Способ изготовления рабочих колес центробежных машин Советский патент 1978 года по МПК B21K1/36 

1

Изобретение относится к металлообработке и может быть широко использовано при изготовлении рабочих колес центробежных компрессорных машин со сложной пространственной формой рабочих поверхностей лопаток и криволинейным профилем дисков.

Известен способ изготовления рабочих колес центробежных машин, включающий штамповку лопаток, предварительную и окончательную механическую и термическую обработку лопаток, основного и покрывного дисков, сборку и соединение лопаток и дисков пайкой, а также механообработку колеса в сборе 1.

Известный способ не обеспечивает достаточной точности и приводит к большому объему доводочных работ цри механообработке и сборке, а также к неоправданным потерям металла.

Цель изобретения - повышение точности изготовления и снижение трудоемкости обработки. Для этого штамповку лопаток ведут с технологическими напусками, на которых выштамповывают элементы ориентации, по которым производят базирование лопаток при предварительной и окончательной их механообработке и сборке рабочего колеса, под пайку а удаление технологических напусков производят при механической обработке колеса в сборе, при этом предварительную термообработку лопаток, основного и покрывного дисков ведут после предварительной их механообработки при температуре выше температуры АСз материала лопаток и дисков на 100- 150°С не выше температуры пайки.

Для обеспечения максимальных аэродинамических качеств рабочего колеса необходимо получить в нем одинаковые по форме газовые каналы. Это условие достигается в процессе изготовления идентичностью формы рабочих поверхностей лопаток, одинаковым расположением привалочных

поверхностей лопаток относительно их рабочих поверхностей и сохранением полученной точности заготовок лопаток и дисков в процессе механической обработки, сборки и пайки. Изготовление лопаток с

технологической базой, полученной во время штамповки, обеспечивает получение лопаток с идентичной формой рабочих поверхностей, а сборка лопаток на диске по этим технологическим базам дает одинаковое расположение лопаток на основном диске и, следовательно, идентичность полученных газовых каналов колеса. Кроме того, изготовление лоиаток с технологическими базами и сборка их в колесе по этим

базам устраняет операции ручной подгонки, шлифовки каждой лопатки иодбор лоиаток по весу при сборке колеса, что снил ает трудоемкость изготовления колес. Сохранение полученной точности лопаток и дисков в процессе сборки и пайки обеспечивается совместной термообработкой комплекта лопаток и дисков при температуре выше АСз на 100-150°С с выдержкой во времени по режиму термообработки заготовки основного диска. При проведении сборки и пайки рабочих колес без предварительной совместной термообработки заготовок лопаток и дисков вследствие изменения формы лопаток и дисков зазор между рабочими иоверхиостями дисков и привалочными поверхностями лопаток увеличивается на 3-5 мм нри номинале 0,15 мм, что приводит к браку при изготовлении рабочих колес. Изменение формы лопаток и дисков вызывается напряжениями, возникаюидими в результате структурных превраи1,ений и релаксации внутренних нанряжений. Совместная термообработка комплекта лонаток и дисков пос.че предварительной механической обработки нриводнт к снятию внутренних иаиряжений в лопатках и дисках и к стабилизации их структуры. После сборки при иагреве под пайку оеиовиого диска с лопатками в результате проведенной перед этим их совместиой термообработки исключается влияние факторов релаксации внутренних напряжений и структурных нреврандений. Вследствие этого изменение формы лопаток незначительно и составляет 0,02- 0,11 мм, что обеспечивает высокое качество изготовления колес и исключает брак; кроме того, отпадает необходимость в увеличении размеров полотиа основного диска и сокращается время на его меха1 ическую обработку.

Сиоеоб изготовления рабочих колес иллюстрируется е чертежами, где на фиг. 1 изображена иачерно обработаиная штампованная заготовка лопатки с элементами ориентации технологических баз; на фиг. 2-штампованная заготовка лонатки, вид сбоку; иа фиг. 3-схема приспособления для сборки рабочего колеса; иа фиг. 4- основной диск с лоиатками иосле сборки; на фиг. 5-основной диск с лоиатками после иайки и удалеиия технологических участков на лопатках; на фиг. 6- штамиопаяное рабочее колесо.

Способ изготовления рабочих колес по предлагаемому изобретению заключается в следующем:

химическим анализом контролируют соответствие материала лопаток материалу дисков;

для изготовления дисков заготовки основного и покрывного дисков обрабатывают начерно, оставляя припуск 3-5 мм по нерабочим поверхиостям и 0,5-1 мм - ио рабочим;

вырезают кольца - свидетели для изготовления образцов на мехиспытания;

иодвергают заготовки дисков по рабочим поверхностям контролю магнитопорошковой дефектоскопии;

совместно отжигают заготовки дисков и комплект заготовок лопаток нри температуре выше темиературы АСз материала лоиаток и дисков на 100-150°С, но не выше температуры пайки, для снятия внутренннх напряжений и стабилизации структуры;

обрабатывают рабочие иоверхиости дисков в окончательные размеры;

контролируют диски по рабочим поверхностям методом магнитопорошковой дефектоскопии;

диски передают на сборку.

