RU2481177C1 - Method of milling gas turbine engine rotor blade models at nc machines - Google Patents
Method of milling gas turbine engine rotor blade models at nc machines Download PDFInfo
- Publication number
- RU2481177C1 RU2481177C1 RU2011137983/02A RU2011137983A RU2481177C1 RU 2481177 C1 RU2481177 C1 RU 2481177C1 RU 2011137983/02 A RU2011137983/02 A RU 2011137983/02A RU 2011137983 A RU2011137983 A RU 2011137983A RU 2481177 C1 RU2481177 C1 RU 2481177C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- blade
- lodgement
- gas turbine
- support
- machined
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к области обработки металлов резанием и может быть использовано в машиностроении, а именно в авиадвигателестроении, при обработке профиля пера рабочих лопаток газотурбинных двигателей.The present invention relates to the field of metal cutting and can be used in mechanical engineering, namely in aircraft engine manufacturing, when processing the profile of the pen of the working blades of gas turbine engines.
При изготовлении предъявляются повышенные требования к точности изготовления (~0,02÷0,05 мм), существенно превышающие требования к конструкциям в составе серийных изделий. Основную сложность представляет изготовление аэродинамических поверхностей оперений лопаток вентиляторов, имеющих малые относительные толщины при выраженном осевом габарите (200÷300 мм). Толщина профиля в концевом сечении может достигать 0,6÷0,8 мм при длине хорды ~40 мм. Материал лопатки - сталь. По техническому заданию шероховатость поверхностей должна быть получена при фрезеровании не ниже Ra (0,65÷0,8), не допускается ручная слесарная доработка изделия с целью выглаживания поверхности. При чистовой обработке с высокими оборотами шпинделя, которые позволяют получить требуемую шероховатость поверхностей, и при таких толщинах возникают высоко амплитудные колебания заготовки, которые приводят к браку изделия из-за многочисленных рисок и углублений на поверхности. При фрезеровании стальных лопаток требуется приложить значительную нормальную силу резания, которая при фрезеровании отжимает деталь от инструмента. При малых относительных толщинах, характерных для моделей лопаток вентиляторов, величина отжима может существенно превышать точность обработки, что приведет к недоработке припуска в зонах с малой жесткостью и соответственно больших прогибов. Сила резания также определяется положением фрезы относительно обрабатываемой поверхности и направлением движения фрезы, величинами технологических параметров обработки (подача на зуб, глубина фрезерования, ширина фрезерования), определяющих усилия резания и одновременно производительность обработки, величиной припуска на обработку и шага между строчками. При обработке лопаток выбор стратегии обработки и технологических параметров диктуется требованиями к точности изготовления.During manufacture, increased demands are placed on manufacturing accuracy (~ 0.02 ÷ 0.05 mm), significantly exceeding the requirements for designs as part of serial products. The main difficulty is the manufacture of the aerodynamic surfaces of the feathers of the fan blades having small relative thicknesses with a pronounced axial dimension (200 ÷ 300 mm). The profile thickness in the end section can reach 0.6–0.8 mm with a chord length of ~ 40 mm. The blade material is steel. According to the technical specifications, surface roughness should be obtained when milling is not lower than Ra (0.65 ÷ 0.8), manual locksmithing of the product is not allowed to smooth the surface. When finishing with high spindle speeds, which allow you to obtain the required surface roughness, and at such thicknesses, high-amplitude vibrations of the workpiece arise, which lead to the rejection of the product due to numerous scratches and recesses on the surface. When milling steel blades, a significant normal cutting force is required, which, when milling, squeezes the part from the tool. At small relative thicknesses typical for fan blade models, the spin value can significantly exceed the machining accuracy, which will lead to a deficiency of the allowance in areas with low stiffness and, accordingly, large deflections. The cutting force is also determined by the position of the cutter relative to the surface to be machined and the direction of movement of the cutter, the values of the technological parameters of the processing (feed per tooth, milling depth, milling width), which determine the cutting forces and simultaneously the machining productivity, the size of the machining allowance and the step between the lines. When processing blades, the choice of processing strategy and technological parameters is dictated by the requirements for manufacturing accuracy.
