станке. В последующем такой контроль осуществляется периодически. Обработка отверстия второго класса точности производится набором сверл, зенкером, разверткой и раскаткой.


Рис. 9.21. Схема установки лопатки с рычагом и накладкой для совместной обработки отверстий под шпонку.

В качестве уплотнения кромок касания лопаток низконапорных турбин применяют резиновый шнур треугольного сечения. Канавка под уплотнительный шнур, расположенная у входной кромки лопатки, обрабатывается на продольно-строгальном станке одновременно с кромками касания в последовательности, приведенной в табл. 9.4. Для проверки формы и размеров канавки применяют односторонний и двусторонний шаблоны. В некоторых случаях применяют конструкцию уплотнения с прижимной планкой. Технологический процесс обработки канавки в этом случае принципиальных отличий не имеет.

Таблица 9.4. Последовательность обработки канавки под резиновый шнур уплотнения лопатки
Операция Эскиз
1. Разметка на торце пера кромки касания и канавки уплотнения лопатки
2. Обработка кромки касания по плоскости; проверка разметки на станке
3. Строжка канавки прямоугольного сечения; проверка размеров канавки по ширине и глубине
4. Обработка канавки по профилю с одной стороны; проверка размеров и профиля односторонним шаблоном
5. Обработка канавки по профилю со второй стороны; проверка односторонним и  двусторонним шаблонами