Анализ современных способов обработки глубоких отверстий выполненных под острым углом в деталях ГТД.

Технология электроэрозионной обработки глубоких отверстий расположенных под острым углом к поверхности детали.

Анализ современных способов обработки глубоких отверстий выполненных под острым углом в деталях ГТД.

В настоящее время  развитие современных авиационных газотурбинных двигателей (ГТД) идет по пути повышения температур рабочего тела, что требуетсоздания деталейГТД с эффективным способом охлаждения.К таким деталям относятся лопатки турбины и соплового аппарата, экраны и кольцевые детали камеры сгорания, детали топливной аппаратуры.

Технологическая проработка деталей современных ГТД показывает, что в них имеются охлаждающие и функциональные отверстия, выполняемые с высокой точностью и качеством.

Технологические проблемы возникающие при изготовлении таких отверстий связаны с необходимостью достижения высокой геометрической точности обработки, большой глубиной и расположением отверстий под острым углом к торцовой поверхности.

Механические методы обработки таких отверстий далеко не всегда обеспечивают требования современного производства. Как показывают результаты опытно-технологических работ, дляполучения отверстий расположенныхпод углом менее 20⁰ в деталях ГТД из жаропрочных и титановых сплавов являются, более эффективны, электроэрозионные методы обработки, так как технологические показатели методов практически не зависят от физико-механических характеристик обрабатываемых материалов и обработка осуществляется без заметных силовых воздействий.

Однако применение традиционной электроэрозионной обработки (ЭЭО) для получения отверстий малого диаметра, особенно с большим значением отношения L/D, сопряжено с технологическими трудностями. Это связано, главным образом, с затруднениями эвакуации продуктов эрозии. Поэтому актуальной задачей является правильный выбор технологической схемы и режимов ЭЭО.

Для перфорации охлаждающих отверстий в лопатках,кольцевых деталях турбин, в том числе и глубоких отверстий, целесообразно применение струйного метода ЭЭО. Сущность его заключается в ЭЭО вращающимся трубчатым электродом-инструментом (ЭИ), через внутреннюю полость которого прокачивается рабочая жидкость (РЖ) под большим давлением.

При проведении опытных работ по отработке технологического процесса струйной ЭЭО охлаждающих отверстий в детали «Корпус внутренний» специалистами ПАО «ОДК-Сатурн» была определена схема обработки,подобраны оптимальные режимы и показатели обработки,разработана и внедрена специальная технологическая оснастка позволяющая обеспечивать максимальную производительность при сравнительно небольшом износе ЭИ.

2. Основные проблемы, возникающие в процессе ЭЭО глубоких отверстий расположенных под углом менее 20⁰

Из-за конструктивных особенностей обрабатываемых деталей, а также предъявляемыми высокими требованиями по точности и качеству изготовления глубоких отверстий возникает ряд технологических проблем препятствующие нормальному протеканию ЭЭП:

1. Повышенная трудоемкость из-за малодоступности к зоне обработки;

2. Образование геометрического отклонения (эллипсность);

3. Возникновение прожогов и нагара на поверхности электрода и детали;

4. Появление на поверхности отверстия дефектов в виде небольших ступенек.

2. Особенности и поиск путей решения проблем возникающих в процессе ЭЭО глубоких отверстий с углом наклона менее 20⁰.

Одним из распространённых недостатком при обработке глубоких отверстий с углом наклона к поверхности детали менее 20⁰ является образование такого геометрического отклонения как эллипсность.

Образование эллипсности отверстия обуславливается следующими факторами возникающими в процессе обработки:

- Не достаточная жесткость ЭИ;

- Воздействия в процессе образования реактивной струи силы на ЭИ в процессе прорыва задней стенки детали.

Для устранения данного отклонения специалистами ПАО «ОДК-Сатурн» была выполнена доработка конструкции трубчатого электрода-инструмента и произведена отработка технологических режимов обработки обеспечивающих оптимальное соотношение производительности и качества изготовления глубоких отверстий.

Доработка конструкции трубчатого латунного ЭИ заключается в повышении его жесткости путем помещения во внутреннею полость электрода витой латунной проволоки.

Данное решение позволяет добиться увеличение площади металла в торцевом сечении электрода до 80-85%, что обеспечивает оптимальную жесткость электрода, исключая его деформацию (отгиб) во время работы тем самым повышает точность обработки. Толстенная внешняя трубка в свою очередь исключает критический износ торцевой поверхности и высвобождение проволоки в процессе обработки отверстий, расположенных под острым углом к поверхности детали. Придаваемое электроду-инструменту в процессе обработки отверстий вращение, а также наличие внутри свитой спиралью проволоки не допускает образование в канале отверстия необработанных участков.

После прорыва задней стенки на выходе отверстия возникает «реактивная» струя, возникшая в результате этого отжимная сила, воздействует на электрод, тем самым отжимая его в противоположную сторону. В результате воздействия силы реактивной струи ЭИ производит, обработку не по всей площади отверстия образуя при этом эллипс.

В процессе ОТР установлено, что уменьшение эллипсности отверстий достигается при применении электродов имеющих центральное отверстие для прокачки рабочей жидкости с впаянной в него витой латунной проволокой. Уменьшение эллипсности при этом обеспечивается за счет большей жесткости ЭИ.

В процессе прорыва задней стенки детали на выходе отверстия происходит также замедление и последующая остановка процесса эрозии.

Остановка процесса эрозии при обработке глубоких отверстий расположенных под острым углом связана с недостаточной боковой прокачкой. Недостаток диэлектрика в боковом зазоре связан с тем, что подающая во внутреннею полость электрода вода вытекает из зоны обработки наружу через образовавшееся отверстие в месте прорыва стенки. Подающая вода по внешней стороне электрода (методом полива) стекает по поверхности детали и большей частью не попадает в боковой зазор. В этом случаи происходит нагар продуктов ЭЭО на электрод и деталь, образовывается плотная не токопроводящая пленка и процесс эрозии постепенно затухает до полной остановки. Недостаточная прокачка диэлектрической жидкости такжевлечет за собой  образование прижогов и ступенек на выходе отверстия, что не допустимо.

Для увеличения боковой прокачки диэлектрической жидкости специалистами ПАО «ОДК-Сатурн» бала спроектирована и изготовлена специальная направляющая фильера с обеспечением более интенсивной боковой прокачкой.

Применение направляющей с дополнительной боковой прокачкой диэлектрика позволило сократить время обработки отверстия на 40-50%, повысить качество поверхности обработанных отверстий.

После выполнения опытно-технологических работ по отработке глубоких отверстий расположенных под острым углом к поверхности детали были проведены металлографические исследования поверхности отверстий.