Способ сухого электрополирования лопатки турбомашины Российский патент 2022 года по МПК C25F3/16 

Изобретение относится к технологии электрополирования поверхности лопаток турбомашин и может быть использовано для обработки лопаток блисков и лопаток в составе секторов для повышения их эксплуатационных характеристик.

С повышением шероховатости поверхности ответственных металлических деталей, работающих в условиях воздействия значительных знакопеременных нагрузок, например валов, лопаток газовых турбин и т.п., резко снижаются их эксплуатационные характеристики. Качество обработки поверхности пера лопаток существенно влияет на их прочностные характеристики, так например, повышение класса чистоты поверхности способствует увеличению предела выносливости и статической прочности лопаток (В.Ф. Макаров, Е.Н. Бычина, А.О. Чуян. Математическое моделирование процесса полирования лопаток газотурбинных двигателей // Авиационно-космическая техника и технология. №8 (85), 2011, с. 11-14). Развитая шероховатость поверхности лопаток газовых турбин приводит к ухудшению газодинамической устойчивости газотурбинного двигателя (ГТД), к возрастанию аэродинамических потерь, приводящих к снижению КПД, к потере мощности, росту удельных расходов и к снижению экономичности двигателя или газотурбинной установки.

В то же время производство и ремонт лопаток газотурбинных двигателей (ГТД) и установок (ГТУ), в связи с высокими требованиями к качеству поверхности (Ra≤0,32…0,16 мкм), характеризуется значительной трудоемкостью их финишной обработки. Это вызывает проблемы при механической обработке поверхностей деталей турбомашин. В этой связи развитие способов получения высококачественных поверхностей деталей турбомашин является весьма актуальной задачей.

Известен способ полирования поверхности детали кругом, при котором детали (лопатке турбины) сообщают возвратно-поступательное перемещение относительно инструмента (А.С. СССР №1732604. МПК B24B 19/14. Способ полирования пера лопаток ГТД лепестковым кругом. Опубл. Бюл. № 1, 2014 г.), в котором полирование производят с деформацией лепесткового круга.

Известен также способ обработки, позволяющий полировать криволинейную кромку пера лопаток газовой турбины заправленным по радиусу полировальным кругом, движущимся вдоль пера лопатки (Патент РФ №2379170. МПК B24B 19/14. Способ обработки лопаток газотурбинных двигателей. Опубл. 2010 г.).

Однако применение в известных способах полирования поверхности детали механического воздействия вызывает ухудшение параметров качества поверхностного слоя материалов, что приводит к снижению ее эксплуатационных характеристик, особенно в случаях обработки таких деталей как лопатки турбины с тонким пером.

Наиболее перспективными методами обработки деталей сложной формы, в частности лопаток турбомашин являются электрохимические методы полирования поверхностей [Грилихес С.Я. Электрохимическое и химическое полирование: Теория и практика. Влияние на свойства металлов. Л., Машиностроение, 1987], при этом наибольший интерес для рассматриваемой области представляют методы электролитно-плазменного полирования (ЭПП) деталей [например, Патент ГДР (DD) №238074 (А1), МПК C25F 3/16, опубл. 06.08.1986].

Известен также способ полирования металлических поверхностей, включающий анодную обработку в электролите [Патент РБ №1132, МПК C25F 3/16, опубл. 1996, БИ №3], а также способ электрохимического полирования [Патент США №5028304, МПК B23H 3/08, C25F 3/16, C25F 5/00, опубл. 02.07.1991].

Однако известные способы электрополирования не позволяют производить однородную обработку поверхности детали из металлического сплава, особенно деталей сложной формы.

Известен также способ полирования металлической детали, заключающийся в заполнении электропроводящими гранулами рабочего контейнера, выполненного из электропроводного материала, закрепление детали на держателе, погружении детали в электропроводящие гранулы, заполняющие контейнер, подключении детали к аноду, а контейнера к катоду [ WO 2017186992 - |Method for smoothing and polishing metals via ion transport by means of free solid bodies, and solid bodies for carrying out said method. Опубл. 2017.11.02].

Однако известный способ [WO 2017186992] обладает низкой надежностью и не может быть использован для обработки поверхности ответственных деталей, таких как лопатки турбомашин, поскольку происходит хаотичное взаимодействие поверхности с гранулами, что приводит к неоднородной обработки поверхности, приводящих к снижению эксплуатационных характеристик обработанных деталей.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа является способ сухого электрополирования лопатки турбомашины, включающий установку обрабатываемого пера лопатки в электрод, охватывающий упомянутое перо лопатки с зазором, заполненным гранулами из анионитов, содержащих электролит, обеспечение контакта упомянутых гранул со всей обрабатываемой поверхностью упомянутого пера и с упомянутым охватывающим электродом, перемещение упомянутых гранул в упомянутом зазоре относительно поверхности упомянутого пера, подачу противоположного по знаку электрического потенциала на лопатку и охватывающий электрод, обеспечивающего ионный унос металла с поверхности пера лопатки [Патент РФ №2731705 МПК C25F 3/16. Способ электрополирования металлической детали. Опубл 08.09.2020 г]

Однако известный способ-прототип [Патент РФ №2731705] обладает недостаточной надежностью обработки лопаток турбомашин, из-за неравномерного уноса материала пера лопатки с различных участков его поверхности (торца, входной и выходной кромок), приводящих к снижению эксплуатационных характеристик обработанных лопаток турбомашин.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение качества и надежности обработки пера лопатки турбомашины.

