авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 16 |

«Федеральное агентство по образованию ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет – УПИ имени первого Президента России Б.Н. Ельцина» ...»

-- [ Страница 3 ] --

Точность формы детали тесно связана с технологией ее обработки, главным образом на отделочных операциях. Различный отжим резца в се редине и у концов вала при точении его в центрах (рис. 11, б) приводит к бочкообразности. Нагрев вала в процессе точения приводит к седловидно сти (рис. 11, д), обнаруживаемой после его остывания. Овальность вала (рис. 11, е) может явиться следствием различного отжима по осям из-за не равномерного припуска или из-за неоднородности структуры заготовки.

Огранка в отверстии кольца (рис. 11, ж) образуется вследствие деформа ции кольца при его закреплении под обработку отверстия в четырехкулач ковом патроне. Погрешности формы плоских деталей (рис. 11, и, к) могут быть, например, следствием неточности и недостаточной жесткости стан ка, деформации детали при закреплении под обработку, неравномерности припуска и неоднородности материала заготовки.

Достижение требуемых показателей точности обработки на каждой технологической операции определяется тщательностью проведения этой операции, качеством применяемых приспособлений, степенью жесткости станка и инструмента, точностью и сроками выполнения подналадок обо рудования, величиной подач и скоростью резания, толщиной снимаемой стружки.

Для обеспечения требуемой точности при обработке поверхностей детали резанием технология должна строиться по принципу постепенного приближения формы детали к теоретической путем выполнения ряда опе раций, из которых каждая последующая производится с меньшей глубиной резания, меньшей подачей и меньшим усилием. В результате этого неиз бежные деформации узлов металлорежущих станков, инструмента и самих деталей в процессе обработки становятся с каждой последующей операци ей меньшими и точность формы и размеров обрабатываемой детали воз растает.

Для исключения температурных деформаций необходимо осуществ лять охлаждение зоны резания, что одновременно уменьшает износ инст рументов и повышает чистоту обработки. Сокращение погрешностей вза имного расположения поверхностей детали достигают путем надлежащей подготовки базовых поверхностей и правильного базирования деталей при обработке.

Важным мероприятием для снижения деформации деталей является хорошо продуманное и правильно осуществленное крепление их в процес се обработки, не допускающее пережимов и исключающее появление из гибающих моментов, о чем подробнее рассказывается в следующей главе.

и к Рис. 11. Наиболее часто встречающиеся погрешности формы при обработке деталей:

а-к - виды погрешности;

- отклонения Таким образом, точность обработки на металлорежущих станках за висит от следующих факторов:

- неточности станков, которая является следствием неточности изготовления основных деталей и сборочных единиц, неточности их сборки, нарушения взаимной перпендикулярности или параллельности осей, неточности направляющих и др.;

- степени точности изготовления режущего и вспомогательного ин струмента и его изнашивания во время работы;

- неточности установки инструмента и настройки станка на размер;

- погрешности базирования и установки обрабатываемой детали на станке или в приспособлении;

- деформаций деталей станка, обрабатываемой детали и инстру мента, обусловленных недостаточной их жесткостью, и упругой деформа ции системы станок — приспособление — инструмент — деталь (СПИД) под влиянием силы резания;

- тепловых деформаций обрабатываемой детали, деталей станка, ре жущего инструмента, возникающих в процессе резания;

- шероховатости поверхности после обработки, ошибок при из мерениях;

- качества работы исполнителя.

4.2. Показатели качества поверхности и их влияние на эксплуатационные свойства деталей турбин Эксплуатационные свойства деталей машин и долговечность их ра боты в значительной мере зависят от состояния поверхности самих дета лей.

Реальная поверхность имеет различной формы и высоты неровности, которые образуются в процессе механической обработки. Отклонения от теоретической поверхности подразделяются на макрогеометрические, микрогеометрические и волнистость.

Макрогеометрические отклонения — единичные, регулярно не по вторяющиеся отклонения от теоретической формы поверхности;

макро геометрические отклонения характеризуют овальность, конусность и дру гие отличия от правильной геометрической формы. Микрогеометрические отклонения (микронеровности) образуются при обработке заготовок в ре зультате воздействия режущей кромки инструмента на обрабатываемую поверхность. Микронеровности обусловливают параметры шероховатости (негладкости) обработанной поверхности. Характер расположения микро неровностей зависит от направления главного движения при резании и на правления движения подачи.

Шероховатость поверхности — это совокупность неровностей с от носительно малыми шагами, образующих рельеф поверхностей и рассмат риваемых в пределах участка, длина которого выбрана в зависимости от характера поверхности и равна базовой длине. Шероховатость поверхно сти является результатом обработки и не зависит от метода обработки. Для оценки шероховатости поверхности установлены два параметра: сред нее арифметическое отклонение профиля Ra и высота неровностей Rz.

Среднее арифметическое отклонение профиля Ra есть среднее зна чение расстояний (y1, y 2, y 3,..., y n ) точек измеренного профиля до его средней линии:

n Ra = ( yi ) / n, где yi - абсолютное расстояние точек измеренного профиля до его средней линии (без учета алгебраического знака);

п - число измеренных отклонений.

Средняя линия профиля (рис. 12) делит измеряемый профиль таким образом, что в пределах длины участка поверхности, выбранного для из мерения параметров шероховатости, сумма квадратов расстояний точек профиля до его средней линии минимальна.

При определении положения средней линии на профилограмме можно использовать следующее условие: средняя линия должна делить измеряемый профиль таким образом, чтобы в пределах базовой длины L площади F, расположенные по обеим сторонам от этой линии, были равны друг другу, т. е. F1 + F2 + F3 +... + Fn 1 = F2 + F4 + F6 +... + F n.

Рис. 12. Микронеровности поверхности обрабатываемой детали:

А — средняя линия;

Б — линия отсчета Высота неровностей Rz характеризует среднее расстояние между на ходящимися в пределах базовой длины пятью высшими точками выступов и пятью низшими точками впадин, измеренное от линии, параллельной средней линии, т. е.

Rz = [( h1 + h3 + h5 +... + hn 1 ) ( h2 + h4 + h6 +... + hn )] / 5, где h1, h3,..., hn 1 – расстояние от высших точек выступов до линии, параллельной средней линии;

h2, h4,..., hn – расстояние от низших точек впадин до линии, пара лельной средней линии.

Шероховатость поверхности оценивают двумя методами – качест венным и количественным.

Качественный метод оценки основан на сравнении обработанной поверхности с эталоном при сопоставлении ощущений при ощупывании рукой и результатов визуальных наблюдений с помощью микроскопа или лупы с пятикратным и большим увеличением. При использовании качест венного метода можно достаточно точно определить параметр шерохова тости обработанных поверхностей, за исключением поверхностей, тонко обработанных. Эталоны, применяемые для оценки параметров шерохова тости качественным методом, должны быть изготовлены из тех же мате риалов, с такой же формой поверхности и тем же методом, что и деталь.

Основным недостатком этого метода является то, что невозможно опреде лить шероховатость тонко обработанных поверхностей. При большом раз нообразии деталей необходимо иметь значительное количество различных эталонов.

Количественный метод заключается в измерении микронеровностей поверхности при помощи различных приборов. Принцип действия этих приборов основан на применении ощупывающей иглы, которая перемеща ется по измеряемой поверхности и повторяет профиль всех микронеровно стей. Игла связана с зеркалом или стержнем. Зеркало и стержень повторя ют те же движения, что и ощупывающая игла. Стержень приводит к коле баниям индукционной катушки, помещенной в магнитном поле, возник шая сила возбуждаемых токов измеряется гальванометром, и по величине отклонения стрелки определяют параметр шероховатости. Если в приборах используется зеркало, то в этом случае при помощи оптической системы колебания передаются на специальную шкалу или светочувствительную пленку. Для определения параметров шероховатости поверхности в труд нодоступных местах применяют метод снятия слепков с исследуемой по верхности, шероховатость поверхности которых в дальнейшем служит критерием оценки при помощи указанных выше приборов.

Шероховатости поверхности оказывают существенное влияние на надежность, долговечность и эксплуатационные характеристики деталей турбин. Не всегда поверхность, у которой параметр шероховатости Ra = 0,04 2,5 мкм, является более износоустойчивой. Удержание смазоч ного материала на поверхности зависит от величины микронеровностей поверхности. В зависимости от условий трения устанавливают оптималь ную шероховатость поверхности. На износоустойчивость поверхности влияют сопротивляемость поверхностного слоя разрушения и отклонения от геометрической формы, которые обусловливают неравномерный износ отдельных участков. Например, волнистость поверхности приводит к за метному увеличению давления, так как трущиеся поверхности соприкаса ются с выступами волн;

то же происходит при наличии больших микро неровностей, когда выступы микронеровностей сжимаются и вызывают разрывы масляной пленки, поэтому в местах разрывов пленки возникает сухое трение.

