RU2172843C1

RU2172843C1 - Method of manufacture of deflectors for turbo-machine cooled blades

Info

Publication number: RU2172843C1
Application number: RU99127077/06A
Authority: RU
Inventors: В.Е. Воронин; В.И. Солдатов; Н.Г. Макаров
Original assignee: Государственное предприятие "Московское машиностроительное производственное предприятие "Салют"
Priority date: 1999-12-28
Filing date: 1999-12-28
Publication date: 2001-08-27

Abstract

FIELD: aircraft engine manufacture; manufacture of turbo-machine cooled blade deflectors. SUBSTANCE: method consists in cutting blanks from sheet material at preset geometric parameters, forming aerodynamic profiles and checking their geometric parameters; before forming the aerodynamic profiles, reference marks are made ion blanks; after forming the profiles, change in relative position of reference marks is noted for correction of geometric parameters of blanks. Cutting the blanks and applying reference marks are effected by means of high-energy radiation flux. Holes and/or specific points of blank contour may be used as reference marks. EFFECT: enhanced accuracy of manufacture of deflectors at reduced manufacturing time. 5 dwg

Description

Изобретение относится к авиадвигателестроению, а более конкретно к технологии изготовления дефлекторов полых охлаждаемых лопаток турбомашин, преимущественно на этапе постановки их на производство. The invention relates to aircraft engine building, and more specifically to a technology for manufacturing deflectors of hollow cooled blades of turbomachines, mainly at the stage of putting them into production.

Известен способ изготовления дефлекторов охлаждаемых лопаток турбомашин, заключающийся в том, что изготавливают трубную заготовку дефлектора, выполняют в ней отверстия, а затем формообразуют из нее аэродинамический профиль (а. с. СССР N 962665, кл. F 01 D 5/18, 1980 г.). A known method of manufacturing deflectors of cooled blades of turbomachines, which consists in the fact that they produce a tube blank of the deflector, make holes in it, and then form an aerodynamic profile therefrom (A.S. USSR N 962665, class F 01 D 5/18, 1980 .).

Недостатком известного способа является низкая точность изготовления дефлекторов. The disadvantage of this method is the low accuracy of manufacturing deflectors.

Известен также способ изготовления дефлекторов полых охлаждаемых лопаток турбомашин, заключающийся в том, что изготавливают заготовку дефлектора, поэтапно формообразуют аэродинамический профиль и контролируют ее геометрические параметры, например, путем помещения дефлектора в полость эталонной лопатки (см. а. с. СССР N 966246, кл. F 01 D 5/18, 1981 г.). There is also a known method of manufacturing deflectors for hollow cooled blades of turbomachines, which consists in manufacturing a deflector blank, forming an aerodynamic profile in stages and controlling its geometrical parameters, for example, by placing a deflector in the cavity of a reference blade (see a.s. USSR No. 966246, class F 01 D 5/18, 1981).

Наиболее близким к заявленному является способ изготовления дефлекторов охлаждаемых лопаток турбомашин, заключающийся в том, что из листового материала вырезают заготовки с заданными геометрическими параметрами, поэтапно формообразуют аэродинамические профили и контролируют их геометрические параметры (см. а.с. СССР N 754094, кл. F 01 D 5/18, 1978 г.). Closest to the claimed one is a method of manufacturing deflectors of cooled turbomachine blades, which consists in cutting blanks with predetermined geometric parameters from sheet material, forming aerodynamic profiles in stages and controlling their geometric parameters (see AS USSR N 754094, class F 01 D 5/18, 1978).

Недостатком известного способа также является низкая точность изготовления дефлекторов при повышенном времени их доводки на этапе постановки на производство. A disadvantage of the known method is also the low accuracy of manufacturing deflectors with increased time for their refinement at the stage of putting into production.

