RU2799180C1

RU2799180C1 - Method for dry electropolishing of turbomachine blade and installation for its implementation

Info

Publication number: RU2799180C1
Application number: RU2023103724A
Authority: RU
Inventors: Аскар Джамилевич Мингажев; Николай Константинович Криони; Алиса Аскаровна Мингажева; Раис Калимуллович Давлеткулов
Original assignee: Аскар Джамилевич Мингажев; Николай Константинович Криони; Алиса Аскаровна Мингажева; Раис Калимуллович Давлеткулов
Filing date: 2023-02-19
Publication date: 2023-07-04

Abstract

FIELD: electropolishing.

SUBSTANCE: invention relates to the technology of electropolishing parts made of metals and alloys and can be used for surface treatment of turbomachine blades. The method includes immersing the blade in a working container with anion-exchange resin granules impregnated with electrolyte, processing the blade in two stages: first, a flow of granules is fed to the back and pressure side of the aerofoil and processed, and then the blade is rotated and/or oscillated around its longitudinal axis in the medium granules-anionites to obtain a given roughness on the entire surface of the blade aerofoil. The unit comprises sources of electrical power, mechanisms for moving parts, a control unit, a working container with anion-exchange granules and a product holder. The volume between two concentric shells with windows is used as a working container. The plant is equipped with a device for the circulation of granules-anion exchangers.

EFFECT: improving the quality and reliability of surface treatment of a metal part by increasing the uniformity of surface treatment and reducing the likelihood of defects.

9 cl, 3 dwg, 1 ex

Description

Изобретение относится к технологии электрополирования деталей из металлов и сплавов и может быть использовано для обработки поверхностей лопаток турбомашин для повышения их эксплуатационных характеристик.The invention relates to the technology of electropolishing parts made of metals and alloys and can be used for surface treatment of turbomachine blades to improve their performance.

С повышением шероховатости поверхности ответственных металлических деталей, работающих в условиях воздействия значительных знакопеременных нагрузок, например валов, лопаток газовых турбин и т.п., резко снижаются их эксплуатационные характеристики. Качество обработки поверхности пера лопаток существенно влияет на их прочностные характеристики, так например, повышение класса чистоты поверхности способствует увеличению предела выносливости и статической прочности лопаток (В.Ф. Макаров, Е.Н. Бычина, А.О. Чуян. Математическое моделирование процесса полирования лопаток газотурбинных двигателей // Авиационно-космическая техника и технология. №8 (85), 2011, с.11-14). Развитая шероховатость поверхности лопаток газовых турбин приводит к ухудшению газодинамической устойчивости газотурбинного двигателя (ГТД), к возрастанию аэродинамических потерь, приводящих к снижению КПД, к потере мощности, росту удельных расходов и к снижению экономичности двигателя или газотурбинной установки.With an increase in the surface roughness of critical metal parts operating under the influence of significant alternating loads, such as shafts, gas turbine blades, etc., their performance is sharply reduced. The quality of the surface treatment of the blade feather significantly affects their strength characteristics, for example, an increase in the surface cleanliness class contributes to an increase in the endurance limit and static strength of the blades (V.F. Makarov, E.N. Bychina, A.O. Chuyan. Mathematical modeling of the polishing process blades of gas turbine engines // Aviation and space technology and technology. No. 8 (85), 2011, pp. 11-14). The developed roughness of the surface of the blades of gas turbines leads to a deterioration in the gas-dynamic stability of a gas turbine engine (GTE), to an increase in aerodynamic losses, leading to a decrease in efficiency, to loss of power, an increase in specific costs and to a decrease in the efficiency of the engine or gas turbine plant.

В то же время производство и ремонт деталей газотурбинных двигателей (ГТД) и установок (ГТУ), в связи с высокими требованиями к качеству поверхности (Ra≤0,32…0,16 мкм), характеризуется значительной трудоемкостью их финишной обработки. Это вызывает проблемы при механической обработке поверхностей деталей турбомашин. В этой связи развитие способов получения высококачественных поверхностей деталей турбомашин является весьма актуальной задачей.At the same time, the production and repair of parts of gas turbine engines (GTE) and installations (GTU), due to the high requirements for surface quality (Ra≤0.32 ... 0.16 microns), is characterized by a significant laboriousness of their finishing. This causes problems in the machining of surfaces of turbomachine parts. In this regard, the development of methods for obtaining high-quality surfaces of turbomachine parts is a very urgent task.

Известен способ полирования поверхности детали кругом, при котором детали сообщают возвратно-поступательное перемещение относительно инструмента (А.С. СССР №1732604. МПК B24B 19/14. Способ полирования пера лопаток ГТД лепестковым кругом. Опубл. Бюл. № 1, 2014 г.), в котором полирование производят с деформацией лепесткового круга.There is a known method of polishing the surface of a part in a circle, in which the parts report reciprocating movement relative to the tool (A.S. USSR No. 1732604. IPC B24B 19/14. Method for polishing the feather of GTE blades with a petal circle. Publ. Bull. No. 1, 2014 ), in which polishing is performed with the deformation of the petal circle.

Однако применение в известных способах полирования поверхности детали механического воздействия вызывает ухудшение параметров качества поверхностного слоя материалов, что приводит к снижению ее эксплуатационных характеристик, особенно в случаях обработки таких деталей как лопатки турбины с тонким пером.However, the use of mechanical action in the known methods of polishing the surface of a part causes a deterioration in the quality parameters of the surface layer of materials, which leads to a decrease in its performance, especially in cases of processing such parts as turbine blades with a thin feather.

Наиболее перспективными методами обработки деталей сложной формы, в частности лопаток турбомашин являются электрохимические методы полирования поверхностей [Грилихес С.Я. Электрохимическое и химическое полирование: Теория и практика. Влияние на свойства металлов. Л., Машиностроение, 1987], при этом наибольший интерес для рассматриваемой области представляют методы электролитно-плазменного полирования (ЭПП) деталей [например, Патент ГДР (DD) №238074 (А1), МПК C25F 3/16, опубл. 06.08.1986].The most promising methods for processing parts of complex shape, in particular the blades of turbomachines, are electrochemical methods for polishing surfaces [Grilikhes S.Ya. Electrochemical and chemical polishing: Theory and practice. Influence on the properties of metals. L., Mashinostroenie, 1987], while the methods of electrolytic-plasma polishing (EPP) of parts are of the greatest interest for this area [for example, GDR Patent (DD) No. 238074 (A1), IPC C25F 3/16, publ. 08/06/1986].