Установлено, что риски, глубокие и острые царапины являются кон центраторами напряжений, которые могут привести во время эксплуатации к разрушению детали. Прочность прессовых соединений также находится в зависимости от высоты микронеровностей. Величина натяга при запрес совке одной детали в другую различна для деталей с одинаковыми диамет рами, имеющими различные параметры шероховатости поверхности. От шероховатости поверхности зависит и коррозионная устойчивость. Чем меньше шероховатость, тем меньше площадь соприкосновения с коррози рующей средой, и следовательно, влияние среды на поверхность детали уменьшается. Наличие глубоких впадин микронеровностей усиливает раз рушающее действие коррозии, направленное в глубь металла. Поэтому при конструировании турбин параметр шероховатости поверхности устанавли вают исходя из конкретных условий эксплуатации детали.

5. БАЗИРОВАНИЕ ДЕТАЛЕЙ И ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПРИСПОСОБЛЕНИЙ 5.1. Выбор технологических баз Установка заготовок для обработки на станке включает их базирова ние и крепление. В процессе базирования заготовке придают определен ное положение относительно обрабатывающих инструментов;

в процессе крепления обеспечивается неизменность ее положения во время обработ ки. Для базирования используют отдельные поверхности или сочетания нескольких поверхностей детали, имеющие среди других, как правило, наибольшую ширину и протяженность5.

Поверхности заготовки, ориентирующие ее при установке для обра ботки, называют установочными базами;

поверхности, от которых заданы выдерживаемые при обработке размеры, измерительными базами. Же лательно, чтобы эти поверхности совпадали и с конструкторскими базами.

Конструкторскими базами называются поверхности, от которых на черте же поставлены размеры до других обрабатываемых поверхностей. В каче стве конструкторских баз часто принимают не материальные поверхности, а осевые линии валов, отверстий и т. п. При обработке детали такие линии заменяют установочными базами, выбираемыми по усмотрению технолога, в зависимости от конкретных условий обработки детали. Поверхности, выбранные в качестве установочных баз, должны быть обработаны в са мом начале процесса. Выбору баз должны предшествовать тщательное изучение чертежа детали и анализ служебного назначения каждой из ее поверхностей в работающей машине. Обычно все поверхности деталей машин по их служебному назначению можно разделить на следующие че тыре вида.

Первый вид исполнительные поверхности, при помощи которых машина, сборочные единицы или отдельные детали выполняют свое слу жебное назначение. У лопаток турбины к этому виду следует отнести по верхности рабочих частей, которые предназначены для преобразования те пловой энергии пара или газа в механическую работу.

Второй вид базирующие поверхности, или основные конструктор ские базы детали. Это поверхности, при помощи которых деталь присоединяется к другим деталям машины и занимает в отношении их требуемое положение, например, поверхности хвостов у турбинных лопаток. Такие поверхности играют наиболее ответственную роль, определяя требуемое положение детали в машине, или положение всех остальных поверхностей детали, образующих ее конструктивные формы, поэтому чистовую обработку деталей надо начинать с базирующих Здесь и далее под понятием "поверхность" имеются в виду как отдельные поверхности, так и сочетания нескольких поверхностей.

поверхностей. Желательно, чтобы эти поверхности, как указывалось выше, были одновременно и конструкторскими, и установочными, и измеритель ными базами.

Третий вид вспомогательные поверхности детали – поверхности, при помощи которых деталь определяет положение всех других присоеди няемых к ней деталей, а тем самым и относительное положение этих дета лей в машине. Такими поверхностями у лопаток будут, например, поверхности шипов у головок, предназначенные для крепления бандажей и определяющие положение бандажей на рабочем колесе турбины или отверстия в рабочей части для установки скрепляющей проволоки.

Четвертый вид поверхностей свободные. К ним относятся поверх ности, свободные от сопряжения с другими деталями. Их назначение за ключается в соединении между собой поверхностей первых трех видов и придании совместно с ними необходимых конструктивных форм детали.

Требования к точности размеров этих поверхностей обычно не регламен тируются.

Анализируя служебное назначение отдельных поверхностей детали, технолог должен составить себе ясное представление о после довательности обработки детали и о поверхностях, которые необходимо использовать в качестве установочных баз на всех стадиях обработки. Эти поверхности должны быть обработаны наиболее тщательно как с точки зрения правильности их форм, так и с точки зрения правильности и точно сти их взаимного положения в пространстве.

В производстве часто приходится иметь дело с явлением смены баз, т. е. устанавливать детали при обработке на разные базовые поверхности.

Смена баз бывает необходима в случаях:

- когда нельзя обрабатывать все поверхности детали (заготовки) с одной установки;

- когда для получения требуемой точности или других показателей качества деталь приходится обрабатывать на разных станках;

- когда для обработки детали применяют различные виды обработки и, следовательно, вести обработку на различных по своему назначению металлорежущих станках (токарный, фрезерный, зуборезный и т. п.).

Осуществляя смену баз, технолог должен заранее рассчитать и уста новить определенные допуски на неточность обработки поверхностей, на меченных в качестве базовых, с целью сохранения необходимой связи ме жду поверхностями прежней и вновь намечаемой технологической базы и исключая возможности выхода отклонений размеров обрабатываемой де тали при смене баз за пределы установленных допусков. Каждая смена баз всегда сопровождается появлением добавочных погрешностей на поверх ностях детали и связывающих их размерах. Поэтому надо стремиться к то му, чтобы по возможности все поверхности детали можно было обработать и измерить от одних и тех же технологических баз, или использовать принцип единства баз. Практически принцип единства баз используется в полной мере лишь при обработке деталей, выполняемой с одной установки в центрах на токарных станках и в патронах. Если нельзя полностью при менить принцип единства баз при обработке той или иной конкретной де тали, то надо так построить процесс, чтобы этот принцип был использован максимально. Например, когда требуется наиболее высокая точность вза имного расположения поверхностей данной детали, необходимо обеспе чить обработку хотя бы этих поверхностей с одной установки.

5.2. Общие сведения о приспособлениях Приспособлениями называются вспомогательные устройства, ис пользуемые для установки и зажима заготовки при механической обработ ке или сборке, для осуществления контроля, транспортирования и других операций в ходе производственного процесса. По своему назначению при способления можно подразделить на станочные для установки и закреп ления рабочего инструмента, сборочные, контрольные, для захвата и пе ремещения обрабатываемых деталей и узлов при сборке. Приспособления по своей специализации подразделяются на универсальные, специализиро ванные и специальные.

Станочные приспособления позволяют осуществить связь заготовки со станком, определить положение заготовки во время механической обра ботки. Применение станочных приспособлений позволяет повышать про изводительность труда и сократить время на установку и закрепление де тали, исключить разметочные работы, совместить технологические пере ходы, перейти на более высокие режимы резания с соблюдением правил техники безопасности. Использование станочных приспособлений позво ляет снизить себестоимость продукции. Целесообразность применения станочных приспособлений должна определяться с помощью технико экономических расчетов.

Приспособления для установки и закрепления рабочего инструмента осуществляют связь между инструментом и станком. С помощью приспо соблений, осуществляющих связи станок заготовка и инструмент ста нок, выполняют наладку технологической системы СПИД.

Сборочные приспособления применяют для крепления базовых дета лей собираемого изделия, обеспечения правильной установки его отдель ных деталей, выполнения соединений с натягом, предварительной сборки упругих элементов (разрезных колец, пружин) и др.

Контрольные приспособления применяют для промежуточного и окончательного контроля параметров детали в процессе механической об работки, а также для контроля узлов изделия.

Приспособления для захвата, перемещения и кантовки обрабатывае мых заготовок используют при установке на станок и снятии с него дета лей большой массы, а также при транспортировании и сборке турбин.

Универсальные приспособления предназначены для закрепления раз личных заготовок при механической обработке (патроны, тиски, делитель ные головки, поворотные столы и др.).

Специализированные приспособления предназначены для закрепле ния определенного вида заготовок при использовании дополнительных или сменных устройств в универсальных приспособлениях (фасонные ку лачки к патронам, губки к тискам, подставки и др.).

Специальные приспособления предназначены для выполнения опера ций на определенных заготовках.

Станочные приспособления в общей массе технологической оснаст ки составляют 80 90 %. Использование станочных приспособлений по зволяет повысить производительность труда и сократить вспомогательное время при установке и закреплении заготовки, совместить технологиче ские переходы, повысить режимы резания и точность обработки, рас ширить технологические возможности оборудования, облегчить условия труда станочников и обеспечить безопасные приемы работы.

Полная механизация и автоматизация приспособлений в условиях серийного производства возможны лишь на базе применения новых конст рукций приспособлений.

Создание переналаживаемых (групповых, универсальных) приспо соблений с индивидуальным механизированным приводом (пневматиче ским, гидравлическим, электромеханическим) и универсальных силовых приводов для последовательного обслуживания различных специальных приспособлений значительно сокращает вспомогательное время при вы полнении технологических операций и повышает производительность тру да.

В единичном и серийном производстве широкое применение полу чает система универсально-сборных приспособлений, основанная на мно гократном использовании определенной совокупности нормализованных деталей и узлов, из которых можно компоновать самые различные приспо собления.