Известен способ обработки нежестких деталей (авторское свидетельство SU 1400798, МПК4 В23С 3/00, 1986 г.), преимущественно лопаток газотурбинных двигателей, концевой фрезой, при котором определяют величину снимаемого припуска, ведут обработку за один проход и перемещают фрезу вдоль обрабатываемой поверхности эквидистантно ей. Обработку ведут периферийной частью концевой фрезы. После обработки первой детали определяют погрешность ее изготовления, замеряют величину отжима детали на ширине обработки и корректируют положение фрезы и детали относительно друг друга с учетом величины этого отжима.A known method of processing non-rigid parts (copyright certificate SU 1400798,
Также известен способ обработки нежестких деталей (авторское свидетельство SU 1502230, МПК4 В23С 3/00, 1987 г.), преимущественно лопаток газотурбинных двигателей, концевой фрезой, при котором определяют величину снимаемого припуска, ведут чистовую обработку за один проход и перемещают фрезу вдоль обрабатываемой поверхности эквидистантно ей. Обработку ведут периферийной частью концевой фрезы.Also known is a method for processing non-rigid parts (copyright certificate SU 1502230,
После обработки первой детали определяют погрешность изготовления, замеряют величину отжима детали и фрезы и путем изменения упругих характеристик фрезы уравнивают величины упругих отжимов фрезы и детали, затем при обработке остальных деталей глубину резания увеличивают на указанную величину отжатия.After processing the first part, the manufacturing error is determined, the spin value of the part and the cutter is measured and, by changing the elastic characteristics of the cutter, the elastic spin values of the cutter and the part are equalized, then when processing the remaining parts, the cutting depth is increased by the specified squeeze value.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является изобретение «Способ обработки лопаток газотурбинных двигателей» по патенту РФ №2419520 С1, МПК В23С 3/18, 2009 г. В данном изобретении определяют величину снимаемого припуска, ведут обработку за один проход концевой торовой фрезой, которую перемещают эквидистантно обрабатываемой поверхности. Для обеспечения плавного перехода от пера лопатки к замку фрезу относительно обрабатываемой поверхности перемещают по спирали. В таком способе необработанная часть детали выполняет роль люнета, что теоретически исключает отжим фрезы и детали, корректировка положения детали и фрезы относительно друг друга проводится после обработки первой детали.Closest to the proposed technical solution is the invention "A method of processing the blades of gas turbine engines" according to the patent of the Russian Federation No. 2419520 C1, IPC В23С 3/18, 2009. In this invention, the size of the removed allowance is determined, processing is performed in one pass with the end torus mill, which is moved equidistant machined surface. To ensure a smooth transition from the feather of the blade to the lock, the cutter is moved in a spiral relative to the surface to be machined. In this method, the untreated part of the part plays the role of a lunette, which theoretically excludes the extraction of the cutter and the part, and the position of the part and the cutter relative to each other is adjusted after processing the first part.
В нашем случае при изготовлении аэродинамических поверхностей лопаток роторов газотурбинных двигателей, имеющих малые относительные толщины при выраженном осевом габарите (200÷300 мм), данный способ является неприемлемым. Основным недостатком вышеуказанного способа являются вибрации при обработке деталей с малой относительной толщиной, которые приводят к неконтролируемому отжиму детали и, как следствие, к браку.In our case, in the manufacture of the aerodynamic surfaces of the rotor blades of gas turbine engines having small relative thicknesses with a pronounced axial dimension (200 ÷ 300 mm), this method is unacceptable. The main disadvantage of the above method is vibration when processing parts with a small relative thickness, which lead to uncontrolled squeezing of the part and, as a result, to marriage.
Задачей и техническим результатом является изготовление аэродинамических поверхностей лопаток газотурбинных двигателей, имеющих малые относительные толщины при выраженном осевом габарите, по своим параметрам отвечающих всем требованиям технического задания, и максимально возможное сокращение сроков их изготовления.The task and the technical result is the manufacture of the aerodynamic surfaces of the blades of gas turbine engines having small relative thicknesses with a pronounced axial dimension, in their parameters meeting all the requirements of the technical specifications, and the shortest possible time for their manufacture.
Решение задачи и технический результат достигаются тем, что в способе фрезерования на станках с ЧПУ лопаток роторов газотурбинного двигателя, имеющих малую толщину и осевые габариты 200-300 мм, включающем определение величины снимаемого припуска и использование концевой торовой фрезы, которую перемещают эквидистантно обрабатываемой поверхности, осуществляют чистовую обработку одной стороны лопатки, после чего присоединяют к обрабатываемой лопатке поддерживающий ложемент со стороны обработанной поверхности для увеличения жесткости лопатки с получением собранного изделия, осуществляют его чистовую обработку и затем производят отсоединение ложемента от обработанной лопатки, при этом используют ложемент, изготовленный из легких сплавов, толщину которого выбирают из условия исключения деформации лопатки от усилия резания и рассчитывают в каждом сечении ложемента с учетом коэффициента запаса прочности.The solution of the problem and the technical result are achieved by the fact that in the method of milling on CNC machines the blades of the rotors of a gas turbine engine having a small thickness and axial dimensions of 200-300 mm, including determining the size of the removed allowance and the use of the end torus mill that moves the equidistant machined surface, is carried out final processing of one side of the blade, after which a supporting lodgement is attached to the processed blade from the side of the treated surface to increase the rigidity of the blade Patches to obtain the assembled product, finish it and then detach the tool tray from the treated blade, using a tool holder made of light alloys, the thickness of which is chosen to exclude the deformation of the blade from the cutting force and is calculated in each section of the tool holder taking into account the safety factor durability.