Известен также способ полирования металлических поверхностей, включающий анодную обработку в электролите [Патент РБ №1132, МПК C25F 3/16, опубл. 1996, БИ №3], а также способ электрохимического полирования [Патент США №5028304, МПК B23H 3/08, C25F 3/16, C25F 5/00, опубл. 02.07.1991].There is also known a method of polishing metal surfaces, including anodic treatment in an electrolyte [Patent RB No. 1132, IPC C25F 3/16, publ. 1996, BI No. 3], as well as a method of electrochemical polishing [US Patent No. 5028304, IPC B23H 3/08, C25F 3/16, C25F 5/00, publ. 07/02/1991].

Однако известные способы электрополирования не позволяют производить однородную обработку поверхности детали из металлического сплава, особенно деталей сложной формы.However, the known methods of electropolishing do not allow for a uniform surface treatment of a metal alloy part, especially parts of complex shape.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа является способ сухого электрополирования детали закрепление детали на держателе изделия, погружение ее в рабочую емкость с гранулами-анионитами, обеспечивающими ионный унос металла с поверхности детали с удалением микровыступов при подаче противоположного по знаку электрического потенциала на деталь и упомянутые гранулы-аниониты через контактирующий с упомянутыми гранулами-анионитами внешний электрод, производят перемещение гранул относительно обрабатываемой поверхности детали до получения заданной величины шероховатости обрабатываемой поверхности детали [ WO2017186992 - |Method for smoothing and polishing metals via ion transport by means of free solid bodies, and solid bodies for carrying out said method. Опубл. 2017.11.02].The closest technical solution, chosen as a prototype, is the method of dry electropolishing of a part, fixing the part on the product holder, immersing it in a working container with anion-exchange granules that provide ionic ablation of metal from the surface of the part with the removal of microprotrusions when applying an electrical potential of the opposite sign to the part and said anion-exchange granules through an external electrode in contact with said anion-exchange granules, move the granules relative to the workpiece surface to obtain a given value of the workpiece surface roughness [ WO2017186992 - |Method for smoothing and polishing metals via ion transport by means of free solid bodies, and solid bodies for carrying out said method. Published 2017.11.02].

Однако известный способ-прототип [WO2017186992] обладает низкой надежностью и не может быть использован для обработки поверхности ответственных деталей, таких как лопатки турбомашин, поскольку происходит хаотичное взаимодействие поверхности с гранулами, что приводит к неоднородной обработки поверхности, приводящих к снижению эксплуатационных характеристик обработанных деталей.However, the known prototype method [WO2017186992] has low reliability and cannot be used for surface treatment of critical parts, such as turbomachine blades, since there is a chaotic interaction of the surface with granules, which leads to non-uniform surface treatment, leading to a decrease in the performance of the treated parts.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение качества и надежности обработки металлических деталей, особенно ответственных деталей сложной формы, таких как лопатки турбомашин, а также возможность заданного радиуса скругления входных и выходных кромок пера лопатки.The task to be solved by the claimed invention is to improve the quality and reliability of processing metal parts, especially critical parts of complex shape, such as turbomachine blades, as well as the possibility of a given radius of rounding of the input and output edges of the blade feather.

Техническим результатом изобретения является повышение качества и надежности обработки поверхности металлической детали за счет повышения однородности обработки ее поверхности, снижения вероятности появления дефектов.The technical result of the invention is to improve the quality and reliability of surface treatment of a metal part by increasing the uniformity of its surface treatment, reducing the likelihood of defects.

Технический результат достигается за счет того, что в способе сухого электрополирования лопатки турбомашины, включающем закрепление лопатки на держателе изделия, погружение ее в рабочую емкость с гранулами-анионитами, обеспечивающими ионный унос металла с поверхности лопатки с удалением микровыступов при подаче противоположного по знаку электрического потенциала на упомянутую лопатку и упомянутые гранулы-аниониты через контактирующий с упомянутыми гранулами-анионитами внешний электрод, производят перемещение гранул относительно обрабатываемой поверхности лопатки до получения заданной величины шероховатости обрабатываемой поверхности упомянутой лопатки в отличие от прототипа, лопатку обрабатывают в два этапа: вначале подают поток упомянутых гранул на спинку и корыто пера упомянутой лопатки и производят обработку упомянутых спинки и корыта до получения заданной шероховатости их поверхностей, а затем, на втором этапе осуществляют вращение и/или колебание лопатки вокруг ее продольной оси в среде упомянутых гранул-анионитов до получения заданной шероховатости на входной и выходной кромках и на всей поверхности пера упомянутой лопатки.The technical result is achieved due to the fact that in the method of dry electropolishing of a turbomachine blade, which includes fixing the blade on the product holder, immersing it in a working container with anion-exchange granules that provide ionic ablation of metal from the surface of the blade with the removal of microprotrusions when applying an electrical potential of the opposite sign to said blade and said anion-exchange granules through an external electrode in contact with said anion-exchange granules, move the granules relative to the treated surface of the blade until a given value of the roughness of the treated surface of the said blade is obtained, unlike the prototype, the blade is processed in two stages: first, the flow of said granules is fed to the back and trough of the feather of the said blade and the said back and trough are processed until the specified roughness of their surfaces is obtained, and then, at the second stage, the blade is rotated and/or oscillated around its longitudinal axis in the medium of the said anion exchange granules until the specified roughness is obtained at the input and trailing edges and on the entire surface of the feather of said blade.