Выбор конструкции приспособления зависит от характера про изводства. Универсальные приспособления применяются в условиях еди ничного и серийного производства. Однако не исключена возможность применения специальных приспособлений в тех случаях, когда обработку без такого приспособления выполнить невозможно. Специальные и спе циализированные приспособления применяют в условиях серийного и массового производства.

При проектировании приспособлений закрепляемую в них деталь рассматривают как свободное абсолютное твердое тело. Такое тело в про странстве имеет шесть степеней свободы: три возможных перемещения вдоль трех произвольно выбранных координат X, У, Z и три возможных вращательных движения относительно тех же осей (рис. 13). Следователь но, для определения положения детали в пространстве необходимо иметь шесть опорных точек. Под воздействием силы P деталь лишается трех степеней свободы (с тремя опорными точками 1, 2, 3), а плоскость XOZ на зывается главной установочной базой. Обычно в качестве главной устано вочной базы выбирают поверхность, имеющую наибольшие размеры. Под действием силы Р2 деталь лишается еще двух степеней свободы (с двумя точками 4, 5), плоскость YOZ называется направляющей установочной ба зой. Направляющей установочной базой служит поверхность, имеющая наибольшую протяженность. При приложении силы Р3 деталь лишается последней степени свободы (точка 6), плоскость XOY называется опорной установочной базой. Такой порядок установки заготовок называется пра вилом шести точек и распространяется на все виды базируемых заготовок по наружным поверхностям.

Превышение числа опорных точек свыше шести создает худшие ус ловия для установки заготовок. Любые опорные поверхности имеют от клонения от правильной геометрической формы и местные неровности, что обусловливает самопроизвольное положение заготовки в приспособ лении.

Силы P, P2, P3 создают так называемое силовое замыкание.

Силовое замыкание необходимо для того, чтобы деталь сохранила неизменным требуемое положение в процессе обработки. Для этого к де тали прикладываются силы с целью ее закрепления. Естественно, что силы и их моменты, создающие силовое замыкание и обеспечивающие непре рывность контакта обрабатываемых деталей и элементов крепления, долж ны быть больше сил и их моментов, стремящихся нарушить этот контакт в процессе обработки.

При положении сил, обеспечивающих силовое замыкание, могут возникнуть деформации закрепляемой детали. Эти деформации могут быть: контактными - за счет смятия микронеровностей опорных поверхно стей;

изгиба - за счет изгибания детали силами прижима при расположении этих сил вне опорных точек или между ними. Для исключения деформации необходимы:

- надлежащий выбор и подготовка базирующих поверхностей;

- создание правильного силового замыкания с расположением точек приложения сил по возможности против опорных точек;

- уменьшение контактных деформаций;

- расчет на прочность корпусов приспособлений и элементов креп ления.

Исходной для проектирования приспособлений является следующая документация: рабочий чертеж заготовки и готовой детали, карта техноло гического процесса с указанием последовательности и содержания опера ций, схема базирования и закрепления оборудования и инструмента, про ектная норма штучного времени;

операционный эскиз заготовки на пред шествующую и выполняемую операции, стандарты на детали и узлы ста ночных приспособлений, альбомы на конструкции стандартных приспо соблений.

Рис. 13. Схема базирования и крепления обрабатываемой детали в приспособлении:

P, P2, P3 – силы, действующие на деталь и создающие силовое замыкание Конструирование приспособления должно быть увязано с техноло гическим процессом изготовления изделия, так как при разработке процес са устанавливают маршрут обработки, технологические, установочные ба зы;

выполняют эскизы обработки, дающие представление об установке и закреплении заготовки, промежуточных размерах с допусками на них;

оп ределяют режимы резания, штучное время;

выбирают режущий и измери тельный инструмент, тип и модель станка. В зависимости от производст венных возможностей и программы выпуска выбирают конструкцию при способления (одноместное, многоместное), тип и размеры установочных и быстроизнашивающихся элементов приспособлений. Кроме того, учиты вают габаритные размеры станка, связанные с установкой приспособления, и техническое состояние станка. Только после получения всех данных приступают к проектированию приспособления.

Разработку приспособления начинают с нанесения контура за готовки. В зависимости от сложности схемы вычерчивают несколько про екций заготовки тонкими или штрихпунктирными линиями. Затем вычер чивают установочные элементы, зажимные устройства, направляющие элементы и вспомогательные устройства. На общем виде приспособления наносят габаритные размеры и размеры, которые необходимы при сборке, технические требования к его сборке и механической обработке.

Эффективность приспособления можно установить только на основе калькуляции, проведенной после составления рабочих чертежей и разра ботки технологических процессов изготовления приспособления. В связи с длительностью периода подготовки данных для определения эффективно сти приспособления приближенно определяют затраты на изготовление приспособления по формуле Зпр = НК, где Зпр – затраты на изготовление приспособления, руб.;

Н – число деталей в приспособлении;

К – постоянная, зависящая от конструкции приспособления.

Обычно для простых, средней сложности и сложных приспособлений К соответственно равно 15, 30 и 40.

5.3. Конструкция основных элементов приспособлений Основными элементами приспособлений являются: установочные для определения положения обрабатываемой поверхности заготовки отно сительно режущего инструмента;

зажимные для закрепления обрабаты ваемой заготовки;

направляющие для придания необходимого движения режущему инструменту относительно обрабатываемой поверхности заго товки;

делительные или поворотные для точного изменения положения обрабатываемой поверхности относительно режущего инструмента;

меха низированные приводы для зажима обрабатываемой заготовки;

крепежные для соединения всех отдельных элементов между собой, а также корпус приспособлений, на которых размещены элементы приспособлений.

В зависимости от условий обработки заготовка должна быть уста новлена в определенном положении относительно режущего инструмента.

Для ориентации обрабатываемой заготовки в пространстве необходимо определить, какие установочные элементы могут быть использованы в приспособлении при базировании. Детали приспособлений, несущие уста новочные поверхности, применяются в виде опорных штырей (рис. 14), пластин, призм, установочных пальцев, оправок и т. п.

Установочные элементы и механизмы делятся на основные и вспо могательные. Основные элементы предусмотрены схемой базирования и определяют положение заготовки в соответствии с правилом шести точек.

Вспомогательные элементы вводят иногда в установочную систему не для целей базирования, а лишь для повышения устойчивости и жесткости об рабатываемых деталей. Конструкция и размеры установочных деталей в приспособлении должны выбираться по ГОСТ.

Рис. 14. Опорные штыри:

а-в – соответственно с плоской, сферической и рифленой опорной поверхностя ми;

г – быстросменный опорный штырь;

д, е – опорные пластины соответст венно без паза и с косым пазом К зажимным элементам приспособлений относятся механизмы, не посредственно используемые для закрепления заготовки. Такие элементы выполняют роль промежуточных звеньев в более сложных зажимных сис темах. Зажимные устройства должны быть просты по конструкции, не вы зывать деформаций у закрепляемой заготовки, а также перемещений заго товки в процессе закрепления. Они должны быть надежны в работе и удобны в обслуживании. Зажимными устройствами являются зажимные винты, винтовые прихваты, клиновые зажимы, цанги, разжимные оправки, круглые эксцентрики, реечно-рычажные и другие зажимы.

Наиболее простыми видами зажимов являются зажимные винты (рис. 15), которые приводятся в действие маховичком, рукояткой или на саженными на них ключами. Усилие зажима винтом W = P L / (rср tg + пр ), где W – сила зажима винта;

Р' – сила, прикладываемая к ведущему звену механизма;

L – длина рукоятки ключа;

rср – средний радиус резьбы;

– угол подъема резьбы;

пр - КПД приспособления.

Для предотвращения вмятин и прогиба на закрепляемой заготовке на конце винта возможна установка качающегося башмака зажимных винтов (ГОСТ 13430-68, 13431-68).

Комбинация винтовых устройств с рычагами или клиньями называ ется комбинированными зажимами, разновидностью которых являются винтовые прихваты (рис. 16). Конструкция прихватов должна позволять им перемещаться для обеспечения более удобного положения обрабаты ваемой заготовки в приспособлении.

Клиновые зажимы применяют в приспособлениях для закрепления деталей в тех случаях, когда не требуется больших усилий зажатия. В ка честве клиновых зажимных устройств используют клин. Он прост в изго товлении, легко размещается в приспособлении. С помощью клина можно изменять направление передаваемой силы. При определенных углах кли новой механизм обладает свойствами самоторможения.

Клиновые зажимы могут быть с плоским односкосным, двускосным (рис. 17) или криволинейным (рис. 18) клином.

Для устранения упругих отжимов инструмента относительно заго товки применяют направляющие элементы. К таким элементам приспо соблений относятся кондукторные втулки и кондукторные плиты. Кондук торные втулки предназначены для обеспечения заданного направления ре жущего инструмента при обработке отверстий на сверлильных и расточ ных станках. Кондукторные плиты служат для установки кондукторных втулок.

