Штамп для правки профиля крупногабаритной лопатки Российский патент 2024 года по МПК B21J13/02 B21K3/04 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к обработке металлов давлением, и может найти применение при восстановлении геометрии профиля пера крупногабаритных лопаток (например, лопаток вентилятора) после летной эксплуатации при обнаружении загибов входной и выходной кромок крупногабаритных лопаток.

Во время эксплуатации газотурбинных двигателей возможно попадание посторонних предметов на лопатки вентилятора. При плановой проверке эксплуатируемых крупногабаритных лопаток вентилятора обнаруживают дефекты их профильной части по входной, выходной кромкам. Основным допустимым дефектом является локальная деформация кромок в виде загиба или отгиба, которая разрешается в определенных зонах профиля с углом отгиба меньше 60°.

При техническом рассмотрении таких отклонений для принятия решения об их характеристиках по металлургическим дефектам проводились исследования и делались выводы о том, что прочностные характеристики этих лопаток находятся в допустимых пределах для дальнейшей эксплуатации. Но при этом геометрия таких лопаток выходит за пределы размеров, определенных конструкторской документацией, поэтому и возникает необходимость восстановительного ремонта с приведением геометрии готовых лопаток в рамки конструктивного чертежа.

Известен штамп для штамповки лопаток, содержащий верхний штамп с гравюрой корыта лопатки и нижний штампы с гравюрой спинки лопатки, при этом в верхнем и нижнем штампах выполнены сквозные соосные отверстия, в которые установлены направляющие колонки (патент на полезную модель №217701 от 07.03.2023, МПК B21J 13/02, B21K 3/04, опубл. 12.04.2023, Бюл. №11).

Наиболее близким является штамп, содержащий верхнюю половину, нижнюю половину, направляющие колонки, вмонтированные в верхний штамп (Технологическое обеспечение проектирования и производства газотурбинных двигателей, под ред. Б.Н. Леонов. А.С. Новиков, Е.Н. Рыбинский дом печати, 407 С., Рыбинск 2000 г., стр. 159, рис. 9.4).

Недостатками представленных штампов является то, что для ориентации лопатки в штампах на лопатке выполнены специальные базирующие элементы, которые после механической обработке удаляются. При этом на эксплуатируемой лопатке базирующие элементы отсутствуют, то есть отсутствует возможность однозначного базирования эксплуатируемой лопатки в штампе, что может привести к смещению лопатки при деформации и образованию дефектов и отклонению геометрических размеров и ресурсных характеристик.

Техническим результатом, на который направлено изобретение, является восстановление геометрии профиля пера эксплуатируемой крупногабаритной лопатки от допустимых дефектов в виде локальных деформаций, например, отгибов, после эксплуатации с сохранением ресурсных характеристик лопатки и получением высокой точности геометрических размеров профиля пера лопатки, соответствующего конструкторской документации без дополнительного механического воздействия на лопатку.

Технический результат достигается тем, что штамп для правки крупногабаритной лопатки, содержащий верхнюю часть, нижнюю часть, которые выполнены с возможностью соединения и разъединения, и направляющие колонки, вмонтированные в верхнюю часть с возможностью установки в ответные им соосные отверстия, выполненные в нижней части, при этом верхняя часть имеет рабочий ручей, выполненный с формой, соответствующей форме корыта упомянутой лопатки, а нижняя часть имеет рабочий ручей, выполненный с формой, соответствующей форме спинки упомянутой лопатки, в отличие от известного каждый из рабочих ручьев содержит углубление, ширина которого не менее удвоенного максимального расстояния от продольной оси упомянутой лопатки до расположения сечения с максимальной толщиной профиля пера лопатки с учетом припусков, при этом упомянутые углубления выполнены симметрично относительно продольной оси размещаемой в штампе лопатки с возможностью размещения в них базирующего стержня, а со стороны торцов пера лопатки на рабочих ручьях каждой из упомянутых частей симметрично относительно продольной оси размещаемой в штампе лопатки выполнены цилиндрические выемки с возможностью размещения в них бобышек базирующего стержня, причем на нижней части перпендикулярно плоскости разъема штампа со стороны хвостовой части, размещаемой в штампе лопатки около упомянутого углубления и со стороны пера размещаемой в штампе лопатки около цилиндрической выемки установлены базирующие штифты, а на верхней части выполнены глухие отверстия, соответствующие расположению базирующих штифтов с возможностью установки штифтов в эти отверстия, при этом направляющие колонки и ответные им соосные отверстия расположены в четырех угловых зонах по периметру соответственно верхней и нижней частей, верхняя и нижняя части на соответствующих поверхностях содержат Т-образные пазы для фиксации упомянутых частей в деформирующем блоке, верхняя и нижняя части выполнены из жаропрочного материала на основе никеля.

