Технологическое обеспечение качества балансируемых роторов локальной комбинированной обработкой микрошариками

Целью работы является разработка теоретических основ и технологии локального упрочнения поверхности сложного профиля лопаточных деталей ротора в местах повышенной дестабилизации ее физико-механического состояния снятием металла по результатам балансировки за счет комбинированной электро-химико-механической обработки микрошариками в токопроводящей среде, технологически обеспечивая выравнивание характеристик всего поверхностного слоя за счет управления технологическими параметрами комбинированных воздействий. Определены задачи: 1. Разработать теоретические основы технологического обеспечения и принципы адаптации режимов процесса комбинированной обработки микрошариками различных фракций участков поверхностей лопаточных деталей ротора соразмерно локальной деструкции металла после балансировки. 2. Обосновать физическую и математическую модель технологической схемы «микрошарики – токопроводящая среда – локальный участок поверхности – переходная зона» при комбинированной электро-химико-механической обработке локальных участков поверхности с нестабильными физико-механическими свойствами. 3. Установить закономерности влияния электромеханических параметров формообразования и гранулометрического состава обрабатывающей среды на получение заданной величины наклепа и граничные условия реализации комбинированного процесса выравнивания физико-механического состояния поверхности ротора, нарушенной при устранении дисбаланса. 4. На основе экспериментальных исследований определить закономерности влияния параметров комбинированных воздействий в процессах комбинированной обработки поверхности сложного профиля на качество балансируемых роторов и создать структуру технологического обеспечения заданных показателей поверхности, осуществляемую режимными параметрами процесса упрочнения. 5. Предложить методику проектирования технологии комбинированной об-работки, обеспечивающую качество поверхности за счет выравнивания физико-механических свойств участков зачистки и остальной поверхности с учётом особенностей балансировки ротора и эксплуатационных нагрузок. 6. Разработать новый патентоспособный технологический процесс локальной комбинированной отделочно-упрочняющей обработки в процессе доводки ро-тора динамической балансировкой до требуемого качества и заданного ресурса. Выводы: 1. Установлены технологически нормируемые условия для сохранения в процессе доводки высокооборотных (1000 об/сек) роторов стабильных физико-механических свойств и ресурса нагруженных поверхностей, достигнутых на предыдущих операциях изготовления лопаточных деталей, особенно при последующей балансировке с локальным снятием материала в зоне концентраторов напряжений. 2. Установлен механизм воздействия на технологический процесс до-водки ротора и его составляющих, что позволило разработать качественные и количественные способы управления процессом формирования и выравнивания физико-механических свойств и качества поверхностного слоя для повышения ресурса работы как непосредственно для участков зачистки, так и для переходных зон с различной геометрией микропрофиля. 3. Научно обоснована возможность технологического обеспечения стабильных показателей шероховатости и степени наклепа (разброс значений от 2,5 до 4,0 %), что позволяет расширить возможности создателей новой техники по показателям работоспособности и ресурса высокооборотного ротора в экстремальных условиях его эксплуатации. 4. Разработаны режимы комбинированной обработки, включающие механическое воздействие и анодное растворение, что обеспечивает требуемые технологические показатели процесса: время обработки локального участка поверхности 8-20 с; угол соударения потока микрошариков с поверхностью 90 градусов; скорость вращения шпинделя установки 2–5 об/мин; давление сжатого воздуха в струйном аппарате 0,2–0,4 МПа; рабочая среда – металлические шарики сферической формы фракциями от 50 до 250 мкм в газожидкостной токопроводящей среде, расход которой – 1,3-2 м^3/мин; напряжение источника питания 4 - 6 В. Технологические показатели процесса: для коррозионностойких сталей Rа=0,16–0,32 мкм, разброс по степени наклепа не более 3 %; для заготовок из жаропрочных сплавов Rа=0,16-0,25 мкм, разброс степени наклепа не более 2 %. Достигнутые результаты превышают получаемые ранее. 5. Разработана технология комбинированной обработки локальных участков в местах балансировочных зачисток, сочетающая в едином управляемом процессе механическое и электрохимическое воздействие и состоящая из этапов последовательного, чередующегося и совместного воздействия на поверхность различных фракций микрошариков, ставшая основой создания нового способа обработки, защищенного патентом. 6. Разработанные режимы и технологический процесс прошли промышленную проверку при создании высокооборотных роторов, эксплуатируемых в водородосодержащих средах в жестких условиях по ресурсу работы (не менее 10^7 циклов нагружений при частоте 1000 с^-1). Испытания лопаточных деталей в условиях эксплуатации показали снижение нештатных разрушений на 11 %, что подтвердило правомерность результатов исследований.