Кондукторные втулки (рис. 19) могут быть постоянными, сменными и быстросменными (ГОСТ 18429-73* и 18430-73*). Постоянные кондук торные втулки выполняют с буртиком и без буртика и применяют при об работке неточных отверстий одним инструментом (сверло, зенкер). Посто янные втулки запрессовывают в кондукторную плиту по посадке H7/h или H7/jS6.

Сменные втулки обычно применяют в случаях, когда необходима их быстрая замена при износе, и устанавливают в переходной втулке по по садке Н7/g6 или H7/h6. Для предотвращения проворачивания сменные втулки закрепляют винтами или накладками.

Сопряжение рабочей части режущего инструмента с отверстиями втулок выполняют по ходовой посадке 8-го квалитета точности в системе вала, а для чистового режущего инструмента (чистовая развертка) – по по садке движения. По известным отклонениям диаметров инструмента рас считывают допустимые верхнее и нижнее отклонения внутренних диамет ров втулок и указывают их на рабочих чертежах.

Для обеспечения заданного направления борштанг (расточных опра вок) применяют неподвижные и вращающиеся кондукторные втулки.

Вращающиеся втулки обычно смонтированы на подшипниках качения.

Делительные и поворотные элементы приспособлений применяются в многопозиционных приспособлениях и служат для придания обрабаты ваемой заготовке различных положений относительно режущего инстру мента. Делительное устройство обычно состоит из диска, закрепляемого на поворотной части приспособления, и фиксатора (рис. 20), которые приме няются для обеспечения фиксированного положения заготовки при меха нической обработке.

Механизированные приводы приспособлений нашли широкое при менение в различных конструкциях приспособлений. В зависимости от ти па привода, источника энергии они подразделяются на следующие группы:

механические, пневматические, гидравлические, пневмогидравлические и электромеханические. Область применения приводов зависит от типа про изводства и характера выпускаемых изделий.

Механические приводы с ручным управлением используются в мно гоместных приспособлениях с небольшим усилием зажима. Наибольшее распространение получили приспособления с пневматическим приводом, который в сочетании с различными механическими передачами обеспечи вает высокую надежность зажима заготовки, возможность регулирования и последовательность действий зажима. Существенный недостаток пневма тического привода – большие габаритные размеры. Ограничение габарит ных размеров возможно только при введении в конструкцию привода спе циальных усилителей. Однако это вызывает снижение КПД привода, тре бует увеличения длины хода штока, а следовательно, и длины цилиндра.

Наличие на каждом машиностроительном заводе пневмосистем обуслов ливает применение пневматических приводов. В качестве пневматических приводов могут быть использованы пневматические цилиндры и пневма тические камеры одно- и двустороннего действия.

Привод пневмоцилиндра двустороннего действия (рис. 21) состоит из цилиндра 1, поршня 2, штока 3, переключающего распределительного крана 4. В состав пневмопривода в системе воздуховодов входит аппара тура для регулирования и контроля давления в сети, а также аппаратура для отделения механических частиц и влаги. Полости пневмоцилиндра со единены с краном 4, при помощи которого можно попеременно направлять сжатый воздух в полость цилиндра, а отработавший – в атмосферу.

При работе с цилиндром одностороннего действия (рис. 21, б) сжа тый воздух поступает только в одну полость цилиндра для зажатия заго товки. При прекращении поступления воздуха в сеть поршень посредством пружины 5 возвращается в исходное положение и происходит разжатие за готовки.

В пневмоцилиндрах передаваемая штоком сила без учета потерь на трение:

– для плоскости без штока [ ] W = PD 2 H / 4;

– для полости цилиндра со штоком [ ] W = P( D 2 d 2 )H / 4;

– для пневматических цилиндров одностороннего действия:

– для полости цилиндра без штока D W =P H;

– для полости цилиндра со штоком D W =P H qH, где Р – давление воздуха;

D – диаметр поршня;

d – диаметр штока;

q – сила сопротивления пружины.

Пневматические цилиндры выпускают с внутренними диаметрами 50, 75, 100, 150, 200, 250 и 300 мм. Принцип работы пневматических камер (рис. 21, в) аналогичен принципу работы пневматических цилиндров. Пе ремещение штока в пневматической камере происходит в результате де формаций диафрагмы. Конструктивно диафрагменная пневматическая ка мера состоит из корпуса и крышки, которые выполнены в виде литых или штампованных чашек, соединенных между собой. В разъеме чашек уста новлена резиновая тарельчатая или плоская диафрагма. При впуске возду ха в корпус камеры диафрагма деформируется и воздействует на шайбу, соединенную со штоком. При перемещении шток передает усилие зажима.

Разжатие заготовки обеспечивается пружиной (для камер одностороннего действия) и воздухом (для камер двустороннего действия) (рис. 21, г).

Пневматические камеры имеют небольшой ход штока (30 35 мм). При диаметрах диафрагмы 174, 200, 228 мм пневматические камеры развивают небольшие усилия зажима, зависящие от величины давления воздуха в се ти.

Пневматические приводы в зависимости от назначения и характера работы изготавливают в виде стационарных, вращающихся, качающихся и плавающих узлов, встроенных в приспособление.

При механизации и автоматизации производственных процессов в случаях, когда необходимо получить значительные усилия зажима, приме няются гидравлические приводы. Источником энергии является жидкость под давлением 80 МПа и выше, поступающая от специальной гидравличе ской установки в рабочие полости гидравлических приводов.

Конструктивное исполнение гидроприводов при таких давлениях в системе позволяет применять рабочие цилиндры небольших диаметров (20, 30, 40 мм), что обеспечивает их компактность по сравнению с пневмо приводами. Масляная среда в системе обеспечивает надежное смазывание узлов и аппаратуры, предотвращает неполадки, присущие пневматическим системам. Принцип работы гидроцилиндров аналогичен принципу работы пневмоцилиндров.

В турбостроении широкое применение нашли зажимные прис пособления, основу которых составляют силовые узлы с гидропластом или жировым солидолом (гидродомкраты, гидроприжимы и гидрошайбы). За жимные приспособления в зависимости от типоразмера позволяют разви вать усилия 50 160 кН. Гидрошайба (рис. 22) с усилием зажима 120 кН успешно применяется для закрепления крупногабаритных деталей на раз личных станках.

Корпус зажимного приспособления является базовой деталью при способления. На нем монтируются установочные, направляющие элемен ты, зажимные устройства и другие вспомогательные детали и механизмы.

Корпус воспринимает силы, возникающие при обработке, а также усилия зажима. Корпус должен быть жестким, прочным, иметь минимальную мас су. Конструкция корпуса должна быть простой в изготовлении, удобной для установки и съема заготовки, очистки от стружки, допускать установку заготовки без выверки, а также обеспечивать соблюдение требований тех ники безопасности.

Универсально-сборные и наладочные приспособления. Осуще ствление эффективной технологической подготовки производства, рост производительности труда, снижение себестоимости обусловливают стан дартизацию деталей узлов приспособлений. Использование системы уни версально-обратимых приспособлений — универсально-сборных (УСП) и универсально-наладочных (УНП), состоящих из набора элементарных де талей, – позволяет компоновать различные приспособления для выполне ния разнообразных работ.

Применение стандартных деталей и узлов приспособлений со кращает их номенклатуру, объем конструкторских работ, снижает себе стоимость их изготовления. В настоящее время на машиностроительных заводах применяют около 70 % стандартных деталей при конструировании и изготовлении приспособлений. Универсально-сборными приспособле ниями оснащают токарные, сверлильные, фрезерные, расточные и другие станки. С помощью системы УСП обрабатывают детали размерами до 1000 мм, а при выполнении сварочных работ до 1500 мм. Использование системы УСП позволяет повысить износоустойчивость деталей (срок службы деталей составляет примерно 10 лет).

Система УНП основана на агрегатировании стандартных узлов. В одном корпусе приспособления путем замены кассет, предназначенных для установки заготовок, можно производить обработку группы деталей.

Установочные элементы монтируют на массивных плитах, обладающих большой жесткостью, что создает устойчивость при работе станков и от сутствие вибрации при ударных и переменных нагрузках.

УСП и УНП собирают на заводе слесари-монтажники из готовых де талей и узлов на основании карты технологического процесса. На крупных машиностроительных заводах работают специальные группы слесарей монтажников, которые осуществляют сборку УСП и УНП.