Для устранения перекоса крупногабаритной лопатки в штампе для правки необходимо однозначное определение положения лопатки в штампе. Лопатка является эксплуатируемой деталью, и выполнение дополнительных базирующих элементов на ней не допускается. Также не допускается деформация профиля пера лопатки или отклонение размеров и технических характеристик лопатки от конструкторской документации во время правки в штампе. Чтобы осуществить правку профиля пера лопатки ее устанавливают в базирующий стержень с целью создания баз для последующей обработки.

На фигурах показаны:

Фиг. 1 - крупногабаритная лопатка;

Фиг. 2 - общий вид штампа для правки профиля крупногабаритной лопатки;

Фиг. 3 - верхняя часть штампа, вид А-А фиг. 2;

Фиг. 4 - нижняя часть штампа, вид. Б-Б фиг. 2;

Фиг. 5 - пример восстановленной крупногабаритной лопатки.

Крупногабаритная лопатка может иметь значительное искривление профиля пера согласно конструкторской документации (фиг. 1). Во время эксплуатации возможен отгиб или загиб одной из кромок пера лопатки

Штамп для правки крупногабаритных лопаток содержит верхнюю часть 1, нижнюю часть 2, направляющие колонки 3, вмонтированные в верхнюю часть 1 (фиг. 2, 3, 4).

Верхняя 1 и нижняя 2 части штампа для правки содержат рабочий ручей.

В верхней части 1 рабочий ручей 4 выполнен в виде профиля корыта крупногабаритной лопатки (фиг. 3).

В нижней части 2 рабочий ручей 5 выполнен в виде профиля спинки крупногабаритной лопатки (фиг. 4).

Каждый из рабочих ручьев 4, 5 содержит по оси z лопатки симметричные углубления 6 и 7 соответственно округлой формы для размещения базирующего стержня. Ширина a (согласно формуле 1) каждого из углублений 6, 7 должна быть не менее удвоенного максимального расстояния от оси z (продольной оси) лопатки до сечения с максимальной толщиной с учетом припусков:

; (1)

где L - расстояние от оси z крупногабаритной лопатки до расположения сечения с максимальной толщиной Cmax профиля пера, мм;

Δ - припуск, мм, припуск предпочтительно равен 5-15 мм.

Со стороны торцов пера лопатки на рабочих ручьях каждой из верхней 1 и нижней 2 частях выполнены цилиндрические выемки 8 и 9, ширина которых меньше ширины углублений 6 и 7. Выемки 8 и 9 выполнены симметрично относительно продольной оси размещаемой в штампе лопатке. При этом выемки выполнены с возможностью расположения в них бобышек базирующего стержня (фиг. 3, 4).

На нижней части 2 штампа установлены базирующие штифты 10, перпендикулярно плоскости разъема штампа, со стороны хвостовой части лопатки на конце углубления 7 и со стороны пера около выемки 9.

На верхней части 1 выполнены ответные глухие отверстия 11, 12 для установки в них базирующих штифтов 10. А направляющие колонки 3 вмонтированы в четырех угловых зонах по периметру верхней части 1 с возможностью установки в ответные соосные отверстия 13 нижней части 2.

Верхняя 1 и нижняя 2 части содержат Т-образные пазы 14 для фиксации верхней 1 и нижней 2 частей в деформирующем блоке (фиг. 2).

Штамп работает следующим образом.

Верхнюю 1 и нижнюю 2 половины штампа для правки лопаток устанавливают в нагревательную камеру пресса с помощью Т-образных штифтов, входящих в ответные Т-образные пазы 14 половин штампа 1, 2. При этом верхняя 1 и нижняя 2 половины базируются друг относительно друга по направляющим колонкам 3. На нижнюю часть 2 штампа для правки укладывают крупногабаритную лопатку, установленную в базирующий стержень. При работе пресса создают изотермические условия внутри нагревательной камеры, при этом температура нагрева ниже температуры термообработки детали на 10°С, и осуществляют правку геометрии крупногабаритной лопатки. При этом геометрические размеры хвостовика не меняются.

Верхняя 1 из нижняя 2 половины штампа должны быть изготовлены из жаропрочных материалов на основе никеля.

Применение штампа для правки крупногабаритных лопаток позволило восстановить нарушенную в процессе эксплуатации геометрию крупногабаритной лопатки, сохранив при этом её исходные механические и прочностные свойства, что позволило продолжить её использование в составе двигателя.