Техническим результатом изобретения является повышение качества и надежности обработки поверхности пера лопатки за счет повышения однородности обработки ее поверхности и обеспечения заданной геометрии пера лопатки.

Технический результат достигается за счет того, что в способе сухого электрополирования лопатки турбомашины, включающем установку обрабатываемого пера лопатки в электрод, охватывающий упомянутое перо лопатки с зазором, заполненным гранулами из анионитов, содержащих электролит, обеспечение контакта упомянутых гранул со всей обрабатываемой поверхностью упомянутого пера и с упомянутым охватывающим электродом, перемещение упомянутых гранул в упомянутом зазоре относительно поверхности упомянутого пера, подачу противоположного по знаку электрического потенциала на лопатку и охватывающий электрод, обеспечивающего ионный унос металла с поверхности пера лопатки, в отличие от прототипа используют составной охватывающий электрод, состоящий из электрода эквидистантного форме спинки пера лопатки, располагая его со стороны спинки и из электрода эквидистантного форме корыта пера лопатки, располагая его со стороны спинки

Кроме того, возможны следующие дополнительные приемы выполнения способа: обеспечивают продольные вибрационные движения лопатки относительно ее продольной оси и поперечные вибрационные движения электродов спинки и корыта в поперечном направлении, относительно продольной оси лопатки; продольное вибрационное движение лопатки осуществляют без касания с упомянутыми электродами с частотой от 30 до 200 Гц, амплитудой от 0,1 до 2 мм, а поперечные вибрационные движения упомянутых электродов осуществляют без касания с лопаткой с частотой от 50 до 100 Гц с амплитудой от 1 до 5 мм; в качестве упомянутых гранул используют гранулы из ионообменных смол, полученных на основе сополимеризации либо полистирола, либо полиакрилата и дивинилбензола размерами в диапазоне от 0,1 мм до 0,6 мм; полирование пера лопатки проводят подавая на нее положительный, а на упомянутый охватывающий электрод отрицательный электрический потенциал, в диапазоне от 12 В до 35 В или в импульсном режиме со сменой полярности, при диапазоне частот импульсов от 20 Гц до 250 Гц, периоде импульсов от 4,3 мкс до 72 мкс, при амплитуде тока положительной полярности во время импульса от + 20 А до 120 А и его длительности 0,2 мкс 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 мкс до 0,6 мкс, при прямоугольной или трапецеидальной форме выходных импульсов тока и длительности пауз между импульсами от 4 мкс до 70 мкс; поперечные вибрационные движения электродов осуществляют синхронно; используют лопатку турбомашины, выполненную из легированной стали, а в качестве электролита для пропитки упомянутых гранул используют один из следующих водных растворов: или NH₄F с концентрацией от 6 до 24 г/л, или NaF с концентрацией от 4 до 18 г/л, или KF с концентрацией от 35 до 55 г/л, или смеси NH₄F и KF при содержании NH₄F от 5 до 15 г/л и KF от 30 до 50 г/л, или смеси NaF и KF при содержании NaF от 3 до 14 г/л и KF от 35 до 60 г/л, или смеси NH₄F и NaF при содержании NH₄F от 4 до 12 г/л и NaF от 35 до 55 г/л, или смеси NH₄F, KF и NaF при содержании NH₄F от 3 до 9 г/л, KF от 20 до 30 г/л и NaF от 10 до 25 г/л, или смеси NH₄F и HF при содержании NH₄F от 5 до 15 г/л и HF от 3 до 5 г/л, или от 8 до 14% водном растворе NaNO₃, или в электролите состава, мас. %: (NH₄)₂SO₄ - 5; Трилон Б - 0,8 или 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;

используют лопатку турбомашины, выполненную из титанового сплава, а в качестве электролита для пропитки упомянутых гранул используют один из следующих водных растворов: или водный раствор смеси NH₄F и KF при содержании NH₄F от 8 до 14 г/л и KF от 36 до 48 г/л, или водный раствор с содержанием 30-50 г/л KF·2H₂O и 2-5 г/л CrO₃; используют лопатку турбомашины, выполненную из никелевого сплава, а в качестве электролита для пропитки упомянутых гранул используют один из следующих водных растворов: водный раствор содержащий от 900 г/л до 1200 г/л H₂SO₄, или водного раствора с содержанием в масс. % : от 30% до 40% H₃PO₄, от 30% до 40% H₂SO₄ или в водном растворе состава: от 1500 г до 1800 г/л H₂SO₄, от 28 г/л до 34 г/л CrO₃ или в водном растворе состава: от 580 г/л до 720 г/л H₃PO₄, от 900 г/л до 1300 г/л H₂SO₄, от 14 г/л до 22 г/л C₆H₈O₇; используют лопатку турбомашины, выполненную из кобальтового сплава, а в качестве электролита для пропитки упомянутых гранул используют один из следующих водных растворов: водный раствор содержащий в масс. % : от 64% до 70 % H₂SO₄ или водный раствор содержащий в масс. %: от 64% до 70 % H₂SO₄ , от 0,2% до 0, 4% C₆H₅N₃ или водный раствор, содержащий в масс. %: от 18% до 34% CoCl₂, или водный раствор, содержащий в масс. %: от 44% до 56% H₃PO₄.