Это объясняется тем, что после вырезки партии заготовок с заданными геометрическими параметрами производят формообразование аэродинамических профилей, включающее в себя операции гибки, формовки, отрезки технологического припуска, контактной электрической сварки, калибровки в штампе, обрубки торца, механической правки и др. This is due to the fact that after cutting a batch of workpieces with specified geometric parameters, aerodynamic profiles are formed, including bending, forming, technological allowance cuts, contact electric welding, stamp calibration, end trimming, mechanical dressing, etc.

В ходе каждой из перечисленных механических операций происходит многокомпонентная (по направлениям), многокоординатная пластическая деформация заготовки и в результате этого, как правило, не выдерживаются заданные геометрические размеры готовых изделий. Такие изделия не отвечают заданным параметрам по точности и бракуются. During each of the listed mechanical operations, multicomponent (along the directions), multi-coordinate plastic deformation of the workpiece occurs and as a result of this, as a rule, the specified geometric dimensions of the finished products are not maintained. Such products do not meet the specified parameters for accuracy and are rejected.

В том случае, если отклонения результирующих размеров в партии изделий носят устойчивый характер (поле отклонений параметра достаточно узко), производят некоторую коррекцию заданных геометрических параметров заготовок (например, путем изменения геометрических размеров вырубных штампов, если заготовки изготавливаются методом штамповки). Далее вырезают из листового материала новую партию заготовок дефлекторов (или единичную заготовку), подвергают заготовки(ку) описанным выше операциям формообразования аэродинамического профиля и вновь контролируют результирующие геометрические размеры готовых изделий. In the event that the deviations of the resulting dimensions in the batch of products are stable (the deviation field of the parameter is rather narrow), some correction of the set geometric parameters of the workpieces is performed (for example, by changing the geometric dimensions of the die cuts if the workpieces are made by stamping). Next, a new batch of deflector blanks (or a single blank) is cut from the sheet material, the blanks are subjected to the above-described operations of shaping the aerodynamic profile, and the resulting geometric dimensions of the finished products are again controlled.

При этом, поскольку величина и направление локальных деформаций отдельных участков заготовки труднопрогнозируемы, циклы "вырезка заготовок из листового материала - формообразование аэродинамических профилей - контроль геометрических параметров изделий" могут повторяться неоднократно до тех пор, пока не будут подобраны такие заданные геометрические параметры заготовок, которые обеспечат получение требуемых геометрических параметров готовых изделий. Очевидно, что точность коррекции заданных геометрических параметров заготовок невысока, что приводит к низкой результирующей точности. При этом каждый из таких циклов является весьма трудоемким и требует больших материальных затрат, что делает всю процедуру достаточно дорогостоящей. Moreover, since the magnitude and direction of local deformations of individual sections of the workpiece are difficult to predict, the cycles "cutting blanks from sheet material - shaping aerodynamic profiles - control of the geometric parameters of the products" can be repeated repeatedly until such specified geometric parameters of the workpieces are selected that provide obtaining the required geometric parameters of the finished product. It is obvious that the accuracy of the correction of the given geometric parameters of the workpieces is low, which leads to a low resulting accuracy. Moreover, each of these cycles is very laborious and requires large material costs, which makes the entire procedure quite expensive.

Особенно ярко недостатки известного способа проявляются в том случае, когда вырезка заготовок производится методом штамповки и для каждого изменения заданных геометрических размеров заготовок требуется изготовление нового трудоемкого и дорогостоящего штампа. The disadvantages of the known method are especially pronounced in the case when the blanks are cut by stamping and for each change in the given geometric dimensions of the blanks, a new labor-intensive and expensive stamp is required.

