СПОСОБ ОБРАБОТКИ ПЕРФОРАЦИОННЫХ ОТВЕРСТИЙ В ПОЛЫХ ЛОПАТКАХ ТУРБОМАШИНЫ И УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ Российский патент 2019 года по МПК B23H3/08 B23H9/10 B23H9/14 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для обработки сухого электрохимического полирования перфорационных отверстий в полых лопатках турбомашин, например перфорационных отверстий на пере лопатки турбины газотурбинных двигателей.

Прошивка перфорационных отверстий в деталях из труднообрабатываемых материалов производится электрохимической струйной обработкой (Патент США №4,578,164. МПК C25F 3/16; C25F 3/00; В23Н 09/02. Method of electrolytically finishing spray-hole of fuel injection nozzle./ Опубл. 1986 г), электроэрозионной обработкой (Патент РФ №2625378. МПК В23Н 9/14, В23Н 7/00 / Способ групповой прошивки отверстий и устройство для его реализации. / Опубл. Бюл. №20, 2017 г.) или лазерной прошивкой (патент РФ №2192341, МПК B23K 26/38, Способ прошивки прецизионных отверстий лазерным излучением, опубл. Бюл. №31, 2002 г.). Наиболее широкое распространение в данной области получили способы прошивки перфорационных отверстий, основанные на электроэрозионном и лазерном методах обработки. Однако, обработка этими методами приводит к образованию в зоне прошивки отверстий, в том числе и на их внутренних поверхностях, дефектного слоя, снижающего эксплуатационные характеристики обработанных деталей, и требующих в этой связи удаления этого слоя.

Известен способ электрохимикомеханической обработки (А.С. СССР № 1085734. МПК В23Р 1/04,Способ электрохимикомеханической обработки. Опубл.: 15.04.1984.), где съем припуска по длине канала осуществляется за счет ударного возвратно-поступательного действия инструмента.

Недостатком данного способа является низкое качество обработки поверхности детали, поскольку используются силовые механические воздействия на поверхностный слой материала детали.

Известен способ электрохимической обработки отверстий и электрод-инструмент (патент RU №2166416, МПК В23Н 5/06, опубл.:Бюл. №13, 2001 г), в котором используют биполярный катод-инструмент, выполненный из чередующихся абразивных и токопроводящих брусков на его формообразующей части, при этом катоду-инструменту одновременно сообщают вращение и вибрацию с обеспечением контакта анода-детали и катода-инструмента.

Известен также способ и устройство для обработки внутренних поверхностей каналов (патент РФ №2251472. МПК B23H 5/06 ,опубл.: Бюл. № 13, 2005 ). Способ включает перемещение вдоль оси обработки штанги с электродом-инструментом. При этом устройство для электрохимикомеханической обработки каналов включает штангу с электродом-инструментом, содержащим рабочую часть, переднюю направляющую и калибрующий элемент с прорезями.

Известен также способ анодно-абразивного полирования отверстий (патент РФ №2588953, МПК В23Н 5/06, опубл. Бюл. №19, 2016 г), который включает перемещение электрода-инструмента по внутренней поверхности канала вдоль его оси при подключении детали к аноду, а электрода-инструмента к катоду.

При электроэрозионном или лазерном прожиге перфорационных отверстий на лопатках из жаропрочных сплавов в зонах прожига отверстий образуется дефектный слой, который необходимо удалять.

Известен также способ [Н.К. Фотеев, Качество поверхности после электроэрозионной обработки / СТИН, N 8, 1997, с. 43-48], в котором поверхность детали подготавливают путем электроэрозионной обработки и последующих температурных выдержек, направленных на повышение качества поверхности после электроэрозионной обработки. Известен способ удаления дефектного слоя материала в зоне прошивки отверстий на пере лопатки гидроабразивной обработкой (А.С. СССР №1315258 МПК В24В 31/116, опубл. 1987 г.), включающий снятие дефектного слоя в перфорационных отверстиях в лопатке за счет движения через них абразивной массы.

Рассмотренные выше способы либо непригодны (А.С. СССР №1085734, патент RU №2166416, патент РФ №2588953,) для снятия дефектного слоя в перфорационных отверстиях на пере лопатки, либо не обеспечивают высокого качества и однородности их обработки (А.С. СССР №№1315258).

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа способа, является способ обработки перфорационных отверстий в полых лопатках турбомашины, включающий помещение по крайней мере одного электрода и лопатки, электроизолированных друг от друга в электропроводящую среду, подачу на электрод и лопатку противоположного по знаку электрического потенциала и обработку кромок перфорационных отверстий лопатки путем пропускания электрического тока через упомянутую электропроводящую среду (Патент США, №5,306,401. МПКВ23Н 9/16; В23Н 9/10; В23Н 9/00. Method for drilling cooling holes in turbine blades. Опубл. 1994 г).