Кроме того возможны следующие, дополнительные приемы выполнения способа: при обработке упомянутых спинки и корыта пера лопатки дополнительно осуществляют колебательные движения относительно продольной оси упомянутой лопатки; при обработке упомянутых спинки, корыта, входной и выходной кромок пера упомянутой лопатки дополнительно осуществляют вибрацию упомянутой лопатки и возвратно-поступательное движение относительно продольной оси упомянутой лопатки; лопатку подвергают вибрации с частотой от 15 до 50 Гц и амплитудой от 0,5 до 10 мм.In addition, the following additional techniques for performing the method are possible: when processing the said back and trough of the blade feather, additionally, oscillatory movements are carried out relative to the longitudinal axis of the said blade; when processing said back, trough, input and output edges of the feather of said blade, additionally carry out vibration of said blade and reciprocating movement relative to the longitudinal axis of said blade; the blade is subjected to vibrations with a frequency of 15 to 50 Hz and an amplitude of 0.5 to 10 mm.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа устройства является установка для сухого электрополирования детали, содержащая источники электрического питания для электрополирования и осуществления рабочих движений механизмов установки, блок управления, рабочую емкость с гранулами-анионитами и внешним электродом, обеспечивающим электрический контакт с упомянутыми гранулами-анионитами, и по крайней мере один закрепленный на выполненном с возможностью вращения на валу установки держатель изделия, выполненный с возможностью размещения и перемещения детали в среде упомянутых гранул-анионитов с обеспечением подачи противоположных по знаку электрических потенциалов для электрополирования на внешний электрод и обрабатываемую деталь, устройство для обеспечения вибрации упомянутых гранул-анионитов. [ WO2017186992 -|Method for smoothing and polishing metals via ion transport by means of free solid bodies, and solid bodies for carrying out said method. Опубл. 2017.11.02].The closest technical solution chosen as a prototype of the device is an installation for dry electropolishing of a part, containing electric power sources for electropolishing and the implementation of working movements of the installation mechanisms, a control unit, a working container with anion-exchange granules and an external electrode that provides electrical contact with the mentioned granules - anion exchangers, and at least one product holder fixed to the shaft of the installation, made with the possibility of rotation, made with the possibility of placing and moving the part in the environment of the mentioned anion exchange granules with the supply of electrical potentials opposite in sign for electropolishing to the external electrode and the workpiece, the device to ensure the vibration of the mentioned granules-anion exchangers. [ WO2017186992 -|Method for smoothing and polishing metals via ion transport by means of free solid bodies, and solid bodies for carrying out said method. Published 2017.11.02].

Однако известная установка для полирования [WO2017186992] обладает низкой надежностью и не может быть использован для обработки поверхности ответственных деталей, таких как лопатки турбомашин, поскольку происходит хаотичное взаимодействие поверхности с гранулами, что приводит к неоднородной обработки поверхности, приводящих к снижению эксплуатационных характеристик обработанных деталей.However, the known polishing machine [WO2017186992] has low reliability and cannot be used for surface treatment of critical parts, such as turbomachine blades, since there is a chaotic interaction of the surface with granules, which leads to non-uniform surface treatment, leading to a decrease in the performance of the machined parts.

Технический результат достигается за счет того, что установка для сухого электрополирования лопатки турбомашины, содержащая источники электрического питания для электрополирования и осуществления рабочих движений механизмов установки, блок управления, рабочую емкость с гранулами-анионитами и внешним электродом, обеспечивающим электрический контакт с упомянутыми гранулами-анионитами, и по крайней мере один закрепленный на выполненном с возможностью вращения на валу установки держатель изделия, выполненный с возможностью размещения и перемещения лопатки в среде упомянутых гранул-анионитов с обеспечением подачи противоположных по знаку электрических потенциалов для электрополирования на внешний электрод и обрабатываемую лопатку, устройство для обеспечения вибрации упомянутых гранул-анионитов в отличие от прототипа, в качестве упомянутой рабочей емкости используют объем, образованный в пространстве между двумя концентрично расположенными внутри основной камеры установки обечайками, обеспечивающей возможность полного заполнения упомянутой рабочей емкости, причем рабочая камера снабжена по крайней мере одним держателей изделия, выполненным с возможностью дополнительного осуществления колебательных движений и перемещения внутри упомянутой рабочей камеры, причем в стенках обеих упомянутых обечаек выполнены расположенные напротив друг друга окна, снабженные раструбами, направленными вовнутрь упомянутой рабочей емкости, причем размеры упомянутых окон выполнены с возможностью подачи на обрабатываемые поверхности корыта и спинки лопатки потока гранул, обеспечивающих их равномерное омывание гранулами, а рабочее пространство, образованное между упомянутыми окнами выполнено с обеспечением свободного перемещения внутри него упомянутой лопатки, причем держатель изделий закреплен на крышке рабочей емкости, а установка снабжена устройством для циркуляции упомянутых гранул, обеспечивающим их перемещение из объема упомянутой основной камеры установки в рабочую емкость через упомянутые окна. The technical result is achieved due to the fact that the installation for dry electropolishing of a turbomachine blade, containing sources of electrical power for electropolishing and the implementation of working movements of the installation mechanisms, a control unit, a working container with anion-exchange granules and an external electrode that provides electrical contact with the mentioned anion-exchange granules, and at least one product holder mounted on a rotatable on the shaft of the installation, made with the possibility of placing and moving the blade in the environment of the mentioned granules-anion exchangers with the supply of electrical potentials opposite in sign for electropolishing to the external electrode and the blade being processed, a device for providing vibrations of said anion-exchange granules, in contrast to the prototype, as the said working container, the volume formed in the space between two shells concentrically located inside the main chamber of the installation is used, which makes it possible to completely fill the said working container, and the working chamber is equipped with at least one product holder, made with the possibility of additional implementation of oscillatory movements and movement inside the said working chamber, moreover, in the walls of both said shells, windows located opposite each other are made, provided with sockets directed inside the said working container, moreover, the sizes of the mentioned windows are made with the possibility of supplying to the treated surfaces of the trough and back blades of the flow of granules, ensuring their uniform washing with granules, and the working space formed between the said windows is made to ensure free movement of the said blade inside it, moreover, the holder of the products is fixed on the lid of the working container, and the installation is equipped with a device for circulating the said granules, ensuring their movement from the volume of said main installation chamber into the working tank through said windows.