Предлагаемое изобретение решает задачу повышения точности изготовления дефлекторов при одновременном снижении времени доводки дефлекторов на этапе их постановки на производство. The present invention solves the problem of increasing the accuracy of manufacturing deflectors while reducing the time for finishing deflectors at the stage of their putting into production.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в способе изготовления дефлекторов охлаждаемых лопаток турбомашин, заключающемся в том, что из листового материала вырезают заготовки с заданными геометрическими параметрами, формообразуют аэродинамические профили и контролируют их геометрические параметры, до формообразования аэродинамических профилей наносят на заготовки реперные метки, а после формообразования фиксируют изменения взаимного положения реперных меток и по результатам корректируют заданные геометрические параметры заготовок. The specified technical result is achieved due to the fact that in the method of manufacturing deflectors of cooled blades of turbomachines, which consists in cutting blanks with predetermined geometric parameters from sheet material, forming aerodynamic profiles and controlling their geometric parameters, marking marks are applied to blanks before forming aerodynamic profiles , and after shaping, fix changes in the relative position of the reference marks and, based on the results, correct the specified geometric Kie settings blanks.

Указанный технический результат достигается также за счет того, что вырезку заготовок и нанесение меток осуществляют с использованием потока высокоэнергетического (например, лазерного) излучения за один установ листового материала. The specified technical result is also achieved due to the fact that the cutting of blanks and marking is carried out using a stream of high-energy (for example, laser) radiation in one installation of sheet material.

Указанный технический результат достигается также за счет того, что дополнительно в качестве реперных меток используют отверстия и/или характерные точки контура вырезаемых заготовок. The indicated technical result is also achieved due to the fact that, in addition, holes and / or characteristic contour points of the cut blanks are used as reference marks.

На фиг. 1 показано устройство, реализующее заявленный способ. In FIG. 1 shows a device that implements the claimed method.

На фиг. 2 показана заготовка дефлектора с нанесенными на ее поверхность реперными метками (для наглядности дискретность расположения меток увеличена). In FIG. Figure 2 shows the billet of the deflector with reference marks applied to its surface (for clarity, the discreteness of the location of the marks is increased).

На фигурах 3 (а, б, в) показаны различные варианты изменения положения реперных меток после операций формообразования аэродинамических профилей дефлекторов. При этом на фиг. 3а показано изменение положения реперных меток для случая однокомпонентного (однокоординатного) удлинения, на фиг. 3б - для случая двухкомпонентного (двухкоординатного) удлинения, а на фиг. 3в - для случая кручения. In figures 3 (a, b, c) shows various options for changing the position of the reference marks after the operations of forming aerodynamic profiles of deflectors. Moreover, in FIG. 3a shows a change in the position of the reference marks for the case of one-component (one-coordinate) elongation, FIG. 3b - for the case of two-component (two-coordinate) elongation, and in FIG. 3c - for the case of torsion.

Возможность осуществления изобретения подтверждается следующим примером реализации заявленного способа, в котором в качестве источника высокоэнергетического излучения используется оптический квантовый генератор. The possibility of carrying out the invention is confirmed by the following example implementation of the inventive method, in which an optical quantum generator is used as a source of high-energy radiation.

Устройство, реализующее заявленный способ (фиг. 1), содержит оптический квантовый генератор (ОКГ) 1, снабженный системой программного управления (не показана), систему 2 доставки излучения, систему 3 фокусировки луча, систему 4 подачи рабочего газа, рабочий стол 5 с элементами 6 фиксации и крепления листового материала 7. Оптический квантовый генератор обладает характеристиками, обеспечивающими возможность осуществления с его помощью операций резки листового материала 7, выполнения отверстий 8 в заготовках 9 и нанесения реперных меток 10. Такие системы известны и широко используются в промышленности (см. книгу Справочник по технологии лазерной обработки, под ред. В. С.Коваленко, Киев, Техника, 1985 г., с.21-24, 140-160). A device that implements the claimed method (Fig. 1), contains an optical quantum generator (OCG) 1, equipped with a software control system (not shown), a radiation delivery system 2, a beam focusing system 3, a working gas supply system 4, a desktop 5 with elements 6 fixation and fastening of the sheet material 7. The optical quantum generator has characteristics that enable it to be used to cut sheet material 7, make holes 8 in blanks 9, and apply reference marks 10. Such systems are known and widely used in industry (see the book Handbook of Laser Processing Technology, edited by V. S. Kovalenko, Kiev, Technique, 1985, pp. 21-24, 140-160).