Однако известный способ (патент США, №5,306,401) не обеспечивает высокое качество и производительность обработки перфорационных отверстий, поскольку количество обрабатываемых перфорационных отверстий в лопатках современных газовых турбин составляет в среднем от 50 до 300 штук. При этом индивидуальная обработка каждого перфорационного отверстия значительно снижает производительность обработки, а необходимость внедрения электрода-инструмента в предварительно прошитое отверстие требует особо высокой точности, и возникающая при этом погрешность взаимного расположения электрода-инструмента и прошитого перфорационного отверстия приводит к снижению качества обработки.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа установки, является установка для обработки перфорационных отверстий полых лопаток турбины газотурбинного двигателя (А.С. СССР №1315258 МПК В24В 31/116, Устройство для гидроабразивной обработки заготовок опубл. 1987 г.)

Однако известная установка (А.С. СССР №1315258) не обеспечивает высокого качества и однородной обработки внутренних поверхностей перфорационных отверстий в полых лопатках турбомашины.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение качества и однородности обработки перфорационных отверстий в полых лопатках турбомашины, при обеспечении высокой производительности их обработки, за счет интенсификации процесса и обеспечения равномерного взаимодействия обрабатывающей среды с поверхностями лопатки.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение качества и однородности обработки перфорационных отверстий в полых лопатках турбомашины при повышении производительности обработки.

Технический результат достигается за счет того, что обработки перфорационных отверстий в полых лопатках турбомашины, включающий обработки перфорационных отверстий в полых лопатках турбомашины, включающий помещение в электропроводящую среду по крайней мере одного электрода и лопатки, электроизолированных друг от друга, подачу на электрод и лопатку противоположного по знаку электрического потенциала и обработку кромок перфорационных отверстий лопатки путем пропускания электрического тока через упомянутую электропроводящую среду отличающийся тем, что используют по крайней мере один внутренний электрод, размещают его во внутренней полости лопатки, используют по крайней мере один внешний электрод, размещают его с внешней стороны лопатки, используют в качестве электропроводящей среды гранулы, выполненные из анионитов, пропитанных раствором электролита, обеспечивающего электропроводность упомянутых гранул и ионный унос металла с удалением микровыступов с обрабатываемой поверхности лопатки и имеющих размеры, не превышающие минимальный размер поперечного сечения наименьшего из перфорационных отверстий, осуществляют контакт обрабатываемой поверхности лопатки с упомянутыми гранулами, при обеспечении контакта между упомянутыми гранулами, приводят упомянутые гранулы в вибрационное движение частотой от 50 ... 400 Гц, обеспечивающее равномерное омывание гранулами обрабатываемой поверхности лопатки, осуществляют перемещение гранул через полость лопатки и ее перфорационные отверстия и проводят снятие дефектного слоя с внутренней поверхности перфорационных отверстий, скругление кромок перфорационных отверстий до заданной величины и электрополирование до получения заданной шероховатости обрабатываемых поверхностей лопатки.

Кроме того возможно использование следующих дополнительных приемов способа: в качестве анионитов упомянутых гранул используют ионообменные смолы, полученные на основе сополимеризации либо полистирола, либо полиакрилата и дивинилбензола, причем размеры гранул выбирают из диапазона от 0,1 до 0,2 мм, а обработку гранулами проводят подавая на лопатку положительный, а на гранулы отрицательный электрический потенциал от 25 до 35 В; обработку гранулами проводят в импульсном режиме со сменой полярности, при диапазоне частот импульсов от 20 до 250 Гц, период импульсов от 4,3 мкс до 72 мкс, при амплитуде тока положительной полярности во время импульса от + 20 до 120 А и его длительности 0,2 до 1,4 мкс, при амплитуде тока отрицательной полярности во время импульса от 25 до 40 % от используемой амплитуды тока положительной полярности, и его длительности 0,1 до 0,6 мкс, при прямоугольной или трапецеидальной форме выходных импульсов тока и длительности пауз между импульсами от 4 мкс до 70 мкс; в качестве лопатки турбомашины используют, лопатку, выполненную из никелевого сплава, а в качестве электролитов для пропитки упомянутых гранул из анионитов используют один из следующих водных растворов: водный раствор соли фторида аммония концентрацией 6 - 9,0 г/литр, или водный раствор сульфата аммония с концентрацией 0,8…3,4 или водный раствор, содержащий серную и ортофосфорную кислоты, блок-сополимер окисей этилена и пропилена и натриевую соль сульфированного бутилолеата при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Серная кислота 10-30 Ортофосфорная кислота 40-80 Блок-сополимер окисей этилена и пропилена 0,05-1,1 Натриевая соль сульфированного бутилолеата 0,01-0,05 Вода Остальное;

подают направленный сплошной поток гранул, лопатку размещают входным отверстием во внутреннюю полость к потоку гранул, совмещая продольную ось лопатки с направлением потока гранул, обеспечивая нагнетание гранул во внутреннюю полость лопатки, лопатку с электродами вращают относительно ее продольной оси; после скругления кромок перфорационных отверстий, внутренние электроды извлекают из полости лопатки, лопатку размещают поперек потока гранул и продолжая вращать ее относительно продольной оси проводят полирование поверхности пера лопатки.