Рис. 15. Винтовые зажимы:

а, б – с неубирающейся и убирающейся рукоятками;

в, г – с опорной рифленой пятой;

д, е – с опроной плитой и без плиты с шестигранной головкой под ключ Рис. 16. Винтовой прихват: Рис. 17. Зажимной механизм 1 – зажимной винт;

2 – регулирующий с двухскосным клином:

болт с гайками;

3 – прижимная планка;

1 – рычаг;

2 – плунжер;

3 - клин 4 – пружина;

5 – корпус Рис. 18. Зажимной механизм с криволинейными клиньями:

а - с эксцентриком, б – с плоским кулачком Рис. 19. Кондукторные втулки:

а –постоянные;

б – сменные;

в - быстросменные Рис. 20. Фиксаторы:

а – с утопающим шариком;

б – с вытяжным цилиндрическим пальцем;

в – с вытяжным коническим пальцем;

г – фиксатор клиновой с прорезью Рис. 21. Пневмоприводы:

а, б – пневмоцилиндры соответственно двустороннего и одностороннего действия;

в, г – пневмокамеры соответственно дву- и одностороннего действия:

1 – корпус;

2 – плунжер;

3 – шток;

4 – распределительный кран;

5 – пружина;

6 – мембрана Рис. 22. Гидрошайба с усилением зажима 120 кН:

1 – гайка;

2 – корпус;

3 – плунжер;

4 – корпус цилиндра;

5 – поршень;

6 – гайка;

7 – си ловой винт;

8 – уплотнение 6. СЕБЕСТОИМОСТЬ ТУРБИН И РЕЗЕРВЫ ЕЕ СНИЖЕНИЯ 6.1. Оценка экономической эффективности технологических процессов производства Любую деталь можно обработать несколькими способами, которые в одинаковой степени обеспечивают необходимую точность обрабатываемо го размера и параметры шероховатости. Однако трудоемкость, производи тельность и себестоимость обработки различаются.

Экономичность того или иного способа обработки (операции) опре деляется при сопоставлении вариантов обработки детали и сравнении се бестоимости детали, получаемой при осуществлении этих вариантов, в за данных условиях производства.

Для решения вопроса экономичности процесса необходимо выразить себестоимость изготовления детали в виде функции от категории затрат, зависящих от характера процесса обработки. К таким затратам относятся расходы на капитальные затраты, связанные со строительством объектов, приобретением оборудования, изготовлением приспособлений, наладкой станков, и другие затраты, не зависящие от объема производства.

Значит, себестоимость изготовления всех деталей, отнесенных к оп ределенному периоду времени, С = Ап + В, (1) где А производственные расходы на одну деталь;

п число деталей, изготовленных за рассматриваемый период времени;

В капитальные и периодические расходы, отнесенные к тому же периоду времени.

Следовательно, себестоимость изготовления одной детали С = А + В/п. (2) Для сравнения вариантов технологического процесса методом тех нико-экономического анализа необходимо определить себестоимость изго товления детали для каждого из сопоставляемых вариантов по формулам (1), (2). После определения себестоимости (C1 и С2 - себестоимость соот ветственно первого и второго вариантов) принимают наиболее экономич ный, обеспечивающий наименьшую себестоимость вариант.

По формуле (2), кроме того, можно определить в обоих сравнивае мых вариантах равную себестоимость при определенном числе обрабаты ваемых деталей. Исходя из условия, что себестоимость первого варианта равна себестоимости второго варианта при различных методах обработки, можно найти величину так называемой эффективной программы Пэф, при которой запроектированные технологические процессы равноценны.

Составим систему уравнений C1 = A1n1 + B1, (3) C2 = A2 n2 + B2.

При С 1 = С 2 имеем A1n1 + B1 = A2 n2 + B2.

При n1 = n2 = П эф П эф = (В2 В1 ) / ( А1 А2 ). (4) В зависимости от программы предпочтение отдается варианту, имеющему наименьшую себестоимость, которая включает не только за траты труда, но и затраты, необходимые для изготовления специального оборудования, приспособлений и инструмента.

Основные пути улучшения технико-экономических показателей за ключаются в выполнении ряда мероприятий, к которым относятся рацио нальная организация рабочего места, предусматривающая необходимую предварительную подготовку его;

своевременное и четкое обслуживание рабочего места в процессе работы, а также наиболее совершенная его пла нировка. Все эти мероприятия направлены на сокращение вспомогательно го времени на обслуживание и улучшение условий труда.

Максимальное сокращение вспомогательного времени достигается при использовании быстродействующих установочно-зажимных приспо соблений, специальных режущих и контрольных инструментов и специ альной оснастки. Применение прогрессивного оборудования, многоцеле вых станков с ЧПУ обеспечивает высокую производительность труда с максимальным использованием оборудования по мощности и времени.

Применение режущего инструмента, оснащенного сплавами, позволяю щими вести обработку на высоких режимах резания, одновременная обра ботка нескольких поверхностей специальным комбинированным режущим инструментом, одновременное обслуживание нескольких станков и т. п.

дают возможность добиться снижения затрат времени на обработку, до биться лучшего использования оборудования и снижения себестоимости обработки изделий.

6.2. Нормирование и повышение производительности труда Под производительностью труда понимается эффективность затрат труда, уровень трудовых затрат на единицу продукции. Непрерывный тех нический прогресс, техническое совершенствование производства являют ся материальной основой и главным источником быстрого роста произво дительности труда на предприятиях. Технический прогресс находит свое выражение в создании новых более экономичных и эффективных машин, которые могут изготовляться с меньшими затратами труда и материальных ресурсов. Ведущая роль в этом деле принадлежит конструкторам и техно логам предприятия.

В машиностроении измерение производительности труда ведется в единицах нормированного времени. Вопросы нормирования труда под робно излагаются в экономических дисциплинах. В данном разделе приве дены только основные положения технического нормирования, позволяю щие разъяснить некоторые технологические основы повышения произво дительности труда.

Время t, затрачиваемое на операцию, слагается из двух частей:

а) подготовительно-заключительного времени (Тп.-з), затрачиваемого на приемы, производимые рабочим один раз на всю партию изготовляемых деталей, т. е. времени на ознакомление с чертежом и технологическим процессом, на наладку станка для обработки партии деталей, на получение и сдачу работы, приспособлений, инструментов, чертежей и технологиче ской документации, а также времени на приведение в порядок рабочего места после окончания работы;

б) штучного времени (t шт), т. е. основного времени, затрачиваемого на выполнение данной операции для одной детали.

Изложенное может быть записано в виде формул T t = n-з + tшт n или Tпарт = Tn -з + t шт n, количество деталей в партии;

где n Tпарт = tn нормированное время на выполнение одной операции при партии деталей в количестве n штук.

Сокращение подготовительно-заключительного времени может быть достигнуто на основе лучшей организации труда, своевременной и хоро шей подготовки производства, правильного обслуживания рабочего места, предварительного комплектования чертежей, инструментов и приспособ лений, необходимых для выполнения операции и подноски их к станку, применения прогрессивных быстро-налаживаемых приспособлений и дру гих мероприятий по совершенствованию организации производства.

Штучное время выражается формулой tшт = tот + tв + tоб + t д, где tот основное технологическое время;

tв вспомогательное время;

tоб время обслуживания рабочего места;

tд время перерывов на отдых и физиологические потребности рабочего.

При обработке деталей на металлорежущих станках основное техно логическое время рассчитывается для каждого технологического перехода в отдельности по формуле вида Li t от =, Sm где L расчетная длина обработки, мм, получаемая путем прибавления к длине обрабатываемой поверхности размеров пути на врезание и перебег режущего инструмента;

i число проходов в данном переходе;

Sm минутная подача инструмента, мм.

При расчетах используются операционно-нормировочные карты по разработанному технологическому процессу. Вспомогательное время за трачивается на элементарные действия (приемы), являющиеся вспо могательными при обработке деталей. Сумму основного и вспомогатель ного времени называют оперативным временем. При станочной обработке основное технологическое время может быть уменьшено за счет по вышения режимов резания Sm, уменьшения расчетной длины L уменьше ния числа проходов i.

Из технологических мероприятий, направленных на повышение ре жимов резания, можно назвать внедрение нового высокопроизводи тельного оборудования, модернизацию действующего оборудования, со вершенствование конструкции и геометрии режущего инструмента, изыс кание и внедрение в производство новых высокостойких инструменталь ных материалов и твердых сплавов.

Сокращение вспомогательного времени может быть достигнуто за счет механизации и автоматизации работ. Даже при выполнении станоч ных операций, которые считаются механизированными, большинство вспомогательных приемов являются не механизированными, так как вы полняются вручную. К ним относятся установка и закрепление деталей, управление механизмами станка, контроль размеров детали в процессе об работки. Процесс резания, т. е. основная полезная работа станка, затрачи ваемая на резание металла, особенно на крупном оборудовании при обра ботке корпусных деталей турбин, составляет меньше половины штучного времени. Поэтому механизация вспомогательных приемов является круп ным резервом повышения производительности труда и лучшего использо вания оборудования.

При определении направления рационализации технологических и производственных процессов не может быть общего подхода. В каждом отдельном случае должны приниматься решения, основанные на глубоком анализе конкретных условий. В одном случае это может быть повышение режимов обработки, т. е. сокращение машинного времени, а в другом вспомогательного.

Рассмотрим, например, обработку турбинных лопаток первой и по следней ступени. Лопатка первой ступени имеет длину 40 мм, а последней ступени 1030 мм. В первом случае машинное время при обработке наруж ного профиля профильной фрезой составляет около 2 мин, а во втором 55 мин при установочном времени соответственно 2 и 6 мин. Если с при менением механизации установочное время можно сократить в 3 раза, то в первом случае это даст сокращение штучного времени на 33 %, а во вто ром только на 5 %. В силу этого в первом случае (учитывая меньшую сложность модернизации приспособления, чем во втором случае) механи зация зажима детали в приспособлении может оказаться целесообразной, тогда как во втором случае затраты на ее осуществление могут не оправ даться.


