1. Оптимизация условий
формообразования тонкостенных
фланцев деталей ГТД из титановых
сплавов
Ассистент каф.ТМС ПНИПУ Абзаев Р.С.
Ассистент каф.ТМС ПНИПУ Двинянинов С.А.
Научный руководитель Макаров В.Ф., профессор, д.т.н.
2012 г.

2. Современные проблемы и актуальность работы:
 1. Широкое применение нового дорогостоящего
современного оборудования с ЧПУ и обрабатывающих
центров с большими возможностями по проведению
процесса.
 2. Широкое использование тонкостенных деталей в
конструкциях авиадвигателей и газотурбинных
установок на их основе.
 3. Проблемность осуществления и оптимизации
процесса обработки тонкостенных деталей по
причине отсутствия необходимых исследований по
обработке данной группы деталей.

3. Проблема при фрезеровании наружного контура кольца:
При фрезеровании паза, вследствие больших сил резания и низкой жесткости
детали возникают вибрации, которые приводят к появлению дробления
обрабатываемой поверхности, либо разрыву конструктивного элемента (ушка).
Данную проблему можно объяснить с точки зрения контактных явлений в зоне
резания. Применяя труднообрабатываемые титановые и жаропрочные сплавы для
деталей ГТД с большим содержанием карбидов, нитридов и карбо-нитридов в
структуре материала, при фрезеровании фланцев концевыми фрезами возникают
существенные окружные и радиальные силы резания. В свою очередь, главным
образом радиальная составляющая Py, стимулирует отжим инструмента в
процессе обработки от обрабатываемой поверхности, вызывая вибрации
инструмента в зоне резания.
3

4. Двигатель ПС-90А
• ПС-90А – российский турбореактивный авиационный двигатель
мощностью 16 000 кгс. Устанавливается на пассажирских самолетах
Ил-96-300, Ил-96-400, Ту-204-100, Ту-204-300 и транспортном Ил-76МФ
4

5. Обрабатываемая деталь:
Обработка наружного контура кольца НА
1й подпорной ступени ТВД – фрезерование наружного
контура
•Работа при повышенных температурах
•Повышенные требования к качеству
обрабатываемых поверхностей
•Тяжело нагружена в процессе эксплуатации
авиадвигателя
•Высокие требования к точности
обработки поверхностей
Материал ВТ-6
Наружный диаметр Dн=1161мм
Диаметр по дну паза Dп=1140мм
Количество пазов 154шт
Толщина стенки hс=2,8мм
Снимаемый припуск 10,5 мм
5

6. Возможные пути решения проблемы:
- Двухпроходный способ (многопроходный), позволит
решить поставленную задачу, но значительно увеличит
время обработки и тем самым стоимость операции;
- Выбор таких параметров обработки (условий), при которых
бы случаи брака были исключены, но потребовал
значительного снижения режимов обработки, тем самым
снижая производительность процесса, эффективность
использования оборудования и режущего инструмента;
- Разработка технологического решения, позволяющего
производить обработку на высоких режимах с низкой
трудоемкостью, исключая случаи брака при обработке
6

7. Схема с предварительным врезанием:
Оптимизируется с целью уменьшения и
нивелирования (выравнивания)
припуска вдоль обрабатываемого
профиля детали
Определение граничных углов участков:
ld
δ1 = arccos
Rd 1
l − ( hd − Rd 2 )
δ 2 = arccos d
Rd 1 + Rd 2
 B − (hd − Rd 2 ) 
Ld − A − R f ⋅ sin  arccos 
 Rf 
δ 3 = arcsin  
2
  
 L − A − R ⋅ sin  arccos B − (hd − Rd 2 )   + l 2
 d f  Rf  d
  
Ld − A
δ 4 = arcsin
( Ld − A) 2 + ( l d + ( B − (hd − Rd 2 )) )
2
7

8. Определение глубины резания вдоль профиля паза по участкам:
N-F F-G
B + Rd 2 − hd + l d π   sin δ ⋅ ( B + Rd 2 − hd + l d ) 
t= − Rd 1 + cos + δ  ⋅  A − Ld + −
cos δ  2   cos δ 
ld
t = O1 M '− Rd 1 = − Rd 1 2
cos δ π   sin δ ⋅ ( B + Rd 2 − hd + l d ) 
sin 2  + δ  ⋅  A − Ld + 
2   cos δ 
− Rf ⋅ 1−
G-P
2
Rf
P-H
  A − Ld  ( A − Ld ) 2
t = cos δ + arctg 
 B+ R −h +l  ⋅
 + 1 ⋅ ( B + Rd 2 − hd + l d ) −
  d2 d d  ( B + Rd 2 − hd + ld )
2
  A − Ld   ( A − Ld ) 2 
sin 2  δ + atg 
 B+ R −h +l   ( B + R − h + l ) 2 + 1 ( B + Rd 2 − hd + l d )
 
  d2 d d  
 d2 d d 

− Rf 1 − −
  A 2 + B 2 ⋅ sin ω  
8
2
Rf
t = Rd 2 − A 2 + B 2 + R f − 2 A 2 + B 2 ⋅ R f ⋅ cos(π −  ω + arcsin 
2 2
− Rd1   Rf 
  