Сущность изобретения поясняется чертежами. На фигуре. 1 показана схема обработки пера лопатки охватывающими электродами. На фигуре 2 изображена схема обработки пера лопатки при поперечной вибрации электродов. На фигуре 3 - схема расположения электродов относительно пера лопатки. На фигуре 4 - изображена лопатка, расположенная в охватывающем электроде. Фигуры с 1 по 4 содержат: 1 - перо лопатки (лопатка), 2 - электрод спинки пера лопатки, 3 - электрод корыта пера лопатки, 4 - гранулы, 5 - источник электрического питания, 6 - раструб, (полыми красными стрелками обозначено направление движения гранул, сплошными стрелками - направление вибрационных движений электродов).

Заявляемый способ сухого электрополирования пера лопатки турбомашины в процессе его изготовления или восстановительного ремонта осуществляется следующим образом.

Закрепляют обрабатываемую лопатку в держателе с прижимным устройством (фиг. 3) и размещают перо лопатки 1 между двумя половинками охватывающего электрода - электродом спинки 2 и электродом корыта 3 (фиг. 1, фиг. 2) таким образом, чтобы электроды 2 и 3 и обрабатываемая лопатка (перо лопатки) 1 не касались друг друга. При этом, между электродами 2 и 3 и пером лопатки 1 оставляют зазор, обеспечивающий свободное перемещение в нем гранул 4. Гранулы 4 одновременно контактируют с электродами 2 и 3 и лопаткой 1. Направляют гранулы 4 в зазоры, образованные поверхностью пера лопатки 1 и электродами 2 и 3. Включают привод механизма, обеспечивающего подачу гранул 4 и их постоянное перемещение в зазоре между пером лопатки 1 и электродами 2 и 3 (например, перемещая лопатку с электродами 2 и 3 в среде гранул, обеспечивая их захват раструбом 6) (фиг. 1 и фиг.2). При полировании пера лопатки 1 используют составной электрод, состоящий из двух половинок: из электрода 2 эквидистантного по форме спинке пера лопатки 1 и из электрода 3 эквидистантного по форме корыту пера лопатки 1. Гранулы 4 перемещают в направлении от входной кромки пера 1 лопатки до выходной кромки пера 1 лопатки. При этом, для интенсификации процесса полирования пера 1 и обеспечения однородности его обработки производят поперечные относительно продольной оси пера лопатки 1 вибрационные движения электродов 2 и 3. При обработке пера 1 можно осуществлять как асинхронные, так и синхронные вибрационные движения электродов 2 и 3 (фиг. 1 и фиг.2). Кроме того, можно дополнительно производить вибрационные движения пера лопатки 1 относительно электродов 2 и 3 в направлении продольной оси лопатки 1.

При обработке нескольких лопаток 1 одновременно или обработке лопаток в составе сектора или моноколеса, лопатки размещают в пакет с индивидуальными электродами 2 и 3 для каждой лопатки и закрепляют держателем с прижимным устройством (не показано). При этом, в гранулах 4 поддерживается требуемый уровень содержания электролита. В процессе полирования на обрабатываемую лопатку 1 и электроды 2 и 3 подают электрический потенциал. Гранулы 4, перемещаясь в зазоре между пером лопатки 1 и электродами 2 и 3 производит полирование поверхности пера лопатки 1 за счет ионного уноса материала с микровыступов пера лопатки 1 (фиг.3, фиг.4). Полирование производят до получения заданной шероховатости поверхности пера лопатки 1 и радиусов закругления его входной и выходной кромок. Перемещение гранул 4 может осуществляться как в одном, так и в нескольких направлениях (от входной к выходной кромки пера, от выходной к входной кромки пера, вдаль продольной оси лопатки и др.).

Продольное вибрационное движение лопатки 1 относительно электродов 2 и 3 осуществляют при возвратно-поступательном движении лопатки 1, вдоль ее продольной оси с частотой от 30 до 200 Гц, амплитудой от 0,1 до 2 мм, а поперечные вибрационные движения электродов осуществляют без касания с лопаткой с частотой от 50 до 100 Гц с амплитудой от 1 до 5 мм.

В качестве гранул 4 используют гранулы из ионообменных смол, полученных на основе сополимеризации либо полистирола, либо полиакрилата и дивинилбензола размерами в диапазоне от 0,1 мм до 0,6 мм, а полирование пера лопатки проводят либо подавая на нее положительный, а на охватывающий электрод 2 и 3 отрицательный электрический потенциал, в диапазоне от 12 В до 35 В, либо подавая на нее проводят в импульсном режиме со сменой полярности, при диапазоне частот импульсов от 20 Гц до 250 Гц, периоде импульсов от 4,3 мкс до 72 мкс, при амплитуде тока положительной полярности во время импульса от + 20 А до 120 А и его длительности 0,2 мкс 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 мкс до 0,6 мкс, при прямоугольной или трапецеидальной форме выходных импульсов тока и длительности пауз между импульсами от 4 мкс до 70 мкс.