Основными мероприятиями, которые направлены на повышение производительности труда, являются модернизация конструкции выпус каемой продукции и разработка новых наиболее экономичных и эффек тивных машин, которые можно изготовлять с меньшими затратами труда и материальных ресурсов;

повышение технологичности изделий;

внедрение прогрессивной технологии;

совершенствование парка основного оборудо вания предприятий на основе более высокопроизводительных станков и модернизации существующих;

оснащение технологических процессов вы сокопроизводительными инструментами и приспособлениями, механизи рующими и автоматизирующими труд;

максимальная типизация техноло гических процессов и унификация деталей, что позволяет совершенство вать форму и виды применяемых производственных процессов.

6.3. Себестоимость турбины и методы ее расчета Каждая изготавливаемая машина должна не только отвечать всем требованиям ее служебного назначения, но и отличаться от ранее выпу щенных меньшими затратами материалов и обоих видов труда (живого и овеществленного).

Полные затраты труда и материалов на изготовление машины, вы раженные в денежной форме, определяют себестоимость машины. Непре рывное снижение себестоимости выпускаемых машин является одной из основных задач технологии машиностроения. Различают себестоимость машины в целом, себестоимость ее отдельных сборочных единиц, деталей и отдельных операций технологического процесса их изготовления. Под счет себестоимости получил название калькуляции. Подробно методы рас чета себестоимости излагаются в экономических дисциплинах. Снижение себестоимости достигается путем проведения большого количества раз личных организационно-технических мероприятий. На рис. 23 показана структура себестоимости турбины по усредненным показателям ряда тур бинных заводов6. Как можно определить по этому рисунку, основными резервами снижения себестоимости являются:

снижение расходов на материалы, что может быть достигнуто путем применения заготовок, форма и размеры которых близки к форме и размерам готовой детали, что способствует уменьшению расхода ме талла;

применение более дешевых марок материалов и более дешевых заго товок;

снижение трудозатрат за счет совершенствования технологических процессов;

снижение накладных расходов путем лучшего использования обору дования, приспособлений и инструментов, экономии электро энергии, воды, воздуха, топлива и других вспомогательных мате риалов, стоимость которых учитывается в статье накладных расхо дов.

Рис. 23. Примерная структура себестоимости турбин, %:

I стоимость покупных полуфабрикатов и изделий;

II стоимость полуфабрикатов своего производства и материалов;

III общезаводские расходы;

IV цеховые расхо ды;

V заработная плата работников предприятия 7. НАПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЯ ТЕХНОЛОГИИ ТУРБОСТРОЕНИЯ 7.1. Особенности турбинного производства Чтобы определить, к какому типу производственного процесса следу ет отнести турбинное производство, необходимо знать его отличительные особенности. Ниже приведены основные особенности турбинного производ ства.

1. Относительно малое число турбин, одновременно находящихся в производстве. План производства крупных турбин на заводах показывает, Долицкий Н.И. Технико-экономические показатели производства стационарных паровых турбин. М.;

Л., 1964.

что их выпуск в месяц редко превышает одну, две, это относится и к выпус ку турбин средних и малых мощностей. Одновременное изготовление не скольких турбин одного и того же типа, как правило, не ведется. Исключе ние составляют газовые турбины небольших мощностей (ГТ-6-750, ГТН-10 и ГТН-16).

2. Отсутствие опытного образца турбины. Первый образец нового ти па турбины не является опытным, он предназначен для установки на элек тростанции. В первоначальной стадии эксплуатации первого образца тур бины в производство запускают следующий экземпляр этого типа турбины.

Уточнение чертежей, технологического процесса и оснастки происходит па раллельно с изготовлением турбины.

3. Продолжительность цикла изготовления турбин больших мощно стей составляет 5-8 мес., а турбин малых мощностей 2,5-3 мес. Изготов ление первого головного образца турбины новой марки составляет 12-18 мес.

4. Оборудование, применяемое для изготовления турбин, в основном универсальное. Для обработки наиболее крупногабаритных деталей (корпус цилиндров) в настоящее время применяют многоцелевые специализирован ные станки с максимальной концентрацией всех видов обработки.

5. Объем разметочных работ составляет около 6,5 %, а объем сле сарных работ с учетом механизированного инструмента по паровым и газо вым турбинам - соответственно 40-45 и 50-55 %.

Приведенные технико-экономические показатели являются в основном общими для турбостроительных заводов. Поэтому турбинное производство можно отнести к мелкосерийному.

Если в целом турбинное производство носит мелкосерийный харак тер, то об изготовлении диафрагм и турбинных лопаток этого сказать нель зя. Изготовление этих сборочных единиц и деталей имеет характер крупно серийного и массового типа производственного процесса. Например, число рабочих лопаток газовых и паровых турбин одной турбины составляет 1350 4500 шт.

В связи с ростом объемов производства, увеличением числа однотип ных турбин проводятся работы по стандартизации и унификации деталей и сборочных единиц. К 2004 г. на электростанциях работало 22 типа паровых турбин на 3000 об/мин мощностью 40-120 МВт. Проточные части этих тур бин включают 728 ступеней, образованных 522 типоразмерами направ ляющих и 499 типоразмерами рабочих лопаток. Были выполнены работы по унификации различных конструктивных элементов лопаточного аппара та, что позволило сократить число профилей рабочей части лопаток посто янного сечения с 50 до 38, направляющих лопаток постоянного сечения с 51 до 38, сократить число профилей хвостовых соединений лопаток с до 111. На базе унификации осуществлена стандартизация конструктивных элементов лопаток, муфт роторов, крепежных изделий.

Техническая подготовка производства паровых и газовых турбин оп ределена ГОСТ 14.001-73, 14.002-73 и 14.003-74. Особенностями технической подготовки производства паровых и газовых турбин являются большая сложность и длительная предварительная подготовка самого производства.

Срок конструкторской подготовки производства при проведении экспери ментально-исследовательских работ для отдельных турбин больших мощ ностей 12-30 мес. Этот срок включает разработку технического проекта турбины с утверждением его у заказчика и выпуск рабочих чертежей.

Следующая стадия технической подготовки производства разработка технологического процесса, проектирование специальной оснастки и режу щего инструмента, их изготовление в инструментальных цехах завода.

Время для выполнения этого этапа работ составляет от 4 до 8 мес. Следо вательно, общий срок технической подготовки производства является весьма продолжительным и превышает сроки изготовления головного об разца турбины.

Эффективным способом ускорения технической подготовки про изводства является совместная и параллельная работа конструктора и тех нолога, когда одновременно с разработкой конструктором чертежей детали или узла машины технологи разрабатывают технологический процесс. Та кая совместная работа повышает технологичность конструкций турбины, обеспечивает соответствие конструкций требованиям передовой технологии и т. п.

Турбостроительные заводы имеют специальные участки и стенды, на которых осуществляются испытательные работы по отработке наиболее от ветственных деталей и узлов турбины. Каждая турбина после окончательной сборки на специальном стенде завода испытывается. Только после испыта ний турбины отгружают заказчику.

Конструкторский отдел завода имеет тесные связи с электростанциями, на которых устанавливают турбину. В таких отделах производится оконча тельная проверка надежности работы всей турбины.

Заводы используют также опыт работы родственных предприятий, обобщенный и рекомендованный научно-исследовательскими институтами, за нимающимися проектно-конструкторскими разработками.

7.2. Совершенствование станочного парка турбинных заводов В производстве турбин, как следует из анализа станочного парка, приведенного в п. 1.9 главы первой, преобладает универсальное оборудо вание с ручным управлением. Это объясняется сравнительно низкой эффек тивностью применения станков с ЧПУ в условиях мелкосерийного производ ства, характерного для турбостроения.

Станки с оперативной системой управления. Применение мини-ЭВМ на базе микропроцессорной техники позволяет повысить эффективность использования станков с ЧПУ как для мелкосерийного турбинного производства, так и при обработке всего лишь нескольких де талей. Повышение эффективности осуществляется с помощью оперативной системы управления (ОСУ), управляющей программы (УП) и клавиатуры станка. Программирование производится непосредственно ручным вводом программы управления путем нажатия соответствующих клавиш. В памяти устройства хранятся различные стандартные циклы:

нарезание резьб, сверление, обработка и т. д.

При вводе программы на эти циклы требуется только указать необ ходимые размеры, а разделение припуска между отдельными рабочими хо дами инструмента и обеспечение постоянного объема стружки осуществля ются автоматически.

Траектория движения инструмента определяется системой управления без участия оператора. Более того, некоторые системы позволяют произво дить программирование по чертежу или эскизу. Для упрощения ввода про грамм пользуются специально подготовленными таблицами.


