ПРОТЯЖКА И СПОСОБ ПРОТЯГИВАНИЯ ПАЗОВ ДЛЯ ДЕТАЛЕЙ, ТАКИХ КАК ДИСКИ РОТОРА ТУРБИНЫ ИЛИ ДИСКИ КОМПРЕССОРА ТУРБОМАШИНЫ Российский патент 2018 года по МПК B23D37/00 B23D43/02 

Область техники

Изобретение относится к протягиванию пазов для деталей, таких как диски турбинных роторов или диски компрессоров турбомашины.

В частности, оно находит применение для протягивания пазов типа «елочек» или «луковиц» для дисков роторов или компрессоров газотурбинного или турбовинтового двигателя летательного аппарата.

Предшествующий уровень техники

Классически авиационный газотурбинный или турбовинтовой двигатель содержит компрессорную часть и вращающуюся турбину. Эта турбина содержит диск ротора, имеющий периферические крепления (пазы в форме «елочек» или «луковиц»), которые распределены на его окружности и которые предназначены для приема и удержания ножки лопаток указанной турбины. Некоторые диски компрессоров тоже имеют такие крепления.

Эти крепления обычно выполняют посредством протягивания.

Для этого, как показано на фиг. 1А, посредством набора протяжек 1 выполняют несколько проходов в обрабатываемом пазу 3.

В случае пазов 3 в форме «елочек» или «луковиц» на периферии диска 4 ротора турбины турбомашины или диска компрессора протягивание часто осуществляют с определенным наклоном (угол α протягивания на фиг. 1А). Поэтому при такой протяжке 1, которую постепенно перемещают в пазу 3 для его механической обработки, зубья 2 этой протяжки 1 (разделенные заданным шагом Р) действуют на стенки формируемого паза 3 чередующимися усилиями на входе зубьев в этот паз и на их выходе из этого паза 3.

Эти чередующиеся усилия (стрелки F1, F2, F3 на фиг. 1А) приводят к изменению направления усилий, действующих на протяжку 1 (результирующая стрелка F), как показано на фиг. 1В. В результате этого обрабатываемый паз деформируется.

Эта проблема еще больше усугубляется в случае деталей небольшого размера.

Задачей изобретения является решение этой проблемы.

Ранее уже были предложены различные общие методы оптимизации протяжных инструментов со многими критериями.

Как правило, изготовители протяжек избегают использования шага, являющегося кратной величиной деления протягиваемой толщины. Действительно, в наиболее распространенном случае, когда протягиваемые детали расположены в виде штабеля, использование шага, являющегося кратной величиной деления протягиваемой толщины, может привести к значительным деформациям деталей. Соответственно, это правило применяют также для случая, когда протягивают только одну деталь.

Использование протяжных инструментов с шагом зубьев, являющимся кратной величиной деления толщины детали, было предложено в статье Ozturk, О. & Budak, «Modeling of broaching process for improved tool design». Processing IEMCE'03, Washington, D.C., Nov. 16-21 2003, p. 1-11.

Авторы этой статьи указывают, что даже при этом решении крайне трудно получить нулевое изменение усилия между входом и выходом детали.

Кроме того, в этой статье ничего не указано о проблеме наклонного протягивания.

Раскрытие изобретения

Задачей изобретения является уменьшение изменения усилия резания и уменьшение деформации пазов.

Задача решается способом протягивания, по меньшей мере, одного паза в детали, такой как диск ротора турбины или диск компрессора турбомашины, в котором указанный паз выполняют посредством протяжки, наклоненной под углом протягивания относительно детали. Указанная протяжка имеет шаг между зубьями, являющийся кратной величиной деления длины протягивания.

Таким образом, учитывая разность между толщиной протягиваемой детали и длиной протягивания, появляющуюся в результате наклона протяжки, шаг между зубьями протяжки оказывается оптимизированным для сведения к минимуму деформации пазов.

Изобретение относится также к протяжке для осуществления этого способа.

Краткое описание чертежей

Другие особенности и преимущества изобретения будут более очевидны из последующего описания, которое имеет чисто иллюстративный и не ограничительный характер, со ссылками на чертежи.

На фиг. 1А и 1В схематично показаны протягивание паза и изменение усилий резания во время опускания протяжного инструмента согласно известному уровню техники.

на фиг. 2 показан диск ротора и протяжка для выполнения паза в виде «елочки» на периферии этого диска, вид сбоку;

на фиг. 3 - подробный вид согласно фиг. 2;

на фиг. 4 - зуб протяжки, показанной на фиг. 2 и 3, в пазу, обрабатываемом на диске ротора, подробный вид.

на фиг. 5А и 5В показаны протягивание паза согласно возможному варианту осуществления изобретения, а также изменение усилий резания во время опускания протяжного инструмента, при этом на фиг. 5А представлен вид, аналогичный фиг. 1, по линии А-А фиг. 4.

Варианты осуществления изобретения

На фиг. 2-4 показаны диск 4 ротора, содержащий множество пазов 3, а также протяжка 1, используемая для выполнения пазов 3. В данном случае пазы 3 имеют форму «елочек», но, разумеется, пазы крепления могут иметь и другие формы (например, формы «луковиц»).