Кроме того возможны следующие признаки установки: упомянутая рабочая емкость снабжена двумя зонами: зоной обработки упомянутых спинки и пера лопатки и зоной обработки входной и выходной кромок пера упомянутой лопатки; упомянутые держатели изделий расположены на упомянутой крышке рабочей емкости с одинаковым шагом, а между зонами обработки расположены перегородки, обеспечивающие взаимное перекрытие движений потоков упомянутых гранул; в качестве упомянутого устройства для перемещения гранул используется шнековый питатель с щеточным шнекомIn addition, the following features of the installation are possible: said working container is provided with two zones: a zone for processing said back and feather blades and a zone for processing the input and output edges of the feather of said blade; said product holders are located on said lid of the working container with the same pitch, and between the processing zones there are partitions that provide mutual overlapping of the movements of the flows of said granules; as the mentioned device for moving the granules, a screw feeder with a brush screw is used

Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг.1 показана установка (в разрезе). На фиг. 2 представлен процесс обработки спинки и корыта пера лопатки (зона обработки спинки и пера лопатки в поперечном разрезе). На фиг 3 - представлен процесс обработки пера лопатки (зона обработки входной и выходной кромок пера лопатки в поперечном разрезе). Фигуры с 1 по 3 содержат: 1 - лопатка, 2 - рабочая емкость, 3 - внешняя обечайка рабочей емкости, 4 - внутренняя обечайка рабочей емкости, 5 - коллектор, 6 - шнековый щеточный питатель, 7 -держатель изделия, 8 - внешняя крышка рабочей емкости, 9 - основная камера установки, 10 - крышка рабочей емкости, 11 - окна внутренней обечайки, 12 - окна внешней обечайки, 13 - раструб-электрод, 14 - опоры, 15 - гранулы-аниониты, 16 - электрод. (ω - вращение лопатки, красные стрелки - направление перемещения активных гранул-анионитов, зеленые стрелки - направление перемещения отработанных гранул-анионитов) The essence of the invention is illustrated by drawings. Figure 1 shows the installation (in section). In FIG. 2 shows the process of processing the back and trough of the blade feather (the zone of processing of the back and feather of the blade in a cross section). In Fig 3 - shows the process of processing the feather blades (processing area of the input and output edges of the feather blades in cross section). Figures 1 to 3 contain: 1 - blade, 2 - working container, 3 - outer shell of the working container, 4 - inner shell of the working container, 5 - collector, 6 - screw brush feeder, 7 - product holder, 8 - outer cover of the working containers, 9 - main chamber of the installation, 10 - cover of the working tank, 11 - windows of the inner shell, 12 - windows of the outer shell, 13 - socket-electrode, 14 - supports, 15 - anion-exchange granules, 16 - electrode. (ω - rotation of the blade, red arrows - direction of movement of active granules-anion exchangers, green arrows - direction of movement of spent granules-anion exchangers)

Заявляемый способ сухого электрополирования лопатки турбомашины и работа установки для реализации способа осуществляется следующим образом.The inventive method of dry electropolishing of a turbomachine blade and the operation of the installation for implementing the method is carried out as follows.

На держателе 7, расположенной на крышке рабочей емкости 10, закрепляют обрабатываемую деталь 1 и размещают ее в рабочую емкость 2, образованную в пространстве между двумя концентрично расположенными внутри основной камеры установки 9 обечайками 3 и 4 (фиг.1) . Для обеспечения попадания гранул-анионитов 15 через окна внешней обечайки 12 зона циркуляции гранул-анионитов 15 закрывается крышкой 8 (фиг.1 и фиг.2). Запускается шнековый щеточный питатель 6, обеспечивающий циркуляцию гранул-анионитов 15 внутри основной камеры установки 9 и их подачу на перо лопатки 1 через окна 11 и 12. При этом лопатку 1 располагают спинкой и корытом пера лопатки 1 в поперечном направлении к потоку гранул-анионитов 15, поступающих через противоположно расположенные окна 11 и 12. На обрабатываемую лопатку 1 и раструбы-электроды 13 подают электрический потенциал противоположного знака, обеспечивающий процесс полирования пера лопатки 1 (фиг.1 и фиг.2). Ширину окон 11 и 12 выбирают из условия обеспечения интенсивного полирования спинки и пера лопатки 1 без интенсивной обработки входной и выходной кромок лопатки 1. После окончания полирования спинки и корыта пера лопатки 1, лопатку переводят в зону обработки входной и выходной кромок пера лопатки 1 (фиг. 3). После размещения лопатки 1 в указанной зоне, производят ее вращение относительно ее продольной оси и производят обработку входной и выходной кромок пера лопатки 1 (фиг. 1). При вращении лопатки 1 в зоне обработки входной и выходной кромок, возникает интенсивное перемещение гранул-анионитов 15 относительно друг друга, а также относительно обрабатываемой лопатки 1 с преимущественной обработкой входной и выходной кромок пера. На втором этапе можно осуществлять либо вращение лопатки, либо обеспечивать ее колебание вокруг ее продольной оси, либо одновременно осуществлять ее вращение и колебание в среде гранул-анионитов 15 до получения заданной шероховатости на всей поверхности пера лопатки.On the holder 7, located on the cover of the working container 10, the workpiece 1 is fixed and placed in the working container 2, formed in the space between two shells 3 and 4 concentrically located inside the main chamber of the installation 9 (Fig.1). To ensure that granules-anion exchangers 15 enter through the windows of the outer shell 12, the circulation zone of granules-anion exchangers 15 is closed with a cover 8 (figure 1 and figure 2). The screw brush feeder 6 is launched, which ensures the circulation of anion exchanger granules 15 inside the main chamber of the installation 9 and their supply to the blade feather 1 through windows 11 and 12. In this case, the blade 1 is positioned with the back and trough of the blade feather 1 in the transverse direction to the flow of anion exchanger granules 15 entering through opposite windows 11 and 12. On the processed blade 1 and socket-electrodes 13 serves an electrical potential of the opposite sign, providing the process of polishing the feather of the blade 1 (figure 1 and figure 2). The width of the windows 11 and 12 is chosen from the condition of providing intensive polishing of the back and feather of the blade 1 without intensive processing of the leading and trailing edges of the blade 1. .3). After placing the blade 1 in the specified zone, it is rotated relative to its longitudinal axis and the leading and trailing edges of the blade feather 1 are processed (Fig. 1). During the rotation of the blade 1 in the processing zone of the input and output edges, there is an intensive movement of the granules-anion exchangers 15 relative to each other, as well as relative to the processed blade 1 with predominant processing of the input and output edges of the pen. At the second stage, it is possible to either rotate the blade, or ensure its oscillation around its longitudinal axis, or simultaneously perform its rotation and oscillation in the medium of anion exchange resin granules 15 until a given roughness is obtained on the entire surface of the blade airfoil.

