RU2818513C1 - Способ изготовления штамповки лопатки газотурбинного двигателя из двухфазного титанового сплава - Google Patents
Способ изготовления штамповки лопатки газотурбинного двигателя из двухфазного титанового сплава Download PDFInfo
- Publication number
- RU2818513C1 RU2818513C1 RU2023117355A RU2023117355A RU2818513C1 RU 2818513 C1 RU2818513 C1 RU 2818513C1 RU 2023117355 A RU2023117355 A RU 2023117355A RU 2023117355 A RU2023117355 A RU 2023117355A RU 2818513 C1 RU2818513 C1 RU 2818513C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- stamping
- blade
- allowance
- shaped
- blank
- Prior art date
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 17
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 11
- 238000003486 chemical etching Methods 0.000 claims abstract description 27
- 210000003746 feather Anatomy 0.000 claims description 18
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 16
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 11
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 claims description 3
- 230000004927 fusion Effects 0.000 claims description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 238000005242 forging Methods 0.000 abstract 1
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 abstract 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 5
- 238000009966 trimming Methods 0.000 description 2
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 description 1
- 238000005461 lubrication Methods 0.000 description 1
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 1
- 238000009987 spinning Methods 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
Abstract
Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при изготовлении штамповок лопаток из двухфазных титановых сплавов. Осуществляют проектирование и изготовление фасонированной заготовки и последующую ее штамповку. При проектировании фасонированной заготовки учитывают припуск по профилю лопатки от хвостовика до концевой части под степень деформации при последующей штамповке, припуск на облой и припуск на размерное химическое травление. Приведены математические выражения для определения размеров сечений входной и выходной кромок фасонированной заготовки лопатки под последующую штамповку и горизонтальное местоположение ее сечений относительно вертикальной оси симметрии лопатки. В результате обеспечивается повышение качества получаемой штамповки лопатки. 3 з.п. ф-лы, 2 ил., 2 табл., 1 пр.
Description
Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при изготовлении штамповок бесприпусковых лопаток из двухфазных титановых сплавов, например, лопаток компрессора или лопаток направляющих аппаратов.
Известен способ изготовления лопаток газотурбинного двигателя, в котором расчетный профиль лопатки увеличивают на величину технологического припуска, при этом приняв прикомлевое сечение готовой лопатки за базовое, определяют угол закрутки концевого сечения Ак лопатки относительно базового сечения, после этого графическим или аналитическим путем поворачивают концевое сечение Ак вокруг продольной оси лопатки на угол его закрутки относительно базового сечения, проводя раскрутку профиля пера лопатки для целей определения новых значений координат профиля лопатки (Хс, Yc, Хк, Yк) в заданной системе координат (Патент РФ №2013179 от 05.06.1990, МПК B21H7/16, B23P15/02, опубл. 30.05.1994).
Недостатком данного способа изготовления лопаток газотурбинного двигателя является то, что профильные поверхности спинки и корыта в продольном направлении выполняются цилиндрической или конической поверхностями, которые не могут обеспечить структурную стабильность с высоким качеством готового изделия.
Известен способ изготовления штамповок лопаток из двухфазного титанового сплава, при котором исходную заготовку в виде прутка подвергают фасонированию, затем выполняют изотермическую штамповку на гидравлическом прессе с предварительной смазкой и нагревом заготовки, обрезку облоя, операцию правки полученной штамповки и вакуумную термообработку (Б.Н. Леонов, А.С. Новиков, Е.Н. Богомолов, Л.Б. Уваров «Технологическое обеспечение проектирования и производства газотурбинных двигателей» Рыбинск, Рыбинский дом печати, 2002г-407с., стр. 158-159).
Недостатками данного способа являются низкое качество получаемой лопатки, связанное с повышенным короблением профиля пера при операциях обдувка, кислотное химическое травление и последующая вакуумная термообработка. Устранение коробления профиля пера невозможно повторной операцией «изотермическая калибровка» из-за уменьшения размеров штамповки после операции размерного химического травления. Нагрев под повторную операцию «изотермическая калибровка» приведет к образованию альфированного слоя, а также потребует повторного химического травления, что повысит процент брака по геометрии штамповок. Все вышеописанные факторы ухудшают качество получаемой готовой лопатки из-за получения бракованных лопаток, не соответствующих требуемой геометрии по конструкторской документации.