Технический результат достигается за счет того, что установка для обработки перфорационных отверстий полых лопаток турбомашины в отличие от прототипа, включает непрерывный кольцевой транспортер, выполненный с возможностью непрерывного перемещения гранул-анионитов, с расположенный по ходу транспортера зоны обработки лопаток и зоны коррекции гранул-анионитов, причем в зоне обработки расположен по крайней мере один, держатель обрабатываемой лопатки, обеспечивающий вращение лопатки относительно ее продольной и поперечной оси, а также ее возвратно-поступательное движение и вибрацию в среде гранул-анионитов, снабженный внутренними и наружными электродами для обработки лопатки, обеспечивающими электроизоляцию от обрабатываемой лопатки при их контакте и обработку кромок перфорационных отверстий лопатки путем пропускания электрического тока через гранулы-аниониты, а также источники питания и токоподводы, обеспечивающие подачу на электрод и лопатку противоположного по знаку электрического потенциала, снабженную устройством для нагнетания гранул-анионитов во внутреннюю полость обрабатываемой лопатки и пропускание гранул-анионитов через перфорационные отверстия в лопатке, а в зоне коррекции гранул-анионитов расположены датчики температуры, скорости перемещения гранул-анионитов, влажности, химического состава и количества содержания электролита в гранулах-анионитах, датчики степени отработанности (деградации) гранул-анионитов, причем упомянутые датчики соединены с системой управления корректировки электролита, обеспечивающего через расположенные по ходу транспортера сепаратор для отделения и удаления отработанных гранул-анионитов, бункер-питатель с гранулами-анионитами, емкость с электролитом, емкость с дистиллированной водой и источники электрического питания, корректировку гранул-анионитов до их рабочего состояния.

Кроме того возможны следующие дополнительные признаки установки: в качестве непрерывного транспортера использованы либо транспортер шнекового типа с щеточным винтовым элементом, либо транспортер в виде замкнутой трубы с нагнетателями шнекового типа, расположенными в промежутках между держателями лопаток, либо пневмотранспортер, а в качестве устройства для нагнетания гранул-анионитов во внутреннюю полость обрабатываемой лопатки использована воронка, расширенная часть которой ориентирована в сторону набегающего потока гранул-анионитов, а суженная часть вставлена во входное отверстие внутренней полости лопатки; в качестве источников электрического питания использованы либо источники питания работающие либо при постоянном токе, обеспечивающие подачу на обрабатываемую лопатку положительного, а на гранулы отрицательного электрического потенциала от 25 до 35 В, либо в импульсном режиме со сменой полярности при диапазоне частот импульсов от 20 до 250 Гц, период импульсов от 4,3 мкс до 72 мкс, при амплитуде тока положительной полярности во время импульса от + 20 до 120 А и его длительности 0,2 до 1,4 мкс, при амплитуде тока отрицательной полярности во время импульса от 25 до 40 % от используемой амплитуды тока положительной полярности и его длительности 0,1 до 0,6 мкс, при прямоугольной или трапецеидальной форме выходных импульсов тока и длительности пауз между импульсами от 4 мкс до 70 мкс.

Технический результат достигается за счет того, что установка для обработки перфорационных отверстий полых лопаток турбомашины в отличие от прототипа включает последовательно соединенные друг за другом: контейнер с заряженными гранулами электролитами, транспортирующий подводящий модуль, рабочую камеру обработки лопаток, транспортирующий отводящий модуль, контейнер для отработанных гранул-анионитов, причем рабочая камера снабжена по крайней мере одним, держателем обрабатываемой лопатки, обеспечивающим вращение лопатки относительно ее продольной и поперечной оси, а также ее возвратно-поступательное движение и вибрацию в среде гранул-анионитов, снабженный внутренними и наружными электродами для обработки лопатки, обеспечивающими электроизоляцию от обрабатываемой лопатки при их контакте и обработку кромок перфорационных отверстий лопатки путем пропускания электрического тока через гранулы-аниониты, а также источники питания и токоподводы, обеспечивающие подачу на электрод и лопатку противоположного по знаку электрического потенциала, снабженную устройством для нагнетания гранул-анионитов во внутреннюю полость обрабатываемой лопатки и пропускание гранул-анионитов через перфорационные отверстия в лопатке, а в качестве транспортирующего подводящего модуля использованы либо транспортер шнекового типа с щеточным винтовым элементом, либо пневмотранспортер.