После окончания обработки готовую лопатку 1 вынимают и складывают в тару для хранения. При этом, в зависимости от конфигурации пера лопатки 1 можно использовать различные варианты внешнего охватывающего электрода 2 и 3 (в виде сплошной изогнутой пластины, пластины с перфорациями, сетки и т.п.) и величины зазора.

Электрополирование пера лопатки 1 (фиг. 1, фиг. 2) проводят посредством протекания электрохимических процессов (ионного уноса материала детали 1) между деталью 1 и внешним электродом 2 и 3 через гранулы 4, выполненные из ионитов (анионитов), пропитанных раствором электролита, обеспечивающего их электропроводность и ионный унос металла с поверхности пера лопатки 1 с удалением с нее микровыступов.

Устанавливают составной охватывающий электрод 2 и 3 вокруг пера лопатки 1, обеспечивают контакт всей полируемой поверхности пера лопатки 1 с гранулами 4, а также гранул с электродом 2 и 3, приводят гранулы 4 в движение, перемещая их при вибрации через зазор, подают на лопатку 1 и электрод 2 и 3 электрический потенциал, обеспечивающий ионный унос металла при протекании электрического тока через гранулы 4 с поверхности пера лопатки 1 и его полирование до получения заданной шероховатости полируемой поверхности.

При полировании лопатки турбомашины, выполненной из легированной стали, в качестве электролитов для пропитки гранул из анионитов используют один из следующих водных растворов: или NH₄F, концентрацией от 6 до 24 г/л, или NaF, концентрацией от 4 до 18 г/л, или KF концентрацией от 35 до 55 г/л, или смеси NH₄F и KF при содержании NH₄F - от 5 до 15 г/л и KF - от 30 до 50 г/л, или смеси NaF и KF при содержании NaF - от 3 до 14 г/л и KF - от 35 до 60 г/л, или смеси NH₄F и NaF при содержании NH₄F - от 4 до 12 г/л и KF - от 35 до 55 г/л, или смеси NH₄F, NaF и KF при содержании NH₄F - от 3 до 9 г/л и KF - от 20 до 30 г/л, и NaF - от 10 до 25 г/л, или смеси NH₄F и HF при содержании NH₄F - от 5 до 15 г/л и HF - от 3 до 5 г/л, или от 8 до 14% водном растворе NaNO₃, или в электролитах составов, мас. %: (NH₄)₂SO₄ - 5; Трилон Б - 0,8, или содержащий серную и орто-фосфорную кислоты, блок-сополимер окисей этилена и пропилена и натриевую соль сульфированного бутилолеата при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Серная кислота - 10-30

Орто-фосфорная кислота - 40-80

Блок-сополимер окисей этилена и пропилена - 0,05-1,1

Натриевая соль сульфированного бутилолеата - 0,01-0,05

Вода - Остальное.

При полировании лопатки турбомашины, выполненной из титанового сплава, в качестве электролитов для пропитки гранул из анионитов используют один из следующих водных растворов: или водный раствор смеси NH₄F и KF при содержании NH₄F - от 8 до 14 г/л и KF - от 36 до 48 г/л, или водного раствора с содержанием 30-50 г/л KF⋅2H₂O и 2-5 г/л CrO₃.

При полировании лопатки турбомашины, выполненной из никелевого сплава, в качестве электролитов для пропитки гранул используют один из следующих водных растворов: водный раствор, содержащий от 900 г/л до 1200 г/л H₂SO₄, или водного раствора с содержанием в масс. % : от 30% до 40% H₃PO₄, от 30% до 40% H₂SO₄ или в водном растворе состава: от 1500 г до 1800 г/л H₂SO₄, от 28 г/л до 34 г/л CrO₃ или в водном растворе состава: от 580 г/л до 720 г/л H₃PO₄, от 900 г/л до 1300 г/л H₂SO₄, от 14 г/л до 22 г/л C₆H₈O_7.

При полировании лопатки турбомашины выполненной из кобальтового сплава, а в качестве электролита для пропитки гранул используют один из следующих водных растворов: водный раствор, содержащий в масс. % : от 64% до 70 % H₂SO₄ или водный раствор, содержащий в масс. %: от 64% до 70 % H₂SO₄ , от 0,2% до 0, 4% C₆H₅N₃ или водный раствор, содержащий в масс. %: от 18% до 34% CoCl₂ или водный раствор, содержащий в масс. %: от 44% до 56% H₃PO₄.

Полирование по предлагаемому способу можно производить для лопаток из указанных сталей и сплавов, изготовленных различными методами, в том числе и по 3-D технологии.

Принудительное перемещение гранул через зазор позволяет осуществлять равномерный контакт, а следовательно и равномерное снятие материала лопатки, в то время как, использование гранул, как это осуществляется в известном техническом решении [WO 2017186992], приводит к образованию неоднородному снятию материала лопатки, в результате чего происходит нарушение геометрии пера лопатки. По сравнению с известным техническим решением [WO 2017186992] и способом-прототипом [Патент РФ №2731705] предлагаемый способ позволяет повысить качество и надежностью обработки, в частности за счет сохранения геометрии кромок верхнего торца пера лопатки, за счет однородного воздействия гранул на обрабатываемую поверхность пера лопатки.