Присоединение поддерживающего ложемента к обрабатываемой лопатке осуществляют посредством термопластичного клея, при этом клеем смазывают ложемент, разогревают клеевую массу до температуры перехода ее в жидкое состояние и, присоединив ложемент к лопатке, оставляют до полного застывания клеевой массы.The support lodgement is attached to the blade being processed by means of thermoplastic glue, while the lodgement is lubricated with glue, the adhesive mass is heated to the temperature of its transition to a liquid state, and by attaching the lodgement to the blade, the adhesive mass is left to solidify.
На фиг.1 представлена обрабатываемая лопатка в специальном приспособлении для обработки, установленном на фрезерном станке с ЧПУ, и торовая фреза, которой производится обработка.Figure 1 presents the processed blade in a special processing device mounted on a CNC milling machine, and a torus mill, which is processed.
На фиг.2 представлена созданная математическая модель ложемента с облегчающими выборками на тыльной стороне.Figure 2 presents the created mathematical model of the lodgement with facilitating samples on the back side.
На фиг.3 представлена математическая модель ложемента с лицевой стороны.Figure 3 presents the mathematical model of the lodgement on the front side.
На фиг.4 представлена математическая модель ложемента, наложенная на лопатку.Figure 4 presents the mathematical model of the lodgement superimposed on the shoulder blade.
На фиг.5 представлены ложемент и лопатка в сборе в специальном приспособлении для обработки.Figure 5 presents the lodgement and the blade assembly in a special processing device.
На фиг.6 представлена обработанная лопатка в специальном приспособлении для обработки.Figure 6 presents the processed blade in a special device for processing.
При изготовлении аэродинамических поверхностей лопаток роторов газотурбинных двигателей, имеющих малые относительные толщины при выраженном осевом габарите (200÷300 мм), при высокоскоростной обработке на станках с ЧПУ торовой фрезой диаметром 20-30 мм появляются вибрации, которые приводят к неконтролируемому отжиму детали и, как следствие, к браку. Торовая фреза применяется как для черновой, так и чистовой обработки поверхностей двойной кривизны, которой являются аэродинамические поверхности лопаток роторов газотурбинных двигателей.In the manufacture of the aerodynamic surfaces of rotor blades of gas turbine engines having small relative thicknesses with a pronounced axial dimension (200 ÷ 300 mm), high-speed machining on CNC machines with a torus mill of 20-30 mm in diameter produces vibrations that lead to uncontrolled squeezing of the part and, as consequence, to marriage. The torus mill is used both for roughing and finishing of double curvature surfaces, which are the aerodynamic surfaces of the rotor blades of gas turbine engines.
Поскольку после чистовой обработки одной стороны возникла необходимость увеличения жесткости лопатки, то для увеличения ее жесткости выполняют присоединение поддерживающего ложемента:Since after finishing one side there was a need to increase the stiffness of the blade, then to increase its stiffness, the supporting lodgement is attached:
- математическую модель поддерживающего ложемента создают на основе математических моделей обработанной поверхности лопатки газотурбинных двигателей;- a mathematical model of the supporting lodgement is created on the basis of mathematical models of the machined surface of the blades of gas turbine engines;
- математическая модель ложемента имеет толщину, достаточную для исключения недопустимых деформаций лопатки от усилий резания;- the mathematical model of the lodgement has a thickness sufficient to exclude unacceptable deformations of the blade from the cutting forces;
- достаточная толщина ложемента в каждом сечении рассчитывается из условия применения коэффициента запаса прочности (4÷5), рекомендуемого в справочной литературе;- sufficient thickness of the lodgement in each section is calculated from the conditions of application of the safety factor (4 ÷ 5), recommended in the reference literature;
- ложемент изготавливают на станке с ЧПУ из легких сплавов по математической модели;- the lodgement is made on a CNC machine from light alloys according to a mathematical model;
ложемент соединяют с обрабатываемой лопаткой при помощи термопластичного клея, при этом:the lodgement is connected to the processed blade using thermoplastic glue, while:
- термопластичный клей выбирают из условия его перехода в жидкое состояние при температуре не выше 120°С, при этих условиях при нагреве возможность коробления лопатки практически отсутствует;- thermoplastic adhesive is selected from the condition of its transition to a liquid state at a temperature of no higher than 120 ° C, under these conditions, when heated, the possibility of warping of the blade is practically absent;
- ложемент смазывают термопластичным клеем;- the lodgement is lubricated with thermoplastic glue;
- при помощи промышленного фена разогревают клеевую массу до жидкого состояния при температуре не выше 120°С;- with the help of an industrial hair dryer, the adhesive mass is heated to a liquid state at a temperature not exceeding 120 ° C;
- ложемент присоединяют к заготовке лопатки со стороны обработанной поверхности, не вынимая лопатку из приспособления, фиксируют струбцинами, оставляют в сборе до полного застывания;- the lodgement is attached to the workpiece of the blade from the side of the processed surface, without removing the blade from the device, fix it with clamps, leave it assembled until it completely hardens;
- собранное изделие обрабатывают в приспособление (проводят чистовую обработку поверхности).- the assembled product is processed into a fixture (finish processing of the surface).