Заявленный способ реализуется следующим образом. The claimed method is implemented as follows.

С помощью элементов 6 фиксации и крепления листового материала 7 закрепляют (устанавливают) последний на рабочем столе 5. Рабочий стол может быть оснащен как механическими средствами крепления на нем листового материала, так и иными, например электромагнитными (см. авт. свид. СССР N 254313, кл. В 23 Q 1/16, 1967 г.) или вакуумными (см. авт. свид. СССР N 738822, кл. В 23 Q 1/14, 1973 г.). Вводят в систему программного управления ОКГ 1 значения заданных геометрических параметров заготовок: общую длину и ширину, координаты и размеры вырезов, координаты и диаметры отверстий, а также координаты реперных меток, координаты и значения их цифровых маркировок и др. Using the elements 6 for fixing and fastening the sheet material 7, they fix (install) the latter on the working table 5. The working table can be equipped with both mechanical means of fastening the sheet material on it and other, for example, electromagnetic (see ed. Certificate of the USSR N 254313 , class B 23 Q 1/16, 1967) or vacuum (see ed. certificate of the USSR N 738822, class B 23 Q 1/14, 1973). Enter the values of the specified geometric parameters of the workpieces into the OKG 1 program control system: the total length and width, the coordinates and dimensions of the cuts, the coordinates and diameters of the holes, as well as the coordinates of the reference marks, the coordinates and values of their digital markings, etc.

Осуществляют резку листового материала следующим образом. Carry out the cutting of sheet material as follows.

Оптический квантовый генератор 1 выводят на рабочий режим, т.е. для выбранного режима резки задают необходимые параметры: плотность мощности лазерного излучения, непрерывный или импульсный режим излучения и т.п. Используя систему 2 доставки излучения, на обрабатываемый листовой материал 7 (в зону резания или в зону маркировки) направляют поток высокоэнергетического лазерного излучения. В эту же зону через систему 4 подачи рабочего газа подают струю газа, способствующего удалению продуктов разрушения разрезаемого листового материала (аргон, азот, гелий) или активизирующего реакцию окисления в месте воздействия лазерного излучения на металл заготовки 9 (кислород, сжатый воздух). Осуществляют взаимное перемещение рабочего стола относительно ОКГ (показано горизонтальной стрелкой) и производят непосредственно вырезку заготовок с заданными значениями их геометрических параметров. The optical quantum generator 1 is brought to the operating mode, i.e. for the selected cutting mode, the necessary parameters are set: power density of the laser radiation, continuous or pulsed radiation mode, etc. Using the radiation delivery system 2, a stream of high-energy laser radiation is directed to the processed sheet material 7 (into the cutting zone or into the marking zone). A stream of gas is supplied to the same zone through the working gas supply system 4, which helps to remove the products of destruction of the cut sheet material (argon, nitrogen, helium) or activates the oxidation reaction at the site of the laser radiation affecting the workpiece metal 9 (oxygen, compressed air). Mutually move the desktop relative to the laser (shown by a horizontal arrow) and directly cut the workpieces with the given values of their geometric parameters.