При осуществлении способа происходят следующие процессы. При движении гранул 4 в зазоре между пером 1 и электродами 2 и 3 происходят их одновременный контакт с обрабатываемой поверхностью пера 1 и электродами 2 и 3, создавая равномерные условия протекания электрохимических процессов на всей обрабатываемой поверхности. При этом электрохимические процессы (ионный унос материала с обрабатываемой поверхности) между лопаткой 1 (анодом) и электродами 2 и 3 (катодом), через гранулы 4 происходят за счет контакта гранул 4 с находящимся под отрицательным потенциалом электродами 2 и 3(катодом). При контакте гранул 4 с микровыступами на обрабатываемой поверхности пера лопатки 1 происходит ионный унос массы с микровыступов, в результате чего происходит выравнивание поверхности, уменьшается ее шероховатость и происходит полирование поверхности. При пропитке гранул электролитом степень их насыщения обеспечивает ионный унос материала обрабатываемой детали, а сам электролит непосредственно не контактирует с поверхностью детали, в результате чего такой процесс получил наименование «сухого электрополирования».

Были проведены также следующие исследования по полированию деталей (лопаток турбомашин) из легированных сталей, титановых, никелевых и кобальтовых сплавов. Неудовлетворительным результатом (Н.Р.) считался результат, при котором на полируемой поверхности не наблюдался эффект полирования и/или происходило недопустимое изменение геометрии пера лопатки. При отсутствии указанных дефектов на поверхности пера результат признавался удовлетворительным (У.Р.)

Во всех случаях, следующие режимы обработки деталей оказались универсальными.

Гранулы, выполненные из анионитов и пропитанными раствором электролита размерами от 0,1 до 0,4 мм (0,05 мм (Н.Р.), 0,1 мм (У.Р.), 0,2 мм (У.Р.), 0,4 мм (У.Р.), 0,6 мм (Н.Р.)).

Применяемые 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 Purolite A520E, Lewatit S 6328 A (на основе сополимера стирол-дивинилбензола), «Lewatit М500», «Lewatit MonoPlus MK 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 лопаток из легированных сталей, титановых, никелевых и кобальтовых сплавов.

При обработке использовались следующие вибрационные движения:

- продольные вибрационные движения лопатки относительно ее продольной оси с частотой: 20 Гц (Н.Р.), 30 Гц (У.Р.), 50Гц (У.Р.), 150 Гц (У.Р.), 200 Гц (У.Р.), 250 Гц (Н.Р.) и амплитудой: 0,5 мм - Н.Р), 1,0 мм - (У.Р.) , 2,0мм - (У.Р.), 3,0 мм - (Н.Р.).

- поперечные (относительно продольной оси лопатки) вибрационные движения электродов с частотой: 40 Гц (Н.Р.), 50 Гц (У.Р.), 100 Гц (У.Р.), 150 Гц (Н.Р.), и амплитудой 0,5 мм - (Н.Р.), 1,0 мм - (У.Р.), 2,0 мм - (У.Р.), 3,0 мм - (У.Р.), 4,0 мм - (У.Р.), 5,0 мм - (У.Р.), 6,0 мм - (Н.Р.).

При импульсном режиме со сменой полярности:

- диапазон частот импульсов от 20 до 100 Гц: 15Гц (Н.Р.), 20Гц (У.Р.), 40Гц (У.Р.), 60Гц (У.Р.), 80Гц (У.Р.), 100Гц (У.Р.), 120Гц (Н.Р.)

- период импульсов от 50 мкс до 10 мкс,: 60 мкс (Н.Р.), 50 мкс (У.Р.), 40 мкс (У.Р.), 30 мкс (У.Р.), 20 мкс (У.Р.), 10 мкс (У.Р.), 5 мкс (Н.Р.);

- амплитуда тока положительной полярности во время импульса +50 А и их длительности 0,4 мкс до 0,8 мкс : 0,2 мкс (Н.Р.), 0,4 мкс (У.Р.), 0,6 мкс (У.Р.), 0,8 мкс (У.Р.), 10,0 мкс (Н.Р.);

- при амплитуде тока отрицательной полярности во время импульса - 20 А, и их длительности 0,2 мкс до 0,4 мкс, 0,1 мкс (Н.Р.), 0,2 мкс (У.Р.), 0,3 мкс (У.Р.), 0,4 мкс (У.Р.), 0,5 мкс (Н.Р.);

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

- и длительности пауз между импульсами от 49,6 мкс до 9,2 мкс - (У.Р.) выход за пределы диапазона - (Н.Р.).

При режиме без смены полярности: электрополирование гранулами проводили подавая на деталь положительный, а на электроды 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.),

Первая группа: детали из легированных сталей.

Обработке подвергались детали (образцы и лопатки) из легированных сталей ЭП718-ИД, ВЖ105-ИД, ЭП718-ПД, ВЖ105-ПД.

Условия обработки по предлагаемому способу.