Наиболее близким является способ изготовления лопатки из двухфазного титанового сплава, включающий проектирование и изготовление фасонированной заготовки под последующую штамповку, и штамповку фасонированной заготовки, при этом проектирование фасонированной заготовки под штамповку осуществляется с учетом припуска по профилю лопатки от хвостовика до концевой части под степень деформации при последующей штамповке, припуск на облой и припуск на размерное химическое травление (Патент РФ №2760328 от 30.12.2020, МПК B21K3/04, B22F5/04, опубл. 24.11.2021 бюл. №33).
Недостатком данного способа является структурная неоднородность на кромках получаемой заготовки под последующую штамповку, связанная с увеличением степени деформации на кромках заготовки-штамповки в сечениях С1 и С2 из-за искажения профиля пера лопатки.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение качества получаемой штамповки лопатки, которое достигается благодаря структурной однородности, с исключением структурных искажений по линиям интенсивного течения металла, как в центральной части пера штамповки лопатки, так и на входной и выходной кромок от хвостовика к бобышке лопатки, что обеспечивается пропорциональным распределением припуска на профиль лопатки с определением местоположения сечений входной и выходной кромок пера лопатки и их размеров в зависимости от заданной степени деформации.
Технический результат достигается тем, что в способе изготовления штамповки лопатки из двухфазного титанового сплава, включающий проектирование и изготовление фасонированной заготовки под последующую штамповку, и штамповку фасонированной заготовки, при этом проектирование фасонированной заготовки под штамповку осуществляют с учетом припуска по профилю лопатки от хвостовика до концевой части под степень деформации при последующей штамповке, припуск на облой и припуск на размерное химическое травление, в отличие от известного размеры сечений входной и выходной кромок фасонированной заготовки лопатки под последующую штамповку определяют как:
;
;
;
где - толщина входной кромки пера фасонированной заготовки, мм;
- толщина входной кромки пера окончательной штамповки с учетом припуска на химическое травление, мм;
- степень деформации, %;
- толщина выходной кромки пера фасонированной заготовки, мм;
- толщина выходной кромки пера окончательной штамповки с учетом припуска на химическое травление, мм;
- максимальная толщина профиля пера фасонированной заготовки, мм;
- максимальная толщина профиля окончательной штамповки с учетом припуска на химическое травление, мм,
при этом горизонтальное местоположение сечений и относительно вертикальной оси симметрии лопатки определяют в зависимости от припуска на травление, припуска на облой:
;
;
где - расстояние от вертикальной оси системы координат фасонированной заготовки лопатки до входной кромки пера фасонированной заготовки лопатки, мм;
- расстояние от вертикальной оси системы координат фасонированной заготовки лопатки до выходной кромки пера фасонированной заготовки лопатки, мм;
- коэффициент учитывающий величину объема на облой;
- площадь сечения окончательной штамповки под травление, мм2,
при этом горизонтальное местоположение сечений фасонированной заготовки и относительно вертикальной оси движения рабочего органа пресса определяется в зависимости от припуска на травление, припуска на облой:
;
;
где - расстояние от вертикальной оси системы координат фасонированной заготовки лопатки до входной кромки пера фасонированной заготовки лопатки, мм;
- расстояние от вертикальной оси системы координат фасонированной заготовки лопатки до выходной кромки пера фасонированной заготовки лопатки, мм;
- коэффициент учитывающий величину объема на облой;
- площадь сечения окончательной штамповки под травление, мм2;
фасонированная заготовка может быть получена методом штамповки на гидравлическом прессе либо на механическом прессе с сервоприводом, фасонированная заготовка может быть получена методом послойного селективного электронно-лучевого сплавления.
Благодаря определению точного горизонтального местоположения сечений профиля пера фасонированной заготовки под последующую штамповку, а так же определению толщин входной кромки, выходной кромки и максимальной толщины профиля пера фасонированной заготовки под последующую штамповку осуществляется пропорциональное равномерное распределение припуска по всему профилю пера лопатки, обеспечивающее получение равномерной структуры лопатки после окончательной штамповки, без внутренних структурных искажений.