На всех этапах обработки пера лопатки 1 обеспечивают электрический контакт системы «лопатка - гранулы-аниониты - электрод», таким образом, чтобы вся обрабатываемая поверхность лопатки 1 была полностью погружена в рабочую среду из гранул-анионитов 15. В целях экономии материалов и энергии все элементы установки, кроме электродов 13 и 15, а также держателя изделий 7 и токоподводов, могут быть изготовлены из пластмассы. Наличие двух этапов обработки пера лопатки 1 обеспечивает благоприятные условия для протекания процессов электрохимического массобмена, вначале на труднодоступных участках пера лопатки (корыта и спинки), а затем на всей поверхности пера с преимущественной обработкой входной и выходной кромок, что обеспечивает однородную обработку пера лопатки 1. Последнее обстоятельство приводит к повышению качества и производительности сухого электрополирования. Этому также способствует близкое расположение электродов 13 и 16 к поверхности обрабатываемой лопатки 1, приводящее к снижению электрического сопротивления системы «электрод-гранулы-лопатка». Шнековый питатель с щеточным шнеком позволяет обеспечить равномерную подачу гранул-анионитов в зону обработки лопатки без их механического повреждения. При циркуляции гранул-анионитов 15, после их выхода из зоны обработки лопатки 1 дополнительно, при необходимости, можно предусмотреть зону регенерации гранул-анионитов 15, за счет обновления их состава и подачи обратного электрического потенциала. At all stages of processing the feather blades 1 provide electrical contact of the system "blade - granules-anion exchangers - electrode", so that the entire treated surface of the blade 1 is completely immersed in the working environment of the granules-anion exchangers 15. In order to save materials and energy, all elements installations, except for electrodes 13 and 15, as well as the holder of products 7 and current leads, can be made of plastic. The presence of two processing stages of the blade airfoil 1 provides favorable conditions for the processes of electrochemical mass transfer, first in hard-to-reach areas of the blade airfoil (trough and back), and then on the entire surface of the airfoil with predominant processing of the input and output edges, which ensures uniform processing of the blade airfoil 1. The latter circumstance leads to an increase in the quality and productivity of dry electropolishing. This is also facilitated by the close location of the electrodes 13 and 16 to the surface of the processed blade 1, which leads to a decrease in the electrical resistance of the "electrode-granule-blade" system. A screw feeder with a brush screw makes it possible to ensure a uniform supply of granules-anion exchangers to the processing area of the blade without mechanical damage. When circulating granules-anion exchangers 15, after they leave the processing zone of the blade 1, additionally, if necessary, it is possible to provide a regeneration zone for granules-anion exchangers 15, by updating their composition and supplying a reverse electric potential.

Для повышения однородности обработки, можно также дополнительно воздействовать на систему «электрод-гранулы-лопатка» вибрацией. Вибрационное движение лопатки 1 относительно электродов 13 и 16 можно осуществлять при возвратно-поступательном движении лопатки 1 , вдоль ее продольной оси, например с частотой от 30 до 200 Гц, амплитудой от 0,1 до 2 мм.To increase the uniformity of processing, it is also possible to additionally influence the “electrode-granule-blade” system with vibration. The vibrational movement of the blade 1 relative to the electrodes 13 and 16 can be carried out with the reciprocating movement of the blade 1 along its longitudinal axis, for example, with a frequency of 30 to 200 Hz, an amplitude of 0.1 to 2 mm.

Электрополирование лопатки 1 (фиг.1, фиг.2 и фиг 3) проводят посредством протекания электрохимических процессов (ионного уноса материала детали 1) между лопаткой 1 и электродами 13 или 16 через гранулы-аниониты, пропитанные раствором электролита, обеспечивающего их электропроводность и ионный унос металла с поверхности лопатки 1 с удалением с нее микровыступов.Electropolishing blades 1 (figure 1, figure 2 and figure 3) is carried out by the flow of electrochemical processes (ionic entrainment of the material of the part 1) between the blade 1 and the electrodes 13 or 16 through the anion exchanger granules impregnated with an electrolyte solution that ensures their electrical conductivity and ionic entrainment metal from the surface of the blade 1 with the removal of microprotrusions from it.

В качестве гранул-анионитов используют ионообменные смолы полученные на основе сополимеризации либо полистирола, либо полиакрилата и дивинилбензола. Средние размеры гранул-анионитов выбирают из диапазона от 0,05 до 0,6 мм.As anion exchange granules, ion-exchange resins obtained on the basis of copolymerization of either polystyrene or polyacrylate and divinylbenzene are used. The average size of anion exchanger granules is selected from the range from 0.05 to 0.6 mm.