Применяемые электролиты для пропитки гранул, выполненных из анионитов:

1) NH₄F, концентрацией от 6 до 24 г/л (выход за пределы концентраций NH₄F от 6 до 24 г/л дает отрицательный результат);

2) NaF, концентрацией от 4 до 18 г/л, (выход за пределы концентраций от 4 до 18 г/л, дает отрицательный результат);

3) KF концентрацией от 35 до 55 г/л, (выход за пределы концентраций от 35 до 55 г/л, дает отрицательный результат);

4) смеси NH₄F и KF при содержании NH₄F - от 5 до 15 г/л (выход за пределы концентраций NH₄F - от 5 до 15 г/л, дает отрицательный результат) и KF - от 30 до 50 г/л (выход за пределы концентраций KF - от 30 до 50 г/л, дает отрицательный результат),

5) смеси NaF и KF при содержании NaF - от 3 до 14 г/л (выход за пределы концентраций NaF - от 3 до 14 г/л, дает отрицательный результат), и KF - от 35 до 60 г/л (выход за пределы концентраций KF - от 35 до 60 г/л, дает отрицательный результат),

6) смеси NH₄F и NaF при содержании NH₄F - от 4 до 12 г/л (выход за пределы концентраций NH₄F - от 4 до 12 г/л, дает отрицательный результат) и KF - от 35 до 55 г/л (выход за пределы концентраций KF - от 35 до 55 г/л, дает отрицательный результат),

7) смеси NH₄F , NaF и KF при содержании NH₄F - от 3 до 9 г/л (выход за пределы концентраций NH₄F - от 3 до 9 г/л, дает отрицательный результат), и KF - от 20 до 30 г/л, (выход за пределы концентраций KF - от 20 до 30 г/л, дает отрицательный результат), и NaF - от 10 до 25 г/л (выход за пределы концентраций NaF - от 10 до 25 г/л, дает отрицательный результат),

8) смеси NH₄F и HF при содержании NH₄F - от 5 до 15 г/л (выход за пределы концентраций NH₄F - от 5 до 15 г/л, дает отрицательный результат), и HF - от 3 до 5 г/л (выход за пределы концентраций HF от 3 до 5 г/л, дает отрицательный результат),

9) от 8 до 14% водном растворе NaNO₃ (выход за пределы концентраций NaNO₃ от 8 до 14%, дает отрицательный результат).

Вторая группа: детали (образцы и лопатки) из титановых сплавов марок ВТ9, ВТ-1, ВТ3-1, ВТ8. Лопатки обрабатывали гранулами из анионитов, пропитанных электролитом состава водный раствор смеси NH₄F и KF при содержании NH₄F - от 8 до 14 г/л и KF - от 36 до 48 г/л и проводили полирование при плотности тока 1,2 до 1,8 А/см² до достижения минимально возможной шероховатости поверхности.

Условия обработки по предлагаемому способу.

Состав электролита: водный раствор смеси NH₄F и KF при содержании NH₄F (6 г/л - Н.Р., 8 г/л - У.Р., 10 г/л - У.Р., 12 г/л - У.Р., 14 г/л - У.Р., более 14 г/л- Н.Р.) и KF (32 г/л - Н.Р., 36 г/л - У.Р., 42 г/л - У.Р., 45 г/л - У.Р., 48 г/л - У.Р., 52 г/л - Н.Р.)

Третья группа: детали (образцы и лопатки) из никелевых сплавов марок ЖС6У, ЖС32. Лопатки обрабатывали гранулами из анионитов, пропитанными электролитом и проводили полирование при плотности тока 1,5 до 2,1 А/см² до достижения минимально возможной шероховатости поверхности.

Условия обработки по предлагаемому способу.

Гранулы, пропитанные электролитом состава:

- водный раствор, содержащий H₂SO₄ концентрацией: 800 г/л (Н.Р.), 900 г/л (У.Р.), 1000 г/л (У.Р.), 1200 г/л (У.Р.), 1300 г/л (Н.Р.).

- водный раствор, содержащий, в масс. % : 25% H₃PO₄ (Н.Р.), 30% H₃PO₄ (У.Р.), 40% H₃PO₄ (У.Р.), 50% H₃PO₄ (Н.Р.); 25% H₂SO (Н.Р.), 30% H₂SO (У.Р.), 35% H₂SO (У.Р.), 40% H₂SO (У.Р.), 45% H₂SO (Н.Р.).

- водный раствор, содержащий: 1400 г/л H₂SO₄ (Н.Р.), 1500 г/л H₂SO₄ (У.Р.), 1600 г/л H₂SO₄ (У.Р.), 1800 г/л H₂SO₄ (У.Р.), 1900 г/л H₂SO₄ (Н.Р.), 25 г/л CrO₃ (Н.Р.), 28 г/л CrO₃ (У.Р.), 30 г/л CrO₃ (У.Р.), 34 г/л CrO₃ (У.Р.), 38 г/л CrO₃ (У.Р.).