Нанесение реперных меток 10 на поверхность заготовок 9 осуществляют до начала, в процессе (при выполнении) или по окончании вырезки контура заготовок 9, преимущественно методом, не нарушающим поверхностный слой, например методом лазерного маркирования (см. статью: Кукуева Л.Л. "Лазерное маркирование тонкостенных изделий из титановых сплавов", журнал "Авиационная промышленность", 1994 г. , N 1-2, с. 41-42). Наиболее предпочтителен вариант, при котором нанесение реперных меток производят до начала вырезки контура заготовок, поскольку в этом случае обеспечивается наибольшая точность маркировки и не требуется мер по дополнительной фиксации вырезаемой или уже вырезанной заготовки. При этом реперные метки могут быть выполнены в виде сетки, совокупности отрезков линий и/или точек. Одновременно с нанесением реперных меток может производиться их цифровая маркировка, которая в последующем значительно облегчит их идентификацию (на этапе фиксации изменения их взаимного положения). С целью исключения дополнительных погрешностей положение реперных меток наиболее целесообразно задавать в той же системе координат, в которой определяются заданные геометрические параметры заготовок (координаты точек линии их контура). The application of reference marks 10 on the surface of the workpieces 9 is carried out before, during (during) or after cutting the contour of the workpieces 9, mainly by a method that does not violate the surface layer, for example, by laser marking (see article: L. Kukueva, “Laser marking of thin-walled products made of titanium alloys, "Aviation Industry" magazine, 1994, N 1-2, pp. 41-42). Most preferred is the option in which reference marks are applied before the cutting of the workpiece contour begins, since in this case the highest marking accuracy is ensured and no additional fixing of the cut or already cut workpiece is required. In this case, reference marks can be made in the form of a grid, a set of line segments and / or points. Simultaneously with the application of reference marks, they can be digitally marked, which subsequently will greatly facilitate their identification (at the stage of fixing changes in their relative position). In order to eliminate additional errors, the position of the reference marks is most expedient to set in the same coordinate system in which the specified geometric parameters of the workpieces (the coordinates of the points of their contour line) are determined.

Резка материала и нанесение реперных меток может осуществляться также, например, механическим или химическим способом. Однако при использовании для резки и нанесения меток (и их маркировок) источника высокоэнергетического излучения заявленный технический результат проявляется в большей мере. Cutting the material and applying reference marks can also be carried out, for example, mechanically or chemically. However, when using a source of high-energy radiation for cutting and marking (and marking) the claimed technical result is manifested to a greater extent.

В наибольшей степени заявленный технический результат проявляется в том случае, когда вырезают заготовки 7 из листового материала, выполняют в них отверстия 8 и наносят реперные метки за один установ листового материала, т. к. в этом случае исключается суммирование погрешностей от установа листового материала. To the greatest extent, the claimed technical result is manifested in the case when blanks 7 are cut out of sheet material, holes 8 are made in them and reference marks are applied in one installation of sheet material, since in this case the summation of errors from the installation of sheet material is excluded.

Следующим этапом является формообразование аэродинамического профиля дефлектора. Оно осуществляется следующим образом. The next step is the shaping of the aerodynamic profile of the deflector. It is carried out as follows.

Вырезанные заготовки с нанесенными на них реперными метками первоначально подвергаются операциям гибки и формовки на гибочном прессе, операциям отрезки технологического припуска, операциям шовной (роликовой) контактной электрической сварки, калибровки в штампе и обрубки торца на механическом прессе с последующей механической правкой на специальной оправке и др. (см. Комплект технологической документации на процесс изготовления дефлектора, ММПП "Салют", 1989 г., с. 1- 30). Cut blanks with reference marks applied to them are initially subjected to bending and molding operations on a bending press, operations of cutting technological allowance, operations of seam (roller) contact electric welding, calibration in a die and cutting of the butt on a mechanical press with subsequent mechanical dressing on a special mandrel, etc. . (see. Set of technological documentation for the manufacturing process of the deflector, ММПП "Salute", 1989, p. 1-30).

После формообразования дефлекторов осуществляют контроль их геометрических параметров. Нередки случаи, когда, вследствие возникновения многокомпонентных пластических деформаций материала в ходе формообразования аэродинамического профиля дефлектора, отдельные геометрические параметры готовых изделий выходят за пределы установленного допуска. Это приведет к тому, что дефлектор не поместится в предназначенной для него внутренней полости охлаждаемой лопатки либо разместится в ней с недопустимо большим зазором. After shaping deflectors control their geometric parameters. There are frequent cases when, due to the occurrence of multicomponent plastic deformations of the material during the shaping of the aerodynamic profile of the deflector, individual geometric parameters of the finished products go beyond the established tolerance. This will lead to the fact that the deflector does not fit in the intended internal cavity of the cooled blade or is placed in it with an unacceptably large gap.