Изобретение поясняется рисунками, где на фиг.1 показано осуществление процесса обработки лопаток гранулами-анионитами на установке (фиг.1а –установка с замкнутым циклом, фиг.1b – установка с разомкнутым циклом), на фиг.2 показана рабочая зона (камера) установки с обрабатываемыми лопатками (фиг. 2а – рабочая зона установки, фиг. 2b – зона транспортировки гранул в рабочую камеру), на фиг. 3 показан процесс обработки внутренней поверхности и перфорационных отверстий на пере лопатки (фиг. 3а – процесс обработки внутренней поверхности лопатки, фиг. 3b – обработка перфорационных отверстий на пере лопатки турбомашины). На фигурах 1-3 обозначено: 1 –установка для обработки перфорационных отверстий полых лопаток; 2 – рабочая камера; 3 – держатель изделий; 4 – обрабатываемая лопатка; 5 – зона транспортировки отработанных гранул-анионитов; 6 – зона корректировки и восстановления гранул-анионитов; 7 – зона транспортировки восстановленных гранул-анионитов; 8 – контейнер с заправленными гранулами-анионитами; 9 – зона подачи гранул-анионитов в рабочую камеру; 10 – шнековый транспортер; 11 – гранулы-аниониты; 12 – загрузочные люки; 13 – привод вращения шнека; 14 – воронка; 15 – внутренний электрод; 16 – перфорационные отверстия; 17 – внешний электрод; 18 – внутренняя полость лопатки. (Стрелками показано направление движения гранул, парой стрелок – возвратно-поступательное движение лопаток, круглыми стрелками – направление вращения лопаток ω).

Заявляемый способ обработки перфорационных отверстий в полых лопатках турбомашины и работа установки для обработки перфорационных отверстий полых лопаток турбины газотурбинного двигателя осуществляется следующим образом. В рабочую камеру 2 (фиг.1 и фиг.2) установки 1, через загрузочные люки 12 помещают обрабатываемые лопатки 4 с перфорационными отверстиями 16 (фиг.3). Используют по крайней мере один внутренний электрод 15, размещают его во внутренней полости 18 лопатки 4 (фиг.3), а с внешней стороны лопатки 4 устанавливают внешний электрод 17. Внешний электрод 17, внутренний электрод 15 электроизолированы от лопатки 4. Электроизоляция внутреннего электрод 15 от лопатки 4, может осуществляться, например, за счет покрытия электрода 15 слоем электроизоляционного материала с ограничительными выступами и щелями. Щели электрода 15 обеспечивают контакт с гранулами 11, а слой изоляции с выступами гарантируют от возникновения контактов электрода 15 с лопаткой 4. Для обеспечения попадания гранул-анионитов 11 в полость 18 лопатки 4 устройства для нагнетания гранул-анионитов во внутреннюю полость обрабатываемой лопатки использована воронка 14 (фиг.2 и фиг.3), расширенная часть которой ориентирована в сторону набегающего потока гранул-анионитов 11, а суженная часть вставлена во входное отверстие внутренней полости 18 лопатки 4.

Рабочую камеру 2 герметизируют, закрывая люки 12. Из контейнера 8 в зоне подачи 9 гранул-анионитов в рабочую камеру, шнековым транспортером 10 подают гранулы-аниониты 11, заполняя ими полностью рабочую камеру 2. Приводят лопатку 4 в заданный режим движения (держатель 3 обрабатываемой лопатки 4, обеспечивает вращение лопатки 4 относительно ее продольной и поперечной осей, а также ее возвратно-поступательное движение и вибрацию в среде гранул-анионитов 11).

В результате заполнения рабочей камеры 2 осуществляется контакт обрабатываемой поверхности лопатки 4 с гранулами 11, при обеспечении контакта между самими гранулами 11.Гранулы 11приводят в вибрационное движение частотой от 50 ... 400 Гц, обеспечивающее равномерное омывание гранулами 11 обрабатываемой поверхности лопатки 4, осуществляют перемещение гранул через полость 18 лопатки 4 и ее перфорационные отверстия 16 и подают на электроды (15 и 17) и лопатку 4 противоположные по знаку электрический потенциал и проводят снятие дефектного слоя с внутренней поверхности перфорационных отверстий 16, скругление их кромок до заданной величины и электрополирование обрабатываемых поверхностей лопатки 4до получения заданной шероховатости.

Обработку лопатки 4 гранулами 11 проводят либо подавая на лопатку 4 положительный, а на гранулы отрицательный электрический потенциал от 25 до 35 В, либо в импульсном режиме со сменой полярности, при диапазоне частот импульсов от 20 до 250 Гц, с периодом импульсов от 4,3 мкс до 72 мкс, при амплитуде тока положительной полярности во время импульса от + 20 до 120 А и его длительности 0,2 до 1,4 мкс, при амплитуде тока отрицательной полярности во время импульса от 25 до 40 % от используемой амплитуды тока положительной полярности, и его длительности 0,1 до 0,6 мкс, при прямоугольной или трапецеидальной форме выходных импульсов тока и длительности пауз между импульсами от 4 мкс до 70 мкс. В качестве материала гранул-анионитов используют ионообменные смолы, полученные на основе сополимеризации либо полистирола, либо полиакрилата и дивинилбензола с размерами гранул выбранных из диапазона от 0,1 до 0,2 мм, в зависимости от поперечного сечения перфорационных отверстий 16.

При обработке в рабочей камере 2. Шнековым транспортером 10 подают направленный сплошной поток гранул 11, лопатку 4 размещают входным отверстием во внутреннюю полость к потоку гранул 11, совмещая продольную ось лопатки 4 с направлением потока гранул 11, обеспечивая нагнетание гранул 11 во внутреннюю полость 18 лопатки 11. При этом лопатку 4 с электродами 15 вращают относительно ее продольной оси. Электрод 17, может быть выполнен в виде сетчатого цилиндра, охватывающего область обработки лопатки 4.