Протяжка 1 содержит множество зубьев 2. Два последовательных зуба в паре разделены стенкой 3, при этом пустое пространство между стенкой и вершиной зуба образует камеру для стружек.

Осуществляемая ей механическая обработка происходит под наклоном (угол α протягивания), поэтому толщина Ер протягиваемой детали, которой является диск 4 ротора, отличается от длины L протягивания.

Как показано на фиг. 5А, шаг Р зубьев протяжки согласно изобретению является кратной величиной деления длины L протягивания.

Таким образом, зуб 2 входит в формируемый паз 3 на периферии обрабатываемой детали (диска 4 ротора) в момент, когда другой зуб 2 из нее выходит.

Усилия (стрелки F1-F4 на фиг. 5А) режущих зубьев 2, взаимодействующих со стенками выполняемого паза 3, уравновешиваются с обеих сторон паза 3. Таким образом, изменение усилия резания (результирующая F) оказывается ограниченным, и чередующаяся составляющая усилий устраняется.

Этот принцип представлен на фиг. 5В, где показана разность усилий резания в зависимости от перемещения.

Учитывая интервалы допуска для обрабатываемых таким образом деталей, предпочтительно, значение шага зубьев выбирают равным следующему значению:

где Ep^max и Ep^min являются максимальным и минимальным значениями толщины части диска с учетом допусков,

- α^max и α^min являются максимальным и минимальным углами протягивания с учетом допусков,

- n является требуемым числом взаимодействующих зубьев и является положительным целым числом.

Следует отметить, что толщину Ер определяют для данного прохода протяжки 1.

Ее вычисляют от обода до обода между краями протягивания на входе и на выходе выполняемого механической обработкой паза 3.

Она может меняться в зависимости от глубины паза, которому соответствует проход протяжки 1, при этом диск ротора может иметь переменную толщину, в частности, на уровне своей периферии.

Углы α протягивания тоже определяют для каждого прохода. Они соответствуют углу между осью А опускания протяжки 1 и направлением толщины детали 4 на уровне протягиваемой области.

Раскрытый выше способ протягивания представляет особый интерес в случае дисков турбинных роторов небольшого размера и, в частности, дисков с ограниченным пространством между лопатками.

Например, такое протягивание, предпочтительно, может быть применено в случае дисков турбины или компрессоров с толщиной менее 20 мм, с максимальной глубиной паза (Pmax на фиг. 4) порядка 10-15 мм и с минимальной шириной паза (с на фиг. 4) от 2 до 3 мм.

При этом число n зубьев, предпочтительно, равно 2, но может быть также равно 3 или 4.

Способ включает протягивание по меньшей мере одного паза (3) в детали, такой как диск (4) ротора турбины или диск компрессора турбомашины. При этом указанный паз (3) обрабатывают посредством протяжки (1), наклоненной под углом (α). Указанная протяжка (1) имеет шаг (Р) между зубьями, являющийся кратной величиной деления длины (L) протягивания. Достигается уменьшение изменения усилия резания и уменьшение деформации пазов. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Способ выполнения пазов в детали в виде диска ротора турбины или диска компрессора турбомашины посредством протяжки, наклоненной под углом протягивания относительно детали, отличающийся тем, что указанная протяжка имеет шаг (Р) между зубьями, являющийся кратной величиной деления длины (L) протягивания, причем шаг Р между зубьями протяжки равен:

$$P=\frac{\left(\frac{e{p}^{\max }+e{p}^{\min }}{2}\right)}{\left(n\cdot \cos \left(\frac{{\alpha }^{\max }+{\alpha }^{\min }}{2}\right)\right)}$$

где Ер^max и Ep^min - максимальное и минимальное значения толщины детали диска с учетом допусков,

α^max и α^min - максимальный и минимальный углы протягивания с учетом допусков,

n - положительное целое число.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что n составляет от 1 до 4.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что n равно 2.

4. Способ по любому из пп. 1 – 3, отличающийся тем, что пазы выполняют в форме «елочки» или в форме «луковицы» посредством механической обработки на периферии диска ротора турбины или диска компрессора турбомашины.

5. Протяжка для выполнения пазов в детали способом по любому из пп. 1 – 4, содержащая множество зубьев, распределенных по ее длине попарно с заданным шагом, при этом шаг зубьев протяжки является кратной величиной деления длины протягивания и шаг зубьев равен:

$$P=\frac{\left(\frac{e{p}^{\max }+e{p}^{\min }}{2}\right)}{\left(n\cdot \cos \left(\frac{{\alpha }^{\max }+{\alpha }^{\min }}{2}\right)\right)}$$

где Ер^max и Ep^min - максимальное и минимальное значения толщины детали диска с учетом допусков,

α^max и α^min - максимальный и минимальный углы протягивания с учетом допусков,

n - требуемое число взаимодействующих зубьев, выраженное положительным целым числом.

6. Протяжка по п. 5, отличающаяся тем, что n составляет от 1 до 4.

7. Протяжка по п. 5, отличающаяся тем, что n равно 2.