- водный раствор, содержащий: 550 г/л H₃PO₄ (Н.Р.), 580 г/л H₃PO₄ (У.Р.), 640 г/л H₃PO₄ (У.Р.), 700 г/л H₃PO₄ (У.Р.), 720 г/л H₃PO₄ (У.Р.), 750 г/л H₃PO₄ (Н.Р.), 800 г/л H₂SO₄ (Н.Р.), 900 г/л H₂SO₄ (У.Р.), 1000 г/л H₂SO₄ (У.Р.), 1300 г/л H₂SO₄ (У.Р.), 1400 г/л H₂SO₄ (Н.Р.), от 14 г/л до 22 г/л C₆H₈O₇ 12 г/л C₆H₈O₇ (Н.Р.), 14 г/л C₆H₈O₇ (У.Р.), 18 г/л C₆H₈O₇ (У.Р.), 22 г/л C₆H₈O₇ (У.Р.), 26 г/л C₆H₈O₇ (Н.Р.).

Четвертая группа: детали (образцы и лопатки) из кобальтовых сплавов

ХК62М6Л , 48КХВН. Лопатки обрабатывали гранулами из анионитов, пропитанными электролитом и проводили полирование при плотности тока 1,8 до 2,2 А/см² до достижения минимально возможной шероховатости поверхности.

Условия обработки по предлагаемому способу.

Гранулы, пропитанные электролитом состава:

- водный раствор, содержащий в масс. % : 60 % H₂SO₄ (Н.Р.), 64 % H₂SO₄ (У.Р.), 68 % H₂SO₄ (У.Р.), 70 % H₂SO₄ (У.Р.), 74 % H₂SO₄ (Н.Р.).

- водный раствор, содержащий в масс. % : 60 % H₂SO₄ (Н.Р.), 64 % H₂SO₄ (У.Р.), 68 % H₂SO₄ (У.Р.), 70 % H₂SO₄ (У.Р.), 74 % H₂SO₄ (Н.Р.), 0,1% C₆H₅N₃ (Н.Р.), 0, 2% C₆H₅N₃ (У.Р.), 0, 4% C₆H₅N₃ (У.Р.), 0,5% C₆H₅N₃ (Н.Р.).

- водный раствор, содержащий в масс. % : 14% CoCl₂ (Н.Р.), 18% CoCl₂ (У.Р.), 26% CoCl₂ (У.Р.), 30% CoCl₂ (У.Р.), 34% CoCl₂ (У.Р.), 38% CoCl₂ (Н.Р.).

- водный раствор, содержащий в масс. % : от 44% до 56% H₃PO₄. 40% H₃PO₄ (Н.Р.), 44% H₃PO₄ (У.Р.), 48% H₃PO₄ (У.Р.), 56% H₃PO₄ (У.Р.), 62% H₃PO₄ (Н.Р.).

По сравнению с известным способом полирования [Патент РФ №2731705] при обработке пера лопатки из легированных сталей, титановых, никелевых и кобальтовых сплавов по предлагаемому способу образование дефектов в виде неполированных участков поверхности, неоднородной микрогеометрии, недопустимого изменения геометрии пера лопатки практически не наблюдалось, в то время как при обработке по известному способу полирования [Патент РФ №2731705] наблюдалось образование перечисленных дефектов. В среднем, при обработке по способу-прототипу [Патент РФ №2731705] наблюдалось около 34% случаев возникновения дефекта в виде изменения геометрии пера лопатки.

Таким образом, предложенный способ сухого электрополирования пера лопатки турбомашины позволил достигнуть поставленного в изобретении технического результата - повышение качества и надежности обработки поверхности пера лопатки за счет повышения однородности обработки ее поверхности и обеспечения заданной геометрии пера лопатки.