На фигурах показаны:
Фиг. 1 - схема расчета геометрии профиля пера лопатки: а) - сечение пера штамповки лопатки до химического травления; б) - сечение пера фасонированной заготовки.
Фиг. 2 - пример осуществления способа.
Способ осуществляется следующим образом.
Преимущественно для производства лопаток из титановых сплавов применяют двухфазные титановые сплавы, например марок ВТ6 и ВТ8.
Способ включает сначала проектирование фасонированной заготовки, ее изготовление, а затем штамповку фасонированной заготовки.
Определяют размеры профиля окончательной штамповки лопатки относительно готовой детали с учетом степени деформации и значений максимального сечения профиля штамповки лопатки и их горизонтальное местоположение сечений входной и выходной кромок штамповки лопатки в горизонтальном направлении относительно вертикальной оси системы координат штамповки лопатки. При этом вертикальная ось может совпадать с вертикальной осью движения рабочего органа пресса (ползуна) при штамповке.
Профиль окончательной штамповки с учетом припуска на химическое травление имеет следующие параметры сечения (Фиг.1): - толщина входной кромки пера окончательной штамповки, мм; - толщина выходной кромки пера окончательной штамповки, мм; - максимальная толщина профиля пера окончательной штамповки, мм. Расстояние между сечениями входной и выходной кромок обозначено как - расстояние от вертикальной оси системы координат штамповки лопатки до входной кромки пера окончательной штамповки лопатки, мм; - расстояние от вертикальной оси системы координат штамповки лопатки до выходной кромки пера окончательной штамповки лопатки, мм.
По вышеописанным данным создают профиль окончательной штамповки с заданной степенью деформации , который получается в результате штамповки фасонированной заготовки.
При создании профиля окончательной штамповки под штамповку:
- на окончательный штамповочный профиль пера по всей штамповке задается припуск на травление отдельно на спинку, отдельно на корыто;
- затем на вышеописанный припуск на травление накладывают припуск на облой, который учитывается по всему контуру лопатки: на входной и выходной кромках, на хвостовике и на концевой частях лопатки;
- по каждому сечению окончательной штамповки назначается припуск с учетом степени деформации.
При этом обеспечивается соблюдение размеров с заданной степени деформации в каждой точке сечения профиля по всей штамповке. Таким образом получается профиль окончательной штамповки.
Затем с учетом площади сечения окончательной штамповки до назначения припуска на травление определяют зависимость размеров сечений фасонированной заготовки , , по формулам (1), (2), (3):
; (1)
; (2)
; (3)
где - толщина входной кромки пера фасонированной заготовки, мм;
- толщина входной кромки пера окончательной штамповки с учетом припуска на химическое травление, мм;
- степень деформации, %;
- толщина выходной кромки пера фасонированной заготовки, мм;
- толщина выходной кромки пера окончательной штамповки с учетом припуска на химическое травление, мм;
- максимальная толщина профиля пера фасонированной заготовки, мм;
- максимальная толщина профиля пера окончательной штамповки с учетом припуска на химическое травление, мм.
Горизонтальное местоположение сечений входной и выходной кромок относительно вертикальной оси системы координат фасонированной заготовки лопатки определяется по формулам (4), (5):
; (4)
; (5)
где - расстояние от вертикальной оси системы координат фасонированной заготовки лопатки до входной кромки пера фасонированной заготовки лопатки, мм;
- расстояние от вертикальной оси системы координат фасонированной заготовки лопатки до выходной кромки пера фасонированной заготовки лопатки, мм;
- коэффициент, учитывающий величину объема на облой;
- площадь сечения окончательной штамповки с учетом припуска на химическое травление, мм2;
- степень деформации при штамповке, %.
Система координат фасонированной заготовки лопатки может совпадать с системой координат окончательной штамповки лопатки.
Таким образом, получается спроектированная фасонированная заготовка под последующую штамповку. Фасонированную заготовку изготавливают, например, методом штамповки на гидравлическом прессе, либо методом штамповки на механическом прессе с сервоприводом.
Фасонированную заготовку изготавливают методом послойного селективного электронно-лучевого сплавления с температурой в рабочей камере 700÷1000°С.
Из полученной с найденными размерами фасонированной заготовки изготавливают окончательную штамповку. Для этого фасонированную заготовку сначала смазывают, нагревают до температуры штамповки, а затем штампуют на винтовом прессе.