В условиях производства турбин станки с оперативным управлением успешно могут заменить несколько универсальных станков с ручным управлением благодаря быстроте переналадки и высокой произво дительности. Кроме того, в станках с ОСУ предусматривается возможность устранения трудоемкой предварительной установки положения инструмента относительно обрабатываемой поверхности детали (введение программы коррекции и позиционирования). По результатам обработки можно произ водить редактирование программы с целью устранения ошибок и внесения исправлений. Это делается непосредственно на рабочем месте. Затем, при менение станков с ОСУ позволяет получать поверхности деталей сложной конфигурации при помощи стандартных инструментов без использования фасонных резцов, копиров и т. д.

Применение станков с оперативным управлением облегчает труд ста ночника и упрощает управление станком, позволяет автоматизировать стан дартные циклы (нарезание резьбы, сверление и т. д. ), повышает точность и культуру производства, делает работу станочника творческой.

Обрабатывающие центры и совершенствование станков с ЧПУ.

Для обработки корпусных деталей турбин целесообразно использовать стан ки с автоматической сменой инструмента обрабатывающие центры.

Обрабатывающие центры (ОЦ) снабжаются устройствами для смены отдельных инструментов и многошпиндельных головок. ОЦ позволяют ус танавливать на горизонтальном шпинделе вертикальную шпиндельную го ловку, которая имеет устройство автоматической смены инструмента или инструментальные магазины, в которых закреплены различные режущие ин струменты. Станки снабжаются сменными столами и наборами поворотных плит, позволяющими осуществлять быструю автоматическую замену обра батываемых заготовок различного типа и размеров с контролем позициони рования базовых поверхностей.

Многоцелевой станок (обрабатывающий центр) сходен с фрезерным, но имеет больше осей перемещения и всегда снабжается системой ЧПУ. Фрезеро вальные центры допускают быстрый переход с одного процесса резания на дру гой, например, с одного сверла на другое или со сверла на метчик (инструмент для нарезания внутренней резьбы). Многоцелевые станки, как правило, рассчи таны на выполнение совокупности таких операций, как сверление, развертыва ние, нарезание резьбы метчиком, подрезка, торцовое фрезерование, нарезание канавок, расточка и пр. Имеются модели с вертикальными и горизонтальными шпинделями. Многие выпускаемые станки могут выполнять точную обработку одновременно четырех или пяти сторон призматической детали. При обработке сложных турбинных деталей, требующих выполнения некоторой последова тельности разных операций, многоцелевые станки заменяют несколько станков разного типа.

Для обеспечения автоматического цикла обработки обрабатывающие центры снабжаются устройствами для контроля состояния режущего инст румента и степени его затупления. Это можно осуществить, контролируя затрачиваемую мощность, крутящий момент или силу тока привода шпин деля, а также по величинам составляющих силы резания. В обрабатываю щих центрах предусматривается смена режущего инструмента на основе программы в зависимости от расчетного периода стойкости. Созданы сис темы компенсации систематических погрешностей обработки и погрешно стей закрепления обрабатываемых заготовок.

Станки с ЧПУ для расширения их использования в турбинном про изводстве нуждаются в совершенствовании. Прежде всего необходимы по вышение точности обработки заготовок и компенсация возникающих по грешностей. Новые системы предусматривают компенсацию систематиче ских погрешностей обработки, связанных с тепловыми деформациями тех нологической системы, влиянием люфтов и погрешностей перемещений.

Применяются устройства коррекции погрешности закрепления заготовок.

Вводится автоматическое измерение получаемых размеров и коррекция положения инструмента. Устанавливаются ограничители, прекращающие процесс обработки при достижении предельных значений сил резания, мощности, крутящего момента и т. п.

Расширяется применение адаптивных систем управления по силе и мощности резания, изменяющих частоту вращения шпинделя и подачу.

Применение адаптивных систем управления особенно целесообразно при значительных колебаниях припусков (поковка вала ротора, отливка цилин дров и др.) и механических свойств обрабатываемых материалов. Такие колебания являются характерными для производства паровых и газовых турбин.

7.3. Применение прогрессивных методов обработки Совершенствование конструкций паровых и особенно газовых тур бин связано с применением жаропрочных сплавов, трудно поддающихся или совсем не поддающихся обработке резанием. Наиболее затруднитель ной, а в некоторых случаях просто невозможной, становится обработка ра бочих частей лопаток.

Решение возникших проблем потребовало применения методов об работки заготовок турбинных деталей, базирующихся на достижениях раз личных отраслей науки и техники.

Особенностью этих методов обработки является независимость ско рости и точности формообразования обрабатываемой детали от твердости, вязкости и других физико-механических свойств материала заготовки. В практике наибольшее применение получили электрогидравлический, элек троэрозионный, электрохимический, ультразвуковой, электронно-лучевой и светолучевой методы обработки. При этих способах обработки съем ме талла и формообразование поверхности детали происходит под действием электрической, световой и химической энергии без преобразования ее в механическую, тепловую или другие виды энергии вне обрабатываемой зоны.

Электрогидравлический метод обработки основан на возбуждении импульсного высоковольтного разряда в среде жидкости. Под действием этих импульсов сверхвысокие давления жидкости в виде импульсов при фокусировании на заданный участок поверхности осуществляют обработ ку заготовок. Метод применяется для наклепа поверхностей металличе ских изделий, прошивания отверстий в хрупких неметаллических материа лах.

Электроэрозионный метод обработки базируется на некоторых свойствах воздействия электрической энергии. При возникновении им пульсных электрических разрядов происходит выделение тепла, в резуль тате чего достигается направленное разрушение токопроводящих материа лов. Такое явление получило название электрической эрозии. Она протека ет в результате испарения, плавления и гидродинамического выброса рас плавленного металла. Электроэрозионный метод обработки деталей имеет следующие разновидности: электроискровой, электроимпульсный, анодно механический и электроконтактный.

Электроискровой метод, основанный на явлении электрической эрозии в результате возникновения искрового разряда в эрозионном про межутке между двумя электродами (деталью и инструментом), характери зуется высокими температурами. Как правило, операции электроискровой обработки осуществляются в жидкой среде (диэлектрике) - воде или керо сине. Несмотря на высокие температуры в межэлектродном промежутке, возникающие при электрическом разряде, обрабатываемое изделие прак тически не нагревается, так как искровой разряд протекает в миллионные доли секунды. Электроискровая обработка применяется преимущественно при обработке сложных фасонных поверхностей деталей, выполненных из жаропрочных и тугоплавких сплавов, и обработке отверстий малого диа метра. Недостатками электроискрового метода обработки деталей являют ся значительный износ электродов и сравнительно малая производитель ность.

Сущность электроискрового метода заключается в следующем: при проскакивании искры в воздушном промежутке (рис. 24, а) между инстру ментом (катодом) 1 и обрабатываемой деталью (анодом) 2 происходит на грев той небольшой поверхности, на которую попадает искра, и металл оп лавляется. Сам процесс происходит в виде как бы небольших взрывов: ме талл, расплавленный искрой, в газообразном состояний мгновенно расши ряется и перемещается с поверхности анода на катод, оседает на нем и за твердевает в виде наростов. Если же процесс вести в какой-либо жидкости, не проводящей электрический ток (например, в керосине), то искра будет проскакивать в этом промежутке между катодом и анодом так же легко, как и через воздух, но образования наростов происходить не будет, так как брызги металла будут оседать в жидкости, а изделие в месте соприкосно вения с инструментом примет его форму.

Схема применения электроискрового метода обработки показана на рис. 24, б. Электрический ток подводится через сопротивление 3 от зажима 1 генератора постоянного тока к электроду-инструменту 5 и через зазор а проходит к обрабатываемой детали 6 и затем к зажиму 2. В электрическую цепь включен конденсатор 4, создающий импульсы, необходимые для об разования искры. Соленоидный регулятор заставляет колебаться электрод 5. При проскакивании искры ток также будет проходить через соленоид, намагничивать сердечник 8 и втягивать катушку 7. Это вызовет подъем электрода, увеличение зазора а и разрыв электрической цепи. Подача тока в катушку соленоида прекратится, сердечник размагнитится, и шпиндель с электродом опустится вниз. При достижении установленной величины за зора а опять произойдет проскакивание искры и весь процесс повторится, в результате чего в обрабатываемой детали прошьется отверстие по форме электрода.

Отверстие может быть любой формы и несквозным, выполняемым вдоль оси рабочей части для облегчения.

Электроимпульсная обработка более усовершенствованный спо соб по сравнению с электроискровым. Улучшение технологических харак теристик электроимпульсного способа обусловлено применением специ альных независимых генераторов, униполярных импульсов типа МГИ-2, МГ-3 и др. Отличительной особенностью генераторов является постоянст во и независимость частоты, продолжительности и амплитуды импульсов тока от физического состояния эрозионного промежутка. Область приме нения электроимпульсного способа обработки та же, что и электроискро вого, но он имеет более высокие технологические и экономические показа тели. Поэтому метод широко применяется в газотурбостроении для обра ботки лопаток и других деталей из жаропрочных сплавов на никелевой ос нове, например, для предварительной обработки пера лопаток из жаро прочных сплавов перед окончательной электрохимической обработкой, а также для перфорации охлаждаемых лопаток.