На фиг.1 представлен процесс чистовой обработки одной из сторон лопатки (1) в специальном приспособлении для обработки (3) торовой фрезой (4), к обработанной стороне термопластичным клеем будет приклеен ложемент (2).Figure 1 shows the finishing process of one of the sides of the blade (1) in a special tool for processing (3) with a torus mill (4), a lodgement (2) will be glued to the treated side with thermoplastic adhesive.
Изготовленный на станке с ЧПУ из легких сплавов ложемент имеет облегчающие выборки (карманы) с тыльной стороны (фиг 2). Сторона ложемента, соприкасающаяся с поверхностью лопатки, имеет минимально возможную после фрезерной обработки шероховатость поверхности для лучшего контакта с поверхностью лопатки (фиг.3), математическая модель ложемента (2) и лопатки (1) в сборе представлена на фиг.4.A tool tray made on a CNC machine from light alloys has lightweight picks (pockets) on the back side (Fig. 2). The side of the lodgement in contact with the surface of the blade has the smallest possible surface roughness after milling for better contact with the surface of the blade (Fig. 3), a mathematical model of the lodgement (2) and of the blade (1) assembly is shown in Fig. 4.
Для обеспечения соединения ложемента и лопатки ложемент (2) смазывают термопластичным клеем, разогревают до температуры не выше 120°С при помощи промышленного фена, клеевая масса переходит в жидкое состояние. Присоединив ложемент к заготовке лопатки (1) с обработанной стороны, фиксируют струбцинами, оставляют в сборе до полного застывания. На фиг.5 представлены ложемент 2 и лопатка 3 в сборе в специальном приспособлении 3 для проведения чистовой обработки поверхности.To ensure the connection of the lodgement and the blades, the lodgement (2) is lubricated with thermoplastic glue, heated to a temperature of no higher than 120 ° C using an industrial hair dryer, the adhesive mass becomes liquid. After attaching the lodgement to the blade preform (1) from the machined side, they are fixed with clamps, left assembled until completely solidified. Figure 5 presents the
Проведенные исследования показали, что при вышеописанном способе обработки производительность вырастает в 3,5-4 раза, и геометрические параметры лопатки находятся в пределах установленных допусков на изготовление данной детали. Затем обработанное изделие разогревают со стороны лопатки и отсоединяют ложемент от лопатки, при этом практически вся клеевая масса остается на ложементе. Обработанная лопатка (1) в приспособлении (3) представлена на фиг.6. После небольшой финишной доработки получается готовое изделие.Studies have shown that with the above processing method, productivity increases by 3.5-4 times, and the geometric parameters of the blade are within the established tolerances for the manufacture of this part. Then the processed product is heated from the side of the scapula and the lodgement is disconnected from the scapula, while almost the entire adhesive mass remains on the lodgement. The processed blade (1) in the device (3) is shown in Fig.6. After a little finishing, the finished product is obtained.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011137983/02A RU2481177C1 (en) | 2011-09-16 | 2011-09-16 | Method of milling gas turbine engine rotor blade models at nc machines |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011137983/02A RU2481177C1 (en) | 2011-09-16 | 2011-09-16 | Method of milling gas turbine engine rotor blade models at nc machines |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2011137983A RU2011137983A (en) | 2013-03-27 |
| RU2481177C1 true RU2481177C1 (en) | 2013-05-10 |
Family
ID=48789397
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2011137983/02A RU2481177C1 (en) | 2011-09-16 | 2011-09-16 | Method of milling gas turbine engine rotor blade models at nc machines |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2481177C1 (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU331850A1 (en) * | И. Б. Кнопов, М. Е. Томилов, С. В. Голод, В. С. Писаренко, А. Г. Ткачев, И. Н. Страковский , М. Н. Яхнин | SUPPORT DEVICE | ||
| SU1202749A1 (en) * | 1984-07-16 | 1986-01-07 | Ленинградское Специальное Конструкторское Бюро Тяжелых И Уникальных Станков | Milling machine with n/c for machining a set of turbine blades |