У полученной окончательной штамповки обрезают облой, затем снимают смазку и направляют ее на химическое травление для удаления альфированного слоя. Затем осуществляю термическую обработку и термофиксацию.
В результате осуществления предложенного способа изготовления лопатки из титанового сплава достигается повышение качества получаемой готовой лопатки, которое достигается благодаря структурной однородности готовой лопатки, необходимой для работы лопатки при повышенных температурах в агрессивных условиях воздушной среды.
Пример реализации способа показан на фиг. 2.
При осуществлении способа изготовления штамповки лопатки из двухфазного титанового сплава марки ВТ6 осуществляют следующее.
Сначала осуществляют проектирование фасонированной заготовки. Для этого берут сечения окончательной штамповки лопатки. Размеры окончательной штамповки получены с учетом припуска на травление отдельно на спинку, отдельно на корыто, припуск на химическое размерное травление, припуска на облой, припуска с учетом степени деформации.
Одними из основных показателей сечений окончательной штамповки являются:
- толщина входной кромки пера окончательной штамповки с учетом припуска на химическое травление, мм, ;
- толщина выходной кромки пера окончательной штамповки с учетом припуска на химическое травление, мм, ;
- максимальная толщина профиля пера окончательной штамповки с учетом припуска на химическое травление, мм, .
Например, для сечения 4-4 окончательной штамповки, получены следующие размеры:
| Таблица 1 - Размеры сечений окончательной штамповки на примере сечения 4-4 | ||
| Наименование величины | Условное обозначение | Значение |
| Толщина входной кромки пера окончательной штамповки с учетом припуска на химическое травление для сечения 4-4, мм | 2,22 | |
| Толщина выходной кромки пера окончательной штамповки с учетом припуска на химическое травление для сечения 4-4, мм | 1,11 | |
| Максимальная толщина профиля пера окончательной штамповки с учетом припуска на химическое травление для сечения 4-4, мм | 2,85 | |
По формулам (1), (2), (3), (4), (5) рассчитывают размеры фасонированной заготовки, представленные в таблице 2, например, для сечения 4-4:
По полученным размерам проектируется фасонированная заготовка под последующую окончательную штамповку.
Изготавливают фасонированную заготовку методом штамповки на двухкоординатном прессе (гидравлический или механический) усилием от 100 до 630 тс.
Затем на винтовом прессе усилием от 400 до 1600 тс из фасонированной заготовки методом штамповки с обрезкой облоя и калибровкой профиля пера получают штамповку лопатки под последующее химическое травление альфированного слоя.
Claims (21)
1. Способ изготовления штамповки лопатки из двухфазного титанового сплава, включающий проектирование и изготовление фасонированной заготовки под последующую штамповку, и штамповку фасонированной заготовки, при этом проектирование фасонированной заготовки под штамповку осуществляют с учетом припуска по профилю лопатки от хвостовика до концевой части под степень деформации при последующей штамповке, припуск на облой и припуск на размерное химическое травление, отличающийся тем, что размеры сечений входной и выходной кромок фасонированной заготовки лопатки под последующую штамповку определяют как:
;
;
,
где - толщина входной кромки пера фасонированной заготовки, мм;
- толщина входной кромки пера окончательной штамповки с учетом припуска на химическое травление, мм;
- степень деформации, %;
- толщина выходной кромки пера фасонированной заготовки, мм;
- толщина выходной кромки пера окончательной штамповки с учетом припуска на химическое травление, мм;
- максимальная толщина профиля пера фасонированной заготовки, мм;
- максимальная толщина профиля окончательной штамповки с учетом припуска на химическое травление, мм,
при этом горизонтальное местоположение сечений и относительно вертикальной оси симметрии лопатки определяют в зависимости от припуска на травление, припуска на облой:
;
,
где - расстояние от вертикальной оси системы координат фасонированной заготовки лопатки до входной кромки пера фасонированной заготовки лопатки, мм;