В качестве лопатки турбомашины может обрабатываться лопатка 4, выполненная из никелевого сплава. При этом в качестве электролитов для пропитки гранул-анионитов 11 можно использовать один из следующих водных растворов: водный раствор соли фторида аммония концентрацией 6 - 9,0 г/литр, или водный раствор сульфата аммония с концентрацией 0,8…3,4 или водный раствор, содержащий серную и ортофосфорную кислоты, блок-сополимер окисей этилена и пропилена и натриевую соль сульфированного бутилолеата при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Серная кислота 10-30 Ортофосфорная кислота 40-80 Блок-сополимер окисей этилена и пропилена 0,05-1,1 Натриевая соль сульфированного бутилолеата 0,01-0,05 Вода Остальное

Установка для обработки перфорационных отверстий полых лопаток турбомашины состоит из следующих основных зон и элементов: рабочая камера 4 (зона обработки лопаток), зона транспортировки отработанных гранул-анионитов 5, зона корректировки и восстановления гранул-анионитов 6, контейнер с заправленными гранулами-анионитами 8. Установка может быть выполнена по следующим вариантам: по замкнутому циклу работы (фиг.1a) или разомкнутому циклу работы (фиг.1a). Установка по замкнутому циклу работы соединяет все зоны в единый круговой цикл, когда обработанные гранулы восстанавливаются и вновь подаются в зону обработки лопаток 4. По разомкнутому циклу работы (фиг.1b) отработанные гранулы собираются в контейнер-приемник и подлежат либо восстановлению, либо утилизации. Привод вращения 13 шнека (не показан) может располагаться на закрытом торце шнекового транспортера 10.

Вибрация гранул-анионитов 11 позволяет обеспечить равномерное воздействие на всю обрабатываемую поверхность лопатки и тем самым повысить ее качество и однородность. Кроме того, за счет создания однородных условий для всего объема гранул обеспечивается равномерное протекание электрических процессов, в частности ионного переноса.

При осуществлении способа происходят следующие процессы. При колебании массы гранул-анионитов11 происходят их столкновения с обрабатываемой поверхностью лопатки 4. При этом столкновения между гранул-анионитов 11 происходят также и во всем объеме рабочей камеры 2, создавая таким образом равномерные условия протекания электрических процессов. При этом электрические процессы, например при подключении полярности лопатка-анод, гранулы-катод, между лопаткой 4 (анодом) и гранулами-анионитами 11 (катодом) происходят за счет контакта массы гранул 11 друг с другом и с находящимся под отрицательным потенциалом введенного в массу гранул 11 электродов 15 и 17 (катодов). При столкновениях гранул 11 с микровыступами на обрабатываемой поверхности лопатки 4 происходит ионный унос материала с кромок перфорационных отверстий и микровыступов, в результате чего происходит скругление кромок, выравнивание поверхности, уменьшается ее шероховатость и происходит удаление дефектного слоя от предыдущих операций формирования перфорационных отверстий.

Примеры.

На пере полой охлаждаемой лопатки из жаропрочного никелевого сплава ЖС6У производили формирование 70 перфорационных отверстий диаметром от 1,2 мм до 1,5 мм. Перфорационные отверстия были изготовлены электроэрозионным способом при помощи электрода-инструмента, выполненного в виде гребенки, с диаметром электродов и их расположением, позволяющим произвести прошивку перфорационных отверстий в заданных участках поверхности пера лопатки.

После прошивки всех перфорационных отверстий лопатки помещались в установку для обработки лопаток в среде гранул-анионитов и проводилась обработка внутренней полости лопатки и ее перфорационных отверстий, пропусканием через них гранул-анионитов размерами 0,1 мм. Во внутреннюю полость лопатки вводили электрод, лопатку помещали в поток гранул-анионитов. Для обеспечения попадания гранул во внутреннюю полость и прохождения их через перфорационные отверстия использовали воронку, направленную расширенной частью по направлению к движению потока гранул, а также осуществлялась вращение лопатки вокруг ее продольной оси, возвратно-поступательное движение относительно потока гранул и вибрация лопатки. Процесс обработки проводили при плотности тока 1,6-2,2 А/см². В качестве электролита для пропитки гранул использовался электролит на основе водного раствора хлористого калия и хлористого аммония. Обработка лопаток по предлагаемому способу показала высокую степень однородности снятия дефектного слоя (до 2% разброса по толщине удаляемого слоя).

Исследования, проведенные по удалению дефектного слоя в перфорационных отверстиях в деталях из жаропрочных сплавов показали, что при размерах (диаметрах) гранул более чем 0,2 мм, и меньших, чем 0,05 мм эффект удаления дефектного слоя снижается.