9. Определение количества зубьев в контакте с деталью Nz по участкам
профиля паза
N-F, F-G
∠S11N ⋅ n
Nz =
360
G-P P-H
∠S1 ' '1' ' f '⋅n
∠S1 '1' f ⋅ n Nz =
Nz = 360
360
9 n – количество зубьев фрезы

10. Анализ изменения величины глубины резания t и количества зубьев в контакте с деталью Nz в
зависимости от изменения параметров А и В и диаметра фрезы Df
График изменения глубины резани t
График изменения глубины резани t График изменения глубины резани t
от разных значений параметра А при
от разных значений параметра В при от разных диаметров фрезы при
постоянных параметра В и Df:1)А=-2мм;
постоянных параметре А и Df:1)В=2,5мм; постоянных параметрах А и В:1)Df=12мм;
2)А=-1мм; 3)А=1мм
2)В=2мм; 3)В=0мм 2)Df=14мм; 3)Df=15мм
График изменения количества зубьев
График изменения количества зубьев
в контакте с деталью Nz График изменения количества зубьев в контакте Nz
в контакте с деталью Nz
от разных значений параметра А при от разный диаметров фрез при постоянных
от разных значений параметра В при
постоянных параметра В и Df:1)А=-1мм; параметрах А и В:1)Df=10мм; 2)Df=11мм; 3)Df=12мм
постоянных параметре А и Df:1)В=2мм;
2)А=1мм; 3)А=2мм
2)В=1мм; 3)В=0мм
10

11. Анализ возникающих сил резания по методу В.Ф.Безъязычного:
Z1
δ  Выбранный метод позволяет определить
τ p ⋅ a1 ⋅ b1 ⋅ c1 ⋅ E X 1 ⋅ Nz ⋅  
ρ  составляющие силы резания с наибольшей
PZ =  1 точностью, т.к. включает максимальное
B ⋅ sin
K1 0 , 052
α ⋅ sin 0 , 052
γ количество факторов, влияющих на про-
Z2
цесс обработки.
δ  В том числе физические и механические
τ p ⋅ a1 ⋅ b1 ⋅ c 2 ⋅ E X 2 ⋅ Nz ⋅  
ρ  свойства обрабатываемого и инструменталь-
PY =  1 ⋅ sin ϕ ного материалов, геометрию РИ, условия и
2 , 75 3 , 08
B K 2 ⋅ sin 0,85 B α ⋅ sin 1, 2 B γ режимы обработки.
Z3
δ 
c3 ⋅ E X 3 ⋅ Nz ⋅  
ρ 
PX = τ p ⋅ a1 ⋅ b1 ⋅ K 3  1  ⋅ cos ϕ
B ⋅ sin α ⋅ sin 0,17 γ
0 ,19
Коэффициент Nz отражает какая доля от единичной силы (силы, возникающий от воздействия на
обрабатываемый материал одним зубом фрезы) оказывает свое влияние в рассматриваемой точке профиля
паза.
11

12. Принятая схема обработки:
Изменение глубины резания t вдоль профиля паза
Изменение количества зубьев в контакте с деталью
вдоль профиля паза
Графики изменения составляющих сил резания
вдоль профиля паза: 1)без врезания;
12 2)с областью предварительного врезания

13. Результаты производственных испытаний и
выводы
• износ по задней поверхности зубьев составляет 0,15-0,20 мм
• точность и качество обработанной поверхности соответствует ТУ (Ra=2,3 мкм)
• обработка детали с предварительным врезанием на 30-40% производительнее
по сравнению с двухпроходным способом (17,7 мин и 23 мин)
• стойкость фрезы в 1,5-2 раза выше при обработке с предварительным врезанием
(~150 мин и ~92 мин)
Выводы:
• Применение схемы с предварительным врезанием решило проблему с дефектами
обрабатываемой поверхности и неудовлетворяющей ТУ шероховатостью
• Применение данного решения позволяет повысить стойкость инструмента и
производительность процесса
• Согласно полученным результатам контроля качества обработанных поверхностей,
погрешность расчетов с помощью оптимизационной модели не превышает 15%
13

14. СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ
Двинянинов Сергей
14