- расстояние от вертикальной оси системы координат фасонированной заготовки лопатки до выходной кромки пера фасонированной заготовки лопатки, мм;
- коэффициент, учитывающий величину объема на облой;
- площадь сечения окончательной штамповки под травление, мм2.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что фасонированную заготовку получают методом штамповки на гидравлическом прессе.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что фасонированную заготовку получают методом штамповки на механическом прессе с сервоприводом.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что фасонированную заготовку получают методом послойного селективного электронно-лучевого сплавления.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2818513C1 true RU2818513C1 (ru) | 2024-05-02 |
Family
ID=
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6127044A (en) * | 1995-09-13 | 2000-10-03 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Method for producing titanium alloy turbine blades and titanium alloy turbine blades |
| RU2525961C1 (ru) * | 2013-05-06 | 2014-08-20 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" | Способ изготовления штамповок лопаток из двухфазного титанового сплава |
| RU2625385C2 (ru) * | 2015-02-02 | 2017-07-13 | Открытое акционерное общество "Концерн "Авента" | Способ изготовления штампованных заготовок особокрупногабаритных лопаток из двухфазного титанового сплава |
| RU2760328C1 (ru) * | 2020-12-30 | 2021-11-24 | Публичное Акционерное Общество "Одк-Сатурн" | Способ изготовления лопаток из двухфазного титанового сплава |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6127044A (en) * | 1995-09-13 | 2000-10-03 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Method for producing titanium alloy turbine blades and titanium alloy turbine blades |
| RU2525961C1 (ru) * | 2013-05-06 | 2014-08-20 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" | Способ изготовления штамповок лопаток из двухфазного титанового сплава |
| RU2625385C2 (ru) * | 2015-02-02 | 2017-07-13 | Открытое акционерное общество "Концерн "Авента" | Способ изготовления штампованных заготовок особокрупногабаритных лопаток из двухфазного титанового сплава |
| RU2760328C1 (ru) * | 2020-12-30 | 2021-11-24 | Публичное Акционерное Общество "Одк-Сатурн" | Способ изготовления лопаток из двухфазного титанового сплава |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Kang et al. | Computer-aided preform design in forging of an airfoil section blade | |
| Shi et al. | Electric hot incremental forming of low carbon steel sheet: accuracy improvement | |
| JP6350920B2 (ja) | リング圧延用素材 | |
| CA2706289C (en) | Method for producing a forging from a gamma titanium aluminum-based alloy | |
| RU2403119C2 (ru) | Способ изготовления лопаток газотурбинного двигателя | |
| CN112948986B (zh) | 结合有限元数值模拟程序的钛合金锻造工艺参数优化方法 | |
| RU2525961C1 (ru) | Способ изготовления штамповок лопаток из двухфазного титанового сплава | |
| CN110280592B (zh) | 一种超高强度合金的无缝管轧制方法 | |
| CN108223019A (zh) | 一种空心叶片以及其制造方法和应用 | |
| JP2015536402A (ja) | タービン翼を製造するための方法及び装置 | |
| RU2818513C1 (ru) | Способ изготовления штамповки лопатки газотурбинного двигателя из двухфазного титанового сплава | |
| Gronostajski et al. | Die profile optimization for forging constant velocity joint casings | |
| JP2006125383A (ja) | スプリングリテーナ及びその製造方法 | |
| CN113600641A (zh) | 一种激光热矫正变形薄壁件的方法 | |
| CN106854686B (zh) | 一种超高强度钢薄壁壳体淬火变形的整形方法 | |
| CN110695118B (zh) | 一种降低高速挤压成形叶片残余应力的方法 | |
| RU2381083C1 (ru) | Способ изготовления лопаточных заготовок | |
| RU2759280C1 (ru) | Способ изготовления лопаток из двухфазных титановых сплавов | |
| CN113601111A (zh) | 一种多开缝衬套的加工方法 | |
| CN111687606B (zh) | 复合材料风扇叶片前缘金属加强边的制备方法 | |
| CN113868802A (zh) | 一种变壁厚约束下的空心叶片余量优化模型建立及求解方法 | |
| CN108500574A (zh) | 一种采用特种加工技术制备航空发动机旋流器的工艺方法 | |
| CN110773694B (zh) | 一种用于锻造叶片的模具 | |
| EP3281720A1 (en) | Hot forging die and hot forging method | |
| CN114029437B (zh) | 甩侧凹工装及提高tc4特级盘件锻件组织均匀性的方法 |