Изобретение относится к технологии электрополирования поверхности лопаток турбомашин. Способ включает установку обрабатываемого пера лопатки в электрод, охватывающий перо лопатки с зазором, заполненным гранулами из анионитов, содержащих электролит, обеспечение контакта гранул со всей обрабатываемой поверхностью пера и с охватывающим электродом, перемещение гранул в зазоре относительно поверхности пера, подачу противоположного по знаку электрического потенциала на лопатку и охватывающий электрод, обеспечивающего ионный унос металла с поверхности пера лопатки. При этом используют составной охватывающий электрод, состоящий из электрода, эквидистантного форме спинки пера лопатки, располагая его со стороны спинки, и из электрода, эквидистантного форме корыта пера лопатки, располагая его со стороны корыта. Технический результат - повышение качества и надежности обработки поверхности пера лопатки за счет повышения однородности обработки ее поверхности и обеспечения заданной геометрии пера лопатки. 8 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ сухого электрополирования лопатки турбомашины, включающий установку обрабатываемого пера лопатки в электрод, охватывающий упомянутое перо лопатки с зазором, заполненным гранулами из анионитов, содержащих электролит, обеспечение контакта упомянутых гранул со всей обрабатываемой поверхностью упомянутого пера и с упомянутым охватывающим электродом, перемещение упомянутых гранул в упомянутом зазоре относительно поверхности упомянутого пера, подачу противоположного по знаку электрического потенциала на лопатку и охватывающий электрод, обеспечивающего ионный унос металла с поверхности пера лопатки, отличающийся тем, что используют составной охватывающий электрод, состоящий из электрода, эквидистантного форме спинки пера лопатки, располагая его со стороны спинки, и из электрода, эквидистантного форме корыта пера лопатки, располагая его со стороны корыта.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что обеспечивают продольные вибрационные движения лопатки относительно ее продольной оси и поперечные вибрационные движения упомянутых электродов спинки и корыта в поперечном направлении относительно продольной оси лопатки, причем продольное вибрационное движение лопатки осуществляют без касания с упомянутыми электродами с частотой от 30 до 200 Гц, амплитудой от 0,1 до 2 мм, а поперечные вибрационные движения упомянутых электродов осуществляют без касания с лопаткой с частотой от 50 до 100 Гц, с амплитудой от 1 до 5 мм, а в качестве упомянутых гранул используют гранулы из ионообменных смол, полученных на основе сополимеризации либо полистирола, либо полиакрилата и дивинилбензола, размерами в диапазоне от 0,1 мм до 0,6 мм, а полирование пера лопатки проводят,  подавая на нее положительный, а на упомянутый охватывающий электрод отрицательный электрический потенциал в диапазоне от 12 В до 35 В.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что поперечные вибрационные движения электродов осуществляют синхронно.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что обеспечивают продольные вибрационные движения лопатки относительно ее продольной оси и поперечные вибрационные движения упомянутых электродов спинки и корыта в поперечном направлении относительно продольной оси лопатки, причем продольное вибрационное движение лопатки осуществляют без касания с упомянутыми электродами с частотой от 30 до 200 Гц, амплитудой от 0,1 до 2 мм, а поперечные вибрационные движения упомянутых электродов осуществляют без касания с лопаткой с частотой от 50 до 100 Гц, с амплитудой от 1 до 5 мм, а в качестве упомянутых гранул используют гранулы из ионообменных смол, полученных на основе сополимеризации либо полистирола, либо полиакрилата и дивинилбензола, размерами в диапазоне от 0,1 мм до 0,6 мм, а полирование пера лопатки проводят в импульсном режиме со сменой полярности при диапазоне частот импульсов от 20 Гц до 250 Гц, периоде импульсов от 4,3 мкс до 72 мкс, при амплитуде тока положительной полярности во время импульса от + 20 А до 120 А и его длительности 0,2 мкс 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 мкс до 0,6 мкс, при прямоугольной или трапецеидальной форме выходных импульсов тока и длительности пауз между импульсами от 4 мкс до 70 мкс.

5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что поперечные вибрационные движения электродов осуществляют синхронно.

6. Способ по любому из пп. 1-5, отличающийся тем, что используют лопатку турбомашины, выполненную из легированной стали, а в качестве электролита для пропитки упомянутых гранул используют один из следующих водных растворов: или NH₄F с концентрацией от 6 до 24 г/л, или NаF с концентрацией от 4 до 18 г/л, или KF с концентрацией от 35 до 55 г/л, или смеси NH₄F и KF при содержании NH₄F от 5 до 15 г/л и KF от 30 до 50 г/л, или смеси NаF и KF при содержании NаF от 3 до 14 г/л и KF от 35 до 60 г/л, или смеси NH₄F и NaF при содержании NH₄F от 4 до 12 г/л и NaF от 35 до 55 г/л, или смеси NH₄F, КF и NaF при содержании NH₄F от 3 до 9 г/л, KF от 20 до 30 г/л и NaF от 10 до 25 г/л, или смеси NH₄F и НF при содержании NH₄F от 5 до 15 г/л и НF от 3 до 5 г/л, или от 8 до 14% водный раствор NaNO₃, или электролит состава, мас.%: (NH₄)₂SO₄ - 5; Трилон Б - 0,8 или 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

7. Способ по любому из пп. 1-5, отличающийся тем, что используют лопатку турбомашины, выполненную из титанового сплава, а в качестве электролита для пропитки упомянутых гранул используют один из следующих водных растворов: или водный раствор смеси NH₄F и KF при содержании NH₄F от 8 до 14 г/л и KF от 36 до 48 г/л, или водный раствор с содержанием 30-50 г/л KF·2H₂O и 2-5 г/л СrO₃.

8. Способ по любому из пп. 1-5, отличающийся тем, что используют лопатку турбомашины, выполненную из никелевого сплава, а в качестве электролита для пропитки упомянутых гранул используют один из следующих водных растворов: или водный раствор, содержащий от 900 г/л до 1200 г/л H₂SO₄, или водный раствор, содержащий в мас.%: от 30% до 40% H₃PO₄, от 30% до 40% H₂SO₄, или водный раствор, содержащий: от 1500 г до 1800 г/л H₂SO₄, от 28 г/л до 34 г/л CrO₃, или водный раствор, содержащий: от 580 г/л до 720 г/л H₃PO₄, от 900 г/л до 1300 г/л H₂SO₄, от 14 г/л до 22 г/л C₆H₈O₇.

9. Способ по любому из пп. 1-5, отличающийся тем, что используют лопатку турбомашины, выполненную из кобальтового сплава, а в качестве электролита для пропитки упомянутых гранул используют один из следующих водных растворов: водный раствор, содержащий в мас.%: от 64% до 70 % H₂SO₄, или водный раствор, содержащий в мас.%: от 64% до 70 % H₂SO₄, от 0,2% до 0, 4% C₆H₅N₃, или водный раствор, содержащий в мас.%: от 18% до 34% CoCl₂, или водный раствор, содержащий в мас.%: от 44% до 56% H₃PO₄.