В качестве примера, подтверждающего технический результат, была разработана конструкция штампа для правки крупногабаритной лопатки, которая имеет размер 450 мм×700 мм×168 мм и изготовлена из материала ВЖ172. При этом углубления в верхней 1 и нижней 2 половин штампа имеют диаметр 60 мм. Штамп для правки крупногабаритной лопатки устанавливали на гидравлический пресс усилием 630 тс, и осуществляли правку крупногабаритной лопатки в изотермических условиях при температуре 550-600°С со скоростью деформации 0,2-0,3 мм/сек. При этом штамп смыкается по зеркалу штампа с зазором порядка 0,1 мм.

При периодическом контроле летной крупногабаритной вентиляторной лопатки из материала ВТ6 был обнаружен загиб конца пера лопатки с входной комки (около 20 мм или на угол 30°) в сторону спинки на длине 30 мм.

После осуществления правки в заявляемом штампе лопатка обладает конструктивными размерами по чертежу и механическими свойствами: , , ψ - 55%, KCU - 56 МПа, KCT - 15 МПА, что полностью соответствует размерам и требованиям конструкторской документации (фиг. 5).

Таким образом, предложенное изобретение позволяет восстанавливать геометрию пера крупногабаритной лопатки после летной эксплуатации без изменения ресурсных характеристик и размеров лопатки.

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и может найти применение при восстановлении геометрии профиля пера крупногабаритных лопаток при обнаружении загибов ее входной и выходной кромок. Штамп для правки содержит верхнюю часть, нижнюю часть, которые выполнены с возможностью соединения и разъединения, и направляющие колонки, вмонтированные в верхнюю часть с возможностью установки в ответные им соосные отверстия нижней части, при этом верхняя часть имеет рабочий ручей, выполненный с формой, соответствующей форме корыта упомянутой лопатки, а нижняя часть имеет рабочий ручей, выполненный с формой, соответствующей форме спинки упомянутой лопатки. При этом каждый из рабочих ручьев содержит углубление, ширина которого не менее удвоенного максимального расстояния от продольной оси упомянутой лопатки до расположения сечения с максимальной толщиной профиля пера лопатки с учетом припусков. Упомянутые углубления выполнены симметрично относительно продольной оси размещаемой в штампе лопатки с возможностью размещения в них базирующего стержня, а со стороны торцов пера лопатки на рабочих ручьях каждой из упомянутых частей симметрично относительно продольной оси размещаемой в штампе лопатки выполнены цилиндрические выемки с возможностью размещения в них бобышек базирующего стержня, причем на нижней части перпендикулярно плоскости разъема штампа со стороны хвостовой части лопатки и со стороны ее пера установлены базирующие штифты, а на верхней части выполнены глухие отверстия, соответствующие расположению базирующих штифтов с возможностью установки штифтов в эти отверстия. Использование изобретения позволяет повысить точность геометрии профиля восстанавливаемой лопатки. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Штамп для правки крупногабаритной лопатки, содержащий верхнюю часть, нижнюю часть, которые выполнены с возможностью соединения и разъединения, и направляющие колонки, вмонтированные в верхнюю часть с возможностью установки в ответные им соосные отверстия, выполненные в нижней части, при этом верхняя часть имеет рабочий ручей, выполненный с формой, соответствующей форме корыта упомянутой лопатки, а нижняя часть имеет рабочий ручей, выполненный с формой, соответствующей форме спинки упомянутой лопатки, отличающийся тем, что каждый из рабочих ручьев содержит углубление, ширина которого не менее удвоенного максимального расстояния от продольной оси упомянутой лопатки до расположения сечения с максимальной толщиной профиля пера лопатки с учетом припусков, при этом упомянутые углубления выполнены симметрично относительно продольной оси размещаемой в штампе лопатки с возможностью размещения в них базирующего стержня, а со стороны торцов пера лопатки на рабочих ручьях каждой из упомянутых частей симметрично относительно продольной оси размещаемой в штампе лопатки выполнены цилиндрические выемки с возможностью размещения в них бобышек базирующего стержня, причем на нижней части перпендикулярно плоскости разъема штампа со стороны хвостовой части размещаемой в штампе лопатки около упомянутого углубления и со стороны пера размещаемой в штампе лопатки около цилиндрической выемки установлены базирующие штифты, а на верхней части выполнены глухие отверстия, соответствующие расположению базирующих штифтов с возможностью установки штифтов в эти отверстия, при этом направляющие колонки и ответные им соосные отверстия расположены в четырех угловых зонах по периметру соответственно верхней и нижней частей.

2. Штамп по п. 1, отличающийся тем, что верхняя и нижняя части на соответствующих поверхностях содержат Т-образные пазы для фиксации упомянутых частей в деформирующем блоке.

3. Штамп по п. 1 или 2, отличающийся тем, что верхняя и нижняя части выполнены из жаропрочного материала на основе никеля.