| JPS62213913A (en) * | 1986-03-17 | 1987-09-19 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Machining method for turbine rotor blade |
| US20110041334A1 (en) * | 2008-03-31 | 2011-02-24 | Snecma | Process for manufacturing a single-piece blisk with a temporary blade support ring removed after a milling finishing step |
| RU2419520C1 (en) * | 2009-09-07 | 2011-05-27 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" | Method of maching gas turbine engine vanes |
-
2011
- 2011-09-16 RU RU2011137983/02A patent/RU2481177C1/en active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU331850A1 (en) * | И. Б. Кнопов, М. Е. Томилов, С. В. Голод, В. С. Писаренко, А. Г. Ткачев, И. Н. Страковский , М. Н. Яхнин | SUPPORT DEVICE | ||
| SU298456A1 (en) * | В. П. Близнюк , О. Н. Сахалов | METHOD OF FASTENING TURBINE BLADES | ||
| SU263387A1 (en) * | Л. И. Шнитман, А. С. Маслюк, А. Д. Зархин, А. Д. КиричкОй | CLAMPING EQUIPMENT FOR PRECAUTION OF FASON SURFACES OF PARTS | ||
| SU251334A1 (en) * | UNDERWATER SUPPORT | |||
| SU1202749A1 (en) * | 1984-07-16 | 1986-01-07 | Ленинградское Специальное Конструкторское Бюро Тяжелых И Уникальных Станков | Milling machine with n/c for machining a set of turbine blades |
| JPS62213913A (en) * | 1986-03-17 | 1987-09-19 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Machining method for turbine rotor blade |
| US20110041334A1 (en) * | 2008-03-31 | 2011-02-24 | Snecma | Process for manufacturing a single-piece blisk with a temporary blade support ring removed after a milling finishing step |
| RU2419520C1 (en) * | 2009-09-07 | 2011-05-27 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" | Method of maching gas turbine engine vanes |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2011137983A (en) | 2013-03-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104308481B (en) | Stator blade machining method of aeroengine compressor without mounting plate | |
| EP2628568B1 (en) | Titanium aluminide article with improved surface finish | |
| US9358605B2 (en) | Method and production line for machining a crankshaft | |
| CN105904169A (en) | Manufacturing process of ultra-long blade complex curved surface integral impeller made of aluminum alloy material | |
| EP2564962B1 (en) | Airfoil machining method | |
| CN105414622B (en) | A kind of HECNCM method of large-scale flexible blade | |
| CN110193785B (en) | Turbine long shaft spline tooth forming and grinding method | |
| CN102303127B (en) | Method for removing incomplete thread by turning of numerically controlled lathe | |
| CN105290475B (en) | A kind of titanium alloy fan blade profile milling method | |
| US20110308966A1 (en) | Method for manufacturing blisks | |
| CN108115559A (en) | A kind of grinding processing method of titanium alloy component | |
| EP3366884B1 (en) | Method for manufacturing blisk | |
| RU2481177C1 (en) | Method of milling gas turbine engine rotor blade models at nc machines | |
| RU2482940C1 (en) | Method of machining gas turbine engine blisk | |
| RU2500506C1 (en) | Method of making airfoils of gas turbine rotor blades at nc machines | |
| RU2429949C1 (en) | Procedure for processing mono-wheel | |
| CN106001338B (en) | High temperature alloy no-residual length leaf milling method | |
| Fei et al. | Cutting force investigation in face milling of additively fabricated nickel alloy 625 via powder bed fusion | |
| CN104625249A (en) | Technology and equipment for efficiently performing finish-milling on space screw tooth profile | |
| CN110421077B (en) | Composite forming method of component with large-angle thin-wall twisted narrow-deep-cavity characteristic | |
| Bałon et al. | High Speed Milling in thin-walled aircraft structures | |
| Bałon et al. | High speed machining of the thin-walled aircraft constructions | |
| RU2629419C1 (en) | Method for final machining of gas turbine engine blade and device for its implementation | |
| CN106363199B (en) | A kind of process tool and processing method of profound annular chamber | |
| CN109531157A (en) | A kind of full-scale machine adding method of eccentric contract |