Проведенные исследования по диапазонам режимов обработки лопаток с перфорационными отверстиями показало следующее (за неудовлетворительный результат (Н.Р.) были приняты результаты не позволяющие достигнуть поставленного технического эффекта изобретения, а за удовлетворительный результат (У.Р.) считались параметры процесса обработки, обеспечивающие достижение поставленного технического результата - повышение качества и однородности обработки перфорационных отверстий в полых лопатках турбомашины при повышении производительности обработки)

Вибрация гранул: 40 Гц (Н.Р.), 50 Гц (У.Р.), 125 Гц (У.Р.), 200 Гц (У.Р.), 300 Гц (У.Р.), 400 Гц (У.Р.), 500Гц (Н.Р.).

Размеры гранул-анионитов: частицы диаметром: менее 0,05 мм (Н.Р.), 0,05 мм (У.Р.), 0,1 мм (У.Р.), 0,6мм (У.Р.), 1,4 мм (У.Р.), 2,0 мм (У.Р.), 0, 24 мм (Н.Р.).

Обрабатывались лопатки с перфорационными отверстиями из никелевых сплавов марок ЖС6У, ЖС32. Гранулы, пропитанные электролитом состава: водный раствор соли фторида аммония концентрацией 6 - 9,0 г/литр (5,0 г/литр (Н.Р.), 6,0 г/литр (У.Р.), 7,0 г/литр (У.Р.), 8,0 г/литр (У.Р.), 10,0 г/литр (У.Р.), 12,0 г/литр (Н.Р.)) и при плотности тока 1,5 до 2,1 А/см² (1,3 А/см²(Н.Р.), 1,5 А/см²(У.Р.), 1,6 А/см²(У.Р.), 1,9 А/см²(У.Р.), 2,1 А/см²(У.Р.), 2,3 А/см²(Н.Р.)).

Во всех случаях применялись аниониты - ионообменные смолы полученные на основе сополимеризации либо полистирола, либо полиакрилата и дивинилбензола. Марки использованных в предлагаемом изобретении анионитов на основе синтетических смол: Анионит 17-8ЧС, Анионит PuroliteA520E, LewatitS 6328 A (на основе сополимера стирол-дивинилбензола), «Lewatit М500», «Lewatit MonoPlus MК 51», «Lewatit MonoPlus MP 68 », Purolite C150E, Purolite A-860 (макропористая сильноосновная анионообменная смола основанная на акрилатах), анионит сульфированный сополимер стирол-дивинилбензола. Перечисленные аниониты пропитанные вышеприведенными составами электролитов, показали положительный результат при полировании деталей из никелевых сплавов.

При импульсном режиме со сменой полярности:

- диапазон частот импульсов от 20 до 250 Гц: 15Гц (Н.Р.), 20Гц (У.Р.), 60Гц (У.Р.), 120Гц (У.Р.), 200Гц (У.Р.), 250Гц (У.Р.), 300Гц (Н.Р.)

- период импульсов от 4,3 мкс до 72 мкс,:3,0 мкс (Н.Р.), 4,3 мкс (У.Р.), 20 мкс (У.Р.), 30 мкс (У.Р.), 40 мкс (У.Р.), 72 мкс (У.Р.), 80 мкс (Н.Р.);

- амплитуда тока положительной полярности во время импульса: +15 А(Н.Р.), +20 А (У.Р.), +40 А (У.Р.), +80 А (У.Р.), +100 А (У.Р.), +120 А (У.Р.), +140 А (Н.Р.), и их длительности 0,2 мкс до 1,4 мкс : 0,1 мкс (Н.Р.), 0,2 мкс (У.Р.), 0,6 мкс (У.Р.), 0,8 мкс (У.Р.), 1,4 мкс (У.Р.), 18,0 мкс (Н.Р.);

- при амплитуде тока отрицательной полярности во время импульса - от 25 до 40 % 20 % (Н.Р.), 25 % (У.Р.), 30 % (У.Р.), 35 % (У.Р.), 40 % (У.Р.), 45 % (Н.Р.), и их длительности 0,1 мкс до 0,6 мкс, менее 0,1 мкс (Н.Р.), 0,1 мкс (У.Р.), 0,3 мкс (У.Р.), 0,6 мкс (У.Р.), 0,9 мкс (Н.Р.);

- при прямоугольной форме выходных импульсов тока(У.Р.),

- при трапецеидальной форме выходных импульсов тока (У.Р.),

- и длительности пауз между импульсами от 4мкс до 70 мкс – (У.Р.) выход за пределы диапазона – (Н.Р.).

При режиме без смены полярности: электрополирование гранулами проводили подавая на деталь положительный, а на гранулы отрицательный электрический потенциал от 25 до 35 В: 22 В (Н.Р.), 25 В (У.Р.), 28 В (У.Р.), 30 В (У.Р.), 35 В (У.Р.), 40 В (Н.Р.).