Электрополирование проводят либо подавая на лопатку 1 положительный, а на электроды 13 или 16 отрицательный электрический потенциал, величиной от 12 до 35 В, либо в импульном режиме со сменой полярности, при диапазоне частот импульсов от 20 до 100 Гц, периода импульсов от 50 мкс до 10 мкс, при амплитуде тока положительной полярности во время импульса +50 А и их длительности 0,4 до 0,8 мкс, при амплитуде тока отрицательной полярности во время импульса - 20 А, и их длительности 0,2 до 0,4 мкс, при прямоугольной форме выходных импульсов тока и длительности пауз между импульсами от 49,6 мкс до 9,2 мкс.Electropolishing is carried out either by applying a positive electric potential to the blade 1, and a negative electric potential to the electrodes 13 or 16, ranging from 12 to 35 V, or in a pulsed mode with a polarity reversal, with a pulse frequency range of 20 to 100 Hz, a pulse period of 50 μs to 10 µs, with a current amplitude of positive polarity during a pulse of +50 A and a duration of 0.4 to 0.8 µs, with a current amplitude of negative polarity during a pulse of 20 A, and a duration of 0.2 to 0.4 µs, with a rectangular shape of the output current pulses and the duration of pauses between pulses from 49.6 µs to 9.2 µs.

При полировании лопатки турбомашины, выполненной из легированной стали, в качестве электролитов для пропитки гранул из анионитов используют один из следующих водных растворов: или NH₄F, концентрацией от 6 до 24 г/л, или NаF, концентрацией от 4 до 18 г/л, или KF концентрацией от 35 до 55 г/л, или смеси NH₄F и KF при содержании NH₄F - от 5 до 15 г/л и KF - от 30 до 50 г/л, или смеси NаF и KF при содержании NаF - от 3 до 14 г/л и KF - от 35 до 60 г/л, или смеси NH₄F и NaF при содержании NH₄F - от 4 до 12 г/л и KF - от 35 до 55 г/л, или смеси NH₄F , NаF и KF при содержании NH₄F - от 3 до 9 г/л и KF - от 20 до 30 г/л, и NaF - от 10 до 25 г/л, или смеси NH₄F и НF при содержании NH₄F - от 5 до 15 г/л и НF - от 3 до 5 г/л, или от 8 до 14% водном растворе NaNO_3,или в электролитах составов, мас.%: (NH₄)₂SO₄- 5; Трилон Б - 0,8, или содержащий серную и орто-фосфорную кислоты, блок-сополимер окисей этилена и пропилена и натриевую соль сульфированного бутилолеата при следующем соотношении компонентов, мас.%:When polishing a turbomachine blade made of alloy steel, one of the following aqueous solutions is used as electrolytes for impregnation of anion exchanger granules: either NH ₄ F, concentration from 6 to 24 g/l, or NaF, concentration from 4 to 18 g/l , or KF with a concentration of 35 to 55 g/l, or a mixture of NH ₄ F and KF with a content of NH ₄ F - from 5 to 15 g/l and KF - from 30 to 50 g/l, or a mixture of NaF and KF with a content NaF - from 3 to 14 g/l and KF - from 35 to 60 g/l, or mixtures of NH ₄ F and NaF with a content of NH ₄ F - from 4 to 12 g/l and KF - from 35 to 55 g/l , or a mixture of NH ₄ F, NaF and KF with a content of NH ₄ F - from 3 to 9 g / l and KF - from 20 to 30 g / l, and NaF - from 10 to 25 g / l, or a mixture of NH ₄ F and HF at the content of NH ₄ F - from 5 to 15 g / l and HF - from 3 to 5 g / l, or from 8 to 14% aqueous solution of NaNO _3, or in electrolytes of compositions, wt.%: (NH ₄ ) ₂ SO ₄ - 5; Trilon B - 0.8, or containing sulfuric and ortho-phosphoric acids, a block copolymer of ethylene and propylene oxides and sodium salt of sulfonated butyl oleate in the following ratio, wt.%:

Серная кислотаSulfuric acid 10-3010-30 Орто-фосфорная кислотаOrthophosphoric acid 40-8040-80 Блок-сополимер окисей этилена и пропиленаBlock copolymer of ethylene and propylene oxides 0,05-1,10.05-1.1 Натриевая соль сульфированного бутилолеатаSodium salt of sulfonated butyl oleate 0,01-0,050.01-0.05 ВодаWater Остальное.Rest.

При полировании лопатки турбомашины выполненной из титанового сплава, в качестве электролитов для пропитки гранул из анионитов используют один из следующих водных растворов: или водный раствор смеси NH₄F и KF при содержании NH₄F - от 8 до 14 г/л и KF - от 36 до 48 г/л, или водного раствора с содержанием 30 - 50 г/л KF·2H₂O и 2 - 5 г/л СrO₃.When polishing a turbomachine blade made of a titanium alloy, one of the following aqueous solutions is used as electrolytes for impregnating granules of anion exchangers: or an aqueous solution of a mixture of NH ₄ F and KF with an NH ₄ F content of from 8 to 14 g/l and KF - from 36 to 48 g/l, or an aqueous solution containing 30 - 50 g/l KF·2H ₂ O and 2 - 5 g/l CrO ₃ .

При полировании лопатки турбомашины выполненной из никелевого сплава, в качестве электролитов для пропитки гранул из анионитов используют один из следующих водных растворов: водный раствор соли фторида аммония концентрацией 6 - 9,0 г/литр, или водный раствор сульфата аммония с концентрацией 0,8…3,4 или водный раствор, содержащий серную и орто-фосфорную кислоты, блок-сополимер окисей этилена и пропилена и натриевую соль сульфированного бутилолеата при следующем соотношении компонентов, мас. %:When polishing a turbomachine blade made of nickel alloy, one of the following aqueous solutions is used as electrolytes for impregnating granules of anion exchangers: an aqueous solution of ammonium fluoride salt with a concentration of 6 - 9.0 g / liter, or an aqueous solution of ammonium sulfate with a concentration of 0.8 ... 3.4 or an aqueous solution containing sulfuric and ortho-phosphoric acids, a block copolymer of oxides of ethylene and propylene and sodium salt of sulfonated butyloleate in the following ratio, wt. %:

Серная кислотаSulfuric acid 10-3010-30 Орто-фосфорная кислотаOrthophosphoric acid 40-8040-80 Блок-сополимер окисей этилена и пропиленаBlock copolymer of ethylene and propylene oxides 0,05-1,10.05-1.1 Натриевая соль сульфированного бутилолеатаSodium salt of sulfonated butyl oleate 0,01-0,050.01-0.05 ВодаWater ОстальноеRest

Процесс полирования осуществляют до получения заданной величины шероховатости поверхности пера лопатки.The polishing process is carried out until a given value of the surface roughness of the blade feather is obtained.