После завершения операций формообразования дефлектора фиксируют, например, с помощью измерительного микроскопа изменения взаимного положения реперных меток 10 (см. фиг. 3). Полученные в результате этого данные о направлениях и величинах перемещений отдельных реперных меток 10 или их групп (ассоциаций) используют для корректировки заданных геометрических параметров заготовок 9. Скорректированные значения заданных геометрических параметров заготовок вводят в систему программного управления оптического квантового генератора 1 и повторяют цикл "вырезка - формообразование - контроль геометрических параметров дефлекторов". After completion of the shaping operations, the deflector is fixed, for example, using a measuring microscope, the changes in the relative position of the reference marks 10 (see Fig. 3). The resulting data on the directions and values of the movements of individual reference marks 10 or their groups (associations) are used to adjust the set geometric parameters of the blanks 9. The adjusted values of the set geometric parameters of the blanks are entered into the program control system of the optical quantum generator 1 and the “cut - shaping - control of geometrical parameters of deflectors ".

В одной из частных форм реализации заявленного способа дополнительно в качестве реперных меток используют отверстия (их центры или границы) и/или характерные точки линии контура вырезаемых заготовок, такие как, например, точки перелома линии контура вырезаемых заготовок. Это позволит повысить точность изготовления дефлекторов за счет повышения точности привязки положения реперных меток к положению точек линии контура вырезаемых заготовок. In one of the particular forms of implementing the inventive method, holes (their centers or boundaries) and / or characteristic points of the contour line of the cut blanks are additionally used as reference marks, such as, for example, fracture points of the contour line of the cut blanks. This will increase the accuracy of manufacturing deflectors by improving the accuracy of linking the position of the reference marks to the position of the points of the contour line of the cut blanks.

Использование совокупности признаков заявленного способа позволяет, наряду с повышением точности, значительно сократить число циклов "вырезка - формообразование - контроль геометрических параметров дефлекторов". Накопление экспериментальных данных по влиянию направлении и величин перемещении реперных меток 10 на результирующие геометрические параметры изделий (дефлекторов охлаждаемых лопаток турбомашин) позволит выходить на готовое изделие за один такой цикл. Using the combination of features of the claimed method allows, along with increasing accuracy, significantly reduce the number of cycles "cutting - shaping - control of geometric parameters of the deflectors". The accumulation of experimental data on the influence of the direction and magnitude of the movement of reference marks 10 on the resulting geometric parameters of the products (deflectors of cooled blades of turbomachines) will allow you to go to the finished product in one such cycle.

Известные на сегодняшний день технические средства позволяют автоматизировать процессы фиксации изменения взаимного положения реперных меток и корректировки значений заданных геометрических параметров заготовок. The technical means known today allow automating the processes of fixing changes in the relative positions of reference marks and adjusting the values of the given geometric parameters of workpieces.

Claims

1. A method of manufacturing deflectors of cooled blades of turbomachines, which consists in cutting blanks with predetermined geometric parameters from sheet material, forming aerodynamic profiles and controlling their geometric parameters, characterized in that reference marks are applied to the blanks before shaping the aerodynamic profiles, and after shaping record changes in the relative position of reference marks and, based on the results, correct the given geometric parameters of the workpieces.

2. The method according to claim 1, characterized in that the cutting of blanks and marking is carried out using a stream of high-energy radiation for one installation of sheet material.

3. The method according to claims 1 and 2, characterized in that in addition, as reference marks, holes and / or characteristic points of the contour line of the cut blanks are used.