Рис. 24. Электроискровой метод обработки:

а сущность метода;

б схема обработки В турбостроении применяются все указанные разновидности элек троэрозионной обработки. Для выполнения различных технологических процессов электроэрозионной обработки отечественной станкостроитель ной промышленностью разработан и выпускается целый ряд электроэро зионных станков, которые по своему назначению подразделяются на уни версальные прошивочные (4Д721АФ1, 4Л721Ф1, 4Д722, АФЗ, 4Е723-01, 4Э724 и др.), универсальные станки для профильной обработки (типа 4631, 4720М), электродом-инструментом в которых является движущаяся про волока, и специальные электроэрозионные станки, например, для обработ ки лопаток, для прошивки отверстий малого диаметра в форсунках, для упрочнения поверхностей деталей, клеймения и др. Для обработки слож ных деталей применяются электроэрозионные станки с программным управлением (типа 4532ФЗ, 4732ФЗ, 4А423ФЦ). На этих станках профиль ная обработка осуществляется движущейся тонкой проволочкой, траекто рия движения которой задается программой с одновременным регулирова нием скорости движения в зависимости от интенсивности процесса эрозии.

Для анодно-механической резки металлов применяются дисковые отрезные анодно-механические станки типа АМО-31, АМО-32, 4820, АМ-5-117, АР-300, а также ленточные разрезные анодно-механические станки типа 4А850, 4А860 и др. Анодно-механическое разрезание наибо лее эффективно для жаропрочных, коррозионно-стойких и закаленных сталей больших сечений.

Предварительная прорезка межлопаточного канала в цельной заго товке диска производится графитовым электродом-стержнем, имеющим форму впадины между двумя соседними лопатками. Окончательная обра ботка профиля пера лопаток производится медным или медно-графитовым электродом, состоящим из двух элементов, один из которых имеет про филь, эквидистантный спинке лопатки, а другой корыту. Рабочей жидко стью при электроэрозионной обработке лопаток служит керосин. Для об работки лопаток из деформируемых жаропрочных сплавов рекомендуется применять средние электрические режимы: рабочее напряжение 20-30 В, сила тока 30-50 А. Производительность электроэрозионной обработки за висит от теплофизических параметров материала обрабатываемых изделий и электродов, электрических параметров импульсов тока и свойств межэ лектродной среды. Производительность электроэрозионной обработки обычно определяется количеством металла, снятого с обрабатываемой по верхности детали в единицу времени, мм3/мин (или г/мин):

Q = CAf, где С коэффициент, зависящий от теплофизических констант металла и электрода;

А энергия импульсов;

f частота импульсов.

Схема электроимпульсной обработки лопатки одновременно с двух сторон приведена на рис. 25.

Сущность электроимпульсного процесса формирования поверх ностей заключается в следующем. В ванне с диэлектриком помещаются обрабатываемая лопатка и электроды. К обрабатываемым поверхностям электродов, которым придана обратная форма, подводится импульсное на пряжение от генератора импульсов. В результате воздействия электриче ского тока начинается съем металла с поверхности лопатки и перевод его в электролит. При этом электродам сообщается перемещение сближения со скоростью рабочей подачи s с деталью. Процесс съема металла завершает ся при достижении электродом определенного положения сближения со скоростью рабочей подачи.

Источники технологического тока машинные генераторы унипо лярных импульсов с напряжением (средним) 24-26 В с частотой импульсов 400 имп./с.

Рис. 25. Схема электроимпульсной обработки профилей лопатки одновременно с двух сторон:

1 инструменты-электроды;

2 привод перемещения инструментов-электродов;

3 лопатка Производительность процесса, определяемая интенсивностью съема металла, главным образом зависит от силы тока и достигает 1000 мм3/мин.

Точность образованных при обработке поверхностей не превышает 0,25-0,3 мм, а глубина измененного против основного металла по химиче скому составу и механическим характеристикам слоя достигает 0,3-0,5 мм.

После электроимпульсной обработки припуск на последующую обработку должен в два раза превышать величину измененного слоя.

Станкостроительная промышленность серийно выпускает несколько моделей станков для электроимпульсной обработки лопаток. На некоторых из них (например, модели 473 и 4723) обрабатываются попеременно внут ренний и наружный профили. Модель МЭ-8, применяемая при производ стве лопаток, позволяет одновременно обрабатывать внутренний и наруж ный профили непосредственно из штампованной заготовки с припуском до 4 мм. Станок двухпозиционный и может быть настроен на обработку с двух сторон одновременно двух деталей либо одного типоразмера, либо двух различных типоразмеров.

Для электроимпульсной предварительной обработки полного конту ра рабочей части лопаток длиной до 250 мм создан станок модели МЭ-64.

Обработка производится в трех позициях шестью головками.

Электроимпульсный способ черновой обработки рабочей части ло паток выгодно отличается от механической обработки более высокой про изводительностью, которая является одинаковой для обработки лопаток из любых известных жаропрочных сталей и сплавов и не зависит от сложно сти профиля. При этом уменьшение числа операций приводит к сокраще нию цикла изготовления лопаток.

Процесс эрозии для различных металлов протекает с различной ин тенсивностью, а следовательно, производительность электроэрозионной обработки металлов различна. Зависимость интенсивности эрозии от свойств металлов называется электроэрозионной обрабатываемостью.

Наилучшей обрабатываемостью обладают магний, алюминий, наихудшей твердые сплавы молибден и вольфрам.

Электроэрозионная прошивка отверстий малого диаметра широко применяется для перфорации охлаждаемых лопаток газовых турбин. Элек троэрозионная прошивка отверстий в лопатках производится с помощью электродов-гребенок, позволяющих за один проход получать до 100 отвер стий. Электрод вольфрамовые нити диаметром 0,5-1,5 мм и длиной 100 150 мм. При толщине стенки пустотелой лопатки 2 мм время обработки одного прохода составляет около 6 мин. Операция прошивки отверстий производится на электроимпульсном станке типа 4Г-721. Рабочий раствор ванны состоит из 85 % керосина и 15 % трансформаторного масла. Элек троды ввиду неоднородности их выгорания периодически подрезаются до одного уровня.

Анодно-механический способ обработки характеризуется тем, что продукты обработки из рабочей зоны удаляются непрерывно переме щающимся электродом-инструментом диском или лентой. Этот метод наиболее эффективен для выполнения отрезных операций разрезки труб, болванок и других изделий диаметром от 12 до 100 мм и более. Процесс анодно-механической резки заготовок осуществляется в результате комби нированного электрохимического, теплового и механического воздействия на анод разрезаемую заготовку. Режущий инструмент вращающийся диск или бесконечная лента из листовой стали толщиной от 0,5 до 1,5 мм служит катодом. Процесс анодно-механической резки производится в электролите, состав которого подбирается в зависимости от марки обраба тываемого материала. Для анодно-механической резки применяют специ альные анодно-механические станки типа АМО-31, АМО-32 и др. Произ водительность процесса обработки при отрезных операциях на дисковых и ленточных отрезных станках очень высокая, она составляет примерно 1200-1300 мм площади реза в минуту. Анодно-механический метод при меняется также для отделочного и притирочного шлифования. В данном случае процесс обработки заключается в механическом удалении окисных пленок, образующихся на поверхности обрабатываемой заготовки (анода) при прохождении тока между ее поверхностью и катодом-инструментом, помещенным в электролите. Интенсивность съема металла составляет око ло 10 мм/мин, при этом достигается высокая точность обработки и шеро ховатость поверхности не выше Ra = 0,63 мкм (ГОСТ 2789-73).

Сущность анодно-механического способа видна из схемы, изобра женной на рис. 26. Электрод-инструмент 1, изготовленный из листового железа в виде диска, вращается вокруг своей оси. В пространство между этим диском и разрезаемой деталью 3 по трубке 2 подается электролит жидкое стекло. Электрод и заготовка детали присоединяются к генератору постоянного тока 4. Под действием электрического тока электролит рас творяет металл, образуя на поверхности заготовки в месте разрезания тон кую пленку металла пониженной прочности. При своем вращении диск легко соскабливает эту пленку.

Рис. 26. Схема анодно-механического способа обработки:

1 – электрод-инструмент;

2 – трубка;

3 – разрезаемая деталь;

4 – генератор постоянного тока Электроконтактный способ обработки основан на механическом разрушении и формообразовании поверхностей детали, производимыми одновременно с разогревом и расплавлением поверхностей детали в ре зультате воздействия электрического тока. Данный способ сходен с про цессами механической обработки резанием, с той лишь разницей, что ме хобработка осуществляется с введением электрического тока в зону реза ния. Так, например, электроконтактное фрезерование производится быст ровращающимся дисковым инструментом, контактирующим с обрабаты ваемой поверхностью, электроконтактное точение производится резцом.



Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 16 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.