Были проведены также следующие исследования по полированию лопаток турбомашин из легированых сталей, никелевых и титановых сплавов. Неудовлетворительным результатом считался результат, при котором на полируемой поверхности не наблюдался эффект полирования или происходило недопустимое изменение геометрии пера лопатки (превышенное удаление материала с входной и выходной кромок пера лопатки). При отсутствии указанных дефектов на поверхности пера лопатки результат признавался удовлетворительным.The following studies were also carried out on polishing turbomachine blades made of alloyed steels, nickel and titanium alloys. An unsatisfactory result was considered a result in which no polishing effect was observed on the polished surface or an unacceptable change in the geometry of the blade airfoil occurred (excessive removal of material from the leading and trailing edges of the blade airfoil). In the absence of these defects on the surface of the blade airfoil, the result was considered satisfactory.

Во всех случаях, следующие режимы обработки деталей оказались универсальными.In all cases, the following modes of processing parts turned out to be universal.

Применяемые аниониты - ионообменные смолы полученные на основе сополимеризации либо полистирола, либо полиакрилата и дивинилбензола. Марки использованных в предлагаемом изобретении анионитов на основе синтетических смол: Анионит 17-8ЧС , Анионит Purolite A520E, Lewatit S 6328 A (на основе сополимера стирол-дивинилбензола), «Lewatit М500», «Lewatit MonoPlus MК 51», «Lewatit MonoPlus MP 68 », Purolite C150E, Purolite A-860 (макропористая сильноосновная анионообменная смола основанная на акрилатах), анионит сульфированный сополимер стирол-дивинилбензола. Перечисленные аниониты пропитанные вышеприведенными составами электролитов, показали положительный результат при полировании лопаток из легированных сталей.The anion exchange resins used are ion exchange resins obtained on the basis of copolymerization of either polystyrene or polyacrylate and divinylbenzene. Brands used in the proposed invention anion exchangers based on synthetic resins: Anion exchanger 17-8ChS, Anion exchanger Purolite A520E, Lewatit S 6328 A (based on styrene-divinylbenzene copolymer), Lewatit M500, Lewatit MonoPlus MK 51, Lewatit MonoPlus MP 68 ”, Purolite C150E, Purolite A-860 (macroporous strongly basic anion exchange resin based on acrylates), sulfonated styrene-divinylbenzene anion exchange resin. The listed anion exchangers impregnated with the above electrolyte compositions showed a positive result when polishing blades made of alloyed steels.

Пример. Сравнительной обработке подвергались рабочие лопатки компрессора ГТД, полученных штамповкой и размерной электрохимической обработкой. Брались лопатки из титанового сплава (ВТ9, ВТ-1, ВТ3-1,) и легированной стали (ЭП718-ИД, ВЖ105-ИД). Обработку вели по предлагаемому способу и способу-прототипу ([WO2017186992]). Example. Comparative processing was carried out on the working blades of the gas turbine engine compressor, obtained by stamping and dimensional electrochemical processing. Blades were taken from titanium alloy (VT9, VT-1, VT3-1,) and alloy steel (EP718-ID, VZh105-ID). The processing was carried out according to the proposed method and the prototype method ([WO2017186992]).

Обработку по сравниваемым вариантам проводили по следующим режимама:Processing according to the compared options was carried out according to the following modes:

- в импульном режиме со сменой полярности, при диапазоне частот импульсов от 60 Гц, периода импульсов 30 мкс, при амплитуде тока положительной полярности во время импульса +50 А и их длительности 0,8 мкс, при амплитуде тока отрицательной полярности во время импульса - 20 А, и их длительности 0,4 мкс, при прямоугольной форме выходных импульсов тока и длительности пауз между импульсами 49,6 мкс. - in pulsed mode with polarity reversal, with a pulse frequency range of 60 Hz, a pulse period of 30 μs, with a positive polarity current amplitude during a pulse of +50 A and a pulse duration of 0.8 μs, with a negative polarity current amplitude during a pulse - 20 A, and their duration is 0.4 μs, with a rectangular shape of the output current pulses and the duration of pauses between pulses is 49.6 μs.

- электролит для пропитки гранул-анионитов:- electrolyte for impregnation of granules-anion exchangers:

- для легированных сталей - водный раствор NH₄F, концентрацией 12 г/л.- for alloy steels - an aqueous solution of NH ₄ F, with a concentration of 12 g / l.

- для титановых сплавов - водный раствор смеси NH₄F и KF при содержании NH₄F - 10 г/л и KF 36 г/л. - for titanium alloys - an aqueous solution of a mixture of NH ₄ F and KF with a content of NH ₄ F - 10 g/l and KF 36 g/l.

Условия перемещения лопаток и другие режимы при их обработке:Conditions for moving the blades and other modes during their processing:

- по способу прототипу: вращение на эксцентриковом валу при вибрационном воздействии (диаметр рабочей емкости 500 мм, вибрация - осциллирующие движения с частотой 50 Гц и амплитудой 3,5 мм, обороты вращение вала установки - 50 об/мин, время обработки - 80 мин).- according to the prototype method: rotation on an eccentric shaft with vibration exposure (diameter of the working container 500 mm, vibration - oscillating movements with a frequency of 50 Hz and an amplitude of 3.5 mm, rotation speed of the installation shaft - 50 rpm, processing time - 80 minutes) .