Аналогичная лопатка с перфорациями была обработана по способу-прототипу (патент США №5,306,401) с использованием метода индивидуальной обработки перфорационных отверстий. Металлографические исследования перфорационных отверстий на пере лопаток, обработанных по сравниваемым способам, показали, что при обработке по способу-прототипу имелся существенный разброс в обеспечении равномерности удаления дефектного слоя с поверхности перфорационных отверстий (до 16%), в то время как обработка по предлагаемой технологии показала высокую степень однородности снятия дефектного слоя (до 2% разброса по толщине удаляемого слоя). Повышение производительности обработки определялось количеством одновременно обрабатываемых отверстий. В прототипе на обработку одного отверстия затрачивалось около 12 минут, в то время как по предлагаемому способу обработка всех 70 перфорационных отверстий в лопатке осуществлялась за 42 минуты (т.е. 0,6 минут на одно перфорационное отверстие). Очевидно, что производительность процесса обработки повышается при увеличении количества перфорационных отверстий на лопатке. В данном конкретном случае повышение производительности обработки составило в 20 раз больше по сравнению со способом-прототипом.

Таким образом, предложенный способ изготовления перфорационных отверстий на полой лопатке турбины из жаропрочного сплава позволяет повысить производительность, качество и однородность обработки внутренних поверхностей перфорационных отверстий на пере лопатки.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для обработки сухого электрохимического полирования перфорационных отверстий в полых лопатках турбомашин. Способ включает размещение в полости лопатки электрода, помещение лопатки в среду гранул, выполненных из анионитов, пропитанных раствором электролита и имеющих размеры, не превышающие минимальный размер поперечного сечения наименьшего из перфорационных отверстий. Подают на электрод и лопатку противоположный по знаку электрический потенциал и проводят обработку кромок перфорационных отверстий лопатки путем пропускания электрического тока через гранулы. При обработке приводят гранулы в вибрационное движение частотой 50-400 Гц, при этом осуществляют перемещение гранул через полость лопатки и ее перфорационные отверстия и проводят снятие дефектного слоя с внутренней поверхности перфорационных отверстий и скругление их кромок. Изобретение обеспечивает повышение качества и однородности обработки перфорационных отверстий в полых лопатках турбомашины, а также высокую производительность их обработки за счет интенсификации процесса и обеспечения равномерного взаимодействия обрабатывающей среды с поверхностями лопатки. 3 н. и 7 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 пр.

1. Способ обработки перфорационных отверстий в полых лопатках турбомашины, включающий помещение в электропроводящую среду по крайней мере одного электрода и лопатки, электроизолированных друг от друга, подачу на электрод и лопатку противоположного по знаку электрического потенциала и обработку кромок перфорационных отверстий лопатки путем пропускания электрического тока через упомянутую электропроводящую среду, отличающийся тем, что используют по крайней мере один внутренний электрод, который размещают во внутренней полости лопатки, и используют по крайней мере один внешний электрод, который размещают с внешней стороны лопатки, а в качестве электропроводящей среды используют гранулы, выполненные из анионитов, пропитанных раствором электролита, обеспечивающего электропроводность упомянутых гранул и ионный унос металла с удалением микровыступов с обрабатываемой поверхности лопатки, и имеющих размеры, не превышающие минимальный размер поперечного сечения наименьшего из перфорационных отверстий, осуществляют контакт обрабатываемой поверхности лопатки с упомянутыми гранулами, причем при обеспечении контакта между упомянутыми гранулами их приводят в вибрационное движение частотой 50-400 Гц, обеспечивающее равномерное омывание гранулами обрабатываемой поверхности лопатки, осуществляют перемещение гранул через полость лопатки и ее перфорационные отверстия и проводят снятие дефектного слоя с внутренней поверхности перфорационных отверстий, скругление кромок перфорационных отверстий до заданной величины и электрополирование до получения заданной шероховатости обрабатываемых поверхностей лопатки.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве анионитов упомянутых гранул используют ионообменные смолы, полученные на основе сополимеризации полистирола или полиакрилата и дивинилбензола, причем размеры гранул выбирают из диапазона от 0,05 до 0,2 мм, а обработку гранулами проводят подавая на лопатку положительный, а на гранулы отрицательный электрический потенциал от 25 до 35 В.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве анионитов упомянутых гранул используют ионообменные смолы, полученные на основе сополимеризации полистирола или полиакрилата и дивинилбензола, причем размеры гранул выбирают из диапазона от 0,05 до 0,2 мм, а обработку гранулами проводят в импульсном режиме со сменой полярности, при диапазоне частот импульсов от 20 до 250 Гц, период импульсов от 4,3 до 72 мкс, при амплитуде тока положительной полярности во время импульса от + 20 до 120 А и его длительности 0,2 до 1,4 мкс, при амплитуде тока отрицательной полярности во время импульса от 25 до 40% от используемой амплитуды тока положительной полярности, и его длительности 0,1 до 0,6 мкс, при прямоугольной или трапецеидальной форме выходных импульсов тока и длительности пауз между импульсами от 4 до 70 мкс.

4. Способ по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что в качестве лопатки турбомашины используют лопатку, выполненную из никелевого сплава, а в качестве электролитов для пропитки упомянутых гранул из анионитов используют один из следующих водных растворов: водный раствор соли фторида аммония концентрацией 6-9,0 г/л, или водный раствор сульфата аммония с концентрацией 0,8-3,4, или водный раствор, содержащий серную и ортофосфорную кислоты, блок-сополимер окисей этилена и пропилена и натриевую соль сульфированного бутилолеата при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Серная кислота 10-30 Ортофосфорная кислота 40-80 Блок-сополимер окисей этилена и пропилена 0,05-1,1 Натриевая соль сульфированного бутилолеата 0,01-0,05 Вода остальное

5. Способ по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что подают направленный сплошной поток гранул, а лопатку размещают входным отверстием во внутреннюю полость к потоку гранул, совмещая продольную ось лопатки с направлением потока гранул, обеспечивая нагнетание гранул во внутреннюю полость лопатки, причем лопатку с электродами вращают относительно ее продольной оси.

6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что после скругления кромок перфорационных отверстий внутренние электроды извлекают из полости лопатки, лопатку размещают поперек потока гранул и, продолжая вращать ее относительно продольной оси, проводят полирование поверхности пера лопатки.

7. Установка для обработки перфорационных отверстий полых лопаток турбомашины, отличающаяся тем, что она содержит непрерывный кольцевой транспортер, выполненный с возможностью непрерывного перемещения гранул-анионитов, расположенные по ходу транспортера зону обработки лопаток и зону коррекции гранул-анионитов, причем в зоне обработки расположен по крайней мере один держатель обрабатываемой лопатки, выполненный с возможностью вращения лопатки относительно ее продольной и поперечной оси и обеспечения ей возвратно-поступательного движения и вибрации в среде гранул-анионитов, снабженный внутренними и наружными электродами для обработки лопатки, имеющими электроизоляцию от обрабатываемой лопатки при их контакте и обработке кромок перфорационных отверстий лопатки путем пропускания электрического тока через гранулы-аниониты, и содержит источники питания и токоподводы, выполненные с возможностью обеспечения подачи на электрод и лопатку противоположного по знаку электрического потенциала, и устройство для нагнетания гранул-анионитов во внутреннюю полость обрабатываемой лопатки и пропускания гранул-анионитов через перфорационные отверстия в лопатке, а в зоне коррекции гранул-анионитов расположены датчики температуры, скорости перемещения гранул-анионитов, влажности, химического состава и количества содержания электролита в гранулах-анионитах, и датчики степени отработанности гранул-анионитов, причем упомянутые датчики соединены с системой управления корректировки электролита, выполненной с возможностью корректировки гранул-анионитов до их рабочего состояния с помощью расположенных по ходу транспортера сепаратора для отделения и удаления отработанных гранул-анионитов, бункера-питателя с гранулами-анионитами, емкости с электролитом, емкости с дистиллированной водой и источниками электрического питания.

8. Установка по п. 7, отличающаяся тем, что она в качестве непрерывного транспортера содержит транспортер шнекового типа с щеточным винтовым элементом, или транспортер в виде замкнутой трубы с нагнетателями шнекового типа, расположенными в промежутках между держателями лопаток, или пневмотранспортер, а в качестве устройства для нагнетания гранул-анионитов во внутреннюю полость обрабатываемой лопатки использована воронка, расширенная часть которой ориентирована в сторону набегающего потока гранул-анионитов, а суженная часть вставлена во входное отверстие внутренней полости лопатки.

9. Установка по п. 7, отличающаяся тем, что она в качестве источников электрического питания содержит источники питания, работающие при постоянном токе, обеспечивающие подачу на обрабатываемую лопатку положительного, а на гранулы отрицательного электрического потенциала от 25 до 35 В, или в импульсном режиме со сменой полярности во время импульса от 20 до 120 А и его длительности 0,2 до 1,4 мкс, при амплитуде тока отрицательной полярности во время импульса от 25 до 40% от используемой амплитуды тока положительной полярности и его длительности 0,1 до 0,6 мкс, при прямоугольной или трапецеидальной форме выходных импульсов тока и длительности пауз между импульсами от 4 до 70 мкс.

10. Установка для обработки перфорационных отверстий полых лопаток турбомашины, отличающаяся тем, что она содержит последовательно соединенные друг за другом: контейнер для заряженных гранул-анионитов, пропитанных электролитом, транспортирующий подводящий модуль, рабочую камеру обработки лопаток, транспортирующий отводящий модуль, контейнер для отработанных гранул-анионитов, причем рабочая камера снабжена по крайней мере одним держателем обрабатываемой лопатки, выполненным с возможностью вращения лопатки относительно ее продольной и поперечной оси и обеспечения ей возвратно-поступательного движения и вибрации в среде гранул-анионитов, снабженным внутренними и наружными электродами для обработки лопатки, имеющими электроизоляцию от обрабатываемой лопатки при их контакте и обработке кромок перфорационных отверстий лопатки путем пропускания электрического тока через гранулы-аниониты, и содержит источники питания и токоподводы, обеспечивающие подачу на электрод и лопатку противоположного по знаку электрического потенциала, и устройство для нагнетания гранул-анионитов во внутреннюю полость обрабатываемой лопатки и пропускание гранул-анионитов через перфорационные отверстия в лопатке, а в качестве транспортирующего подводящего модуля она содержит транспортер шнекового типа с щеточным винтовым элементом или пневмотранспортер.