- по предлагаемому способу: двухэтапная обработка пера лопатки: вначале подача потока гранул-анионитов на спинку и корыто пера лопатки, при длительности обработки спинки и корыта до получения заданной шероховатости (Ra = 0, 04 мкм), затем на втором этапе, полная обработка всей поверхности пера при вращении лопатки вокруг ее продольной оси до достижения шероховатости поверхности Ra = 0, 02 мкм. (диаметр внешней обечайки рабочей емкости 1000 мм, внутренней обечайки - 800 мм; вибрация - осциллирующие движения с частотой 50 Гц и амплитудой 3,5 мм, обороты вращение в режиме отработки входной и выходной кромок пера лопатки - 20 об/мин, общее время обработки лопатки - от 60 до 80 мин.)- according to the proposed method: two-stage processing of the blade feather: first, the flow of granules-anion exchangers to the back and trough of the blade feather, with the duration of processing the back and trough until a given roughness is obtained (Ra = 0.04 μm), then at the second stage, complete processing of the entire surface of the blade during rotation of the blade around its longitudinal axis until the surface roughness Ra = 0.02 µm is reached. (diameter of the outer shell of the working tank is 1000 mm, the inner shell is 800 mm; vibration - oscillating movements with a frequency of 50 Hz and an amplitude of 3.5 mm, rotation speed in the mode of working out the leading and trailing edges of the blade feather - 20 rpm, total processing time shoulder blades - from 60 to 80 min.)

Сравнение результатов обработки поверхностей лопаток показали, что при обработке по способу-прототипу наблюдаются необработанные или некачественно обработанные участки, а также чрезмерный унос материала с входной и выходной кромок пера лопатки. При обработке по предлагаемому способу дефекты в виде необработанных участков или изменение размеров пера лопатки из-за чрезмерного уноса материала с поверхностей входной и выходной кромок не обнаружены.Comparison of the results of processing the surfaces of the blades showed that when processing according to the prototype method, untreated or poorly processed areas are observed, as well as excessive entrainment of material from the input and output edges of the blade feather. When processing according to the proposed method, defects in the form of untreated areas or a change in the size of the blade feather due to excessive entrainment of material from the surfaces of the leading and trailing edges were not detected.

По сравнению с известным способом полирования [ WO2017186992 ] при обработке пера лопатки из легированных сталей и титановых сплавов по предлагаемому способу образование дефектов в виде неполированных участков поверхности, недопустимых изменений геометрии пера лопатки практически не наблюдалось, в то время как при обработке по способу-прототипу [WO2017186992] наблюдалось образование перечисленных дефектов. Compared with the known polishing method [WO2017186992] when processing the blade airfoil made of alloyed steels and titanium alloys according to the proposed method, the formation of defects in the form of unpolished surface areas, unacceptable changes in the geometry of the blade airfoil were practically not observed, while during processing according to the prototype method [ WO2017186992] observed the formation of the listed defects.

Таким образом, предложенный способ сухого электрополирования лопатки турбомашины позволил достигнуть поставленного в изобретении технического результата - повышение качества и надежности обработки поверхности металлической детали за счет повышения однородности обработки ее поверхности, снижения вероятности появления дефектов.Thus, the proposed method of dry electropolishing of a turbomachine blade made it possible to achieve the technical result set in the invention - improving the quality and reliability of surface treatment of a metal part by increasing the uniformity of its surface treatment, reducing the likelihood of defects.

Claims

1. A method for electropolishing a turbomachine blade, including fixing the blade on a product holder, immersing it in a working container with anion-exchange resin granules impregnated with electrolyte and providing ionic removal of metal from the surface of the blade with the removal of microprotrusions, when applying an electric potential of the opposite sign to the blade and granules - anion exchangers through an external electrode in contact with the granules-anion exchangers produce the movement of the granules relative to the treated surface of the blade until a given value of the roughness of the treated surface is obtained, characterized in that the blade is processed in two stages: troughs until the specified roughness of their surfaces is obtained, and then, at the second stage, the blade is rotated and/or oscillated around its longitudinal axis in the medium of anion-exchange granules until the specified roughness is obtained on the leading and trailing edges and on the entire surface of the blade airfoil.

2. The method according to p. 1, characterized in that during the processing of the back and trough of the blade feather, additionally, oscillatory movements are carried out relative to the longitudinal axis of the blade.

3. The method according to claim 1, characterized in that when processing the back, trough, leading and trailing edges of the blade feather, the blade is additionally vibrated and reciprocated relative to the longitudinal axis of the blade.

4. The method according to p. 3, characterized in that the blade is subjected to vibration with a frequency of 15 to 50 Hz and an amplitude of 0.5 to 10 mm.

5. Installation for electropolishing of a turbomachine blade, containing sources of electrical power for electropolishing and the implementation of working movements of the installation mechanisms, a control unit, a working container with anion-exchange granules impregnated with electrolyte, and an external electrode that provides electrical contact with anion-exchange granules, and at least one product holder mounted on a rotatable on the shaft of the installation, made with the possibility of placing and moving the blade in the environment of anion exchanger granules, ensuring the supply of electrical potentials opposite in sign for electropolishing to the external electrode and the blade being processed, a device for ensuring vibration of anion exchanger granules, characterized in that as a working container, a volume formed in the space between two shells concentrically located inside the main chamber of the installation is used, which makes it possible to completely fill the working container, and the working chamber is equipped with at least one product holder, made with the possibility of additional implementation of oscillatory movements and movement inside the working tank, and in the walls of both shells there are windows located opposite each other, equipped with sockets directed inside the working tank, and the sizes of the windows are made with the possibility of supplying a flow of granules to the treated surfaces of the trough and the back of the blade, ensuring their uniform washing with granules, and the working the space formed between the windows is made to ensure free movement of the blade inside it, and the product holder is fixed on the lid of the working tank, and the installation is equipped with a device for circulating granules, ensuring their movement from the volume of the main chamber of the installation to the working tank through the windows.

6. Installation according to claim. 5, characterized in that the working container is equipped with two zones: a treatment area for the back and feather of the blade and a zone for processing the input and output edges of the feather of the blade.

7. Installation according to any one of paragraphs. 5 or 6, characterized in that the product holders are located on the lid of the working container with the same pitch, and between the processing zones there are partitions that provide mutual overlapping of the movements of the flows of granules.

8. Installation according to any one of paragraphs. 5 or 6, characterized in that a screw feeder with a brush screw is used as a device for moving the granules.

9. Installation according to claim 7, characterized in that a screw feeder with a brush screw is used as a device for moving the granules.