При изготовлеиии лопаток и рабочего колеса контролируют листовой материал лоиаток иа отсутствие дефектов методом цветной дефектоскопии; нарезают заготовки под штамиовку лопаток; штампуют нонатки нагорячо с одновременным вынолнеинем элементов ориентации техиологических баз в виде двух кернов или пукль на технологическом )частке заготовки лопатки;

В случае изготовления заготовок лоиаток с нанесением двух кернов с помощью центроискателей ио кернам устанавливают заготовку лопатки в коидуктор, сверлят, зенкуют и разворачивают иереходные базы - отверстия, в случае штамиовки е иуклями последние являются основными базами и не требуют донолнительной обработки;

контролнруют форму рабочих иоверхностей лопаток в нрисиособлении для контроля шаблонами. Лонатки устанавливают в приспособлении но базам - отверстиям или пуклям;

проводят черновую механическую обработку привалочиых поверхноетей к основному и покрывному дискам комплекта лопаток в приспособлении для фрезеровки по копирам; установку лопаток в присиособлении ироизводят также по базовым отвер етиям или пуклям;

комплект лопаток на колесо совместно с заготовками дисков подвергают отжигу при температуре выше темиературы АСз на 100-150°С, но не выше температуры пайкн, в режиме но времени термообработки

основного диска;

проводят окончательную .механическую обработку комплекта лоиаток на колесо по нривалочной новерхности к основному диску в нрисиособлении по копиру. Установку

лопаток в нрисиособлении ироизводят ио базовым отверстиям или нуклям;

собирают лоиатки с прииоем в присиособлении для сборки на основном диске с ирихваткой лонаток аргонодуговой сваркой

к основному диску; установка лопаток в

приспособлении производится по базовым отверстпям или пуклям;

производят пайку основного диска с лопатками в вакуумной печи, контролгфуют качество пайки;

после пайки производят механическую обработку основного диска с лопаткамп по привалочной поверхности к покрывному диску по копиру и обрезают технологические участки лопаток с пуклями, как выполнившие свои функции;

производят сборку покрывного диска с основным с припаянными к нему лопатками: укладывают на привалочные поверхности лопаток к покрывному диску припой и прихватывают его точечной сваркой, затем приваривают в нескольких местах аргонодуговой сваркой покрывной диск;

производят пайку рабочего колеса в вакуумной печи;

подвергают рабочее колесо упрочняющей термообработке;

обрабатывают рабочее колесо по наружным поверхностям в окончательные размеры;

производят балансировку и разгонные испытания;

окончательно контролируют колесо методом магнитопорошковой дефектоскопии.

Пример конкретного применения способа.

Штампованное рабочее колесо газоперекачивающего агрегата ГПА-Ц-6,3 из стали переходного аустенито-мартенситного класса 09Х15Н8Ю ГОСТ 5632-72 пзготавливают по следующей технологии.

Поковки основного и покрывного дисков обрабатывают начерно, оставляя припуск 3-5 мм по нерабочим поверхностям и 0,5-1 мм по рабочим, вырезают кольца- свидетели для изготовления образцов на мехиспытания. По рабочим поверхностям контролируют диски методом магнитопорошковой дефектоскопии на отсутствие трещин и других дефектов. Заготовки дисков и комплект лопаток после черновой обработки по привалочным поверхностям подвергают аустенизации при температуре 1050°С (температура Ак конца аустеиитпого превращения для стали переходного аустенитно-мартенситного класса 09Х15Н8Ю равна 935°С) для снятия внутренних напряжений и стабилизации структуры. После этого диски обрабатывают по рабочим поверхностям в окончательные размеры, контролируют диски по рабочим поверхностям методом магнитопорошковой дефектоскопии и передают на сборку. Заготовки лопаток размерами 236Х80ХЗ±0,01 мм. представляющие собой теоретическую развертку лопатки с припусками, напусками и технологическим участком для нанесения баз при штамповке получают вырубкой в штампе из листовой стали 09Х15Н8Ю ГОСТ 5632-72. Из прямоугольной заготовки щтампуют лопатки нагорячо с нагревом до 950°С в штампе с ианесенпем в конце процесса штамповкп двух пукль на технологическом участке заготовки. Пе|1сд штамповкой для зашиты от окпсления заготовки лопаток покрывают алюминиевой пудрой. В штамповке 1 взаимное расположение рабочих поверхностей 2 и 3 и привалочных поверхностей 4 и 5 лопатки 6 с технологическими базами 7 и 8, нанесенными в конце процесса штамповки на

технологическом участке 9, увязано размерами «о, «S, «с, которые для заготовки лопатки рабочего колеса соответственно равны: 40d:0,01. lOiO.OI, 15±0,01 мм; высота лопатки на выходе равна 15-0,2 мм (с.м. фиг. 1 и 2).

Отштампованную лопатку устанавливают в приспособлении для контроля по базам-пуклям п контролируют шаблонами по сечениям лопатки форму рабочей поверхности 2, заданную чертежом. Прпзнанные годными штамповки лопаток поступают на черновую механическую обработку; при этом производят обработку привалочной поверхности 4 штамповки лопатки к основному ДИСК} 5 и к покрывному диску с припуском, соответственно равным 1 «f, в приспособлении для фрезеровки по копирам. Отштампованные лопатки }станавливают в приспособлении по базам-пуклям 7 и 8. Припуск «gy по привалочной поверхности к основному диску составляет 0,5-1 мм, припуск «/ по привалочной поверхности к покрывному диску- 3-5 мм, припуск «Л по торцу лопатки к основному диску - 5 мм. Обработанный начерцо комплект штамповок лопаток подвергают отжигу совместно с заготовками основного и покрывного дпсков прн температуре 1050°С в течение 1 часа (время выдержки при температуре отжига 1 час выбрано в соответствии с режимомтермообработки основного

диска). В приспособлении на гидрокопировальном станке пропзводят окончательную, обработку лопаток по прпвалочной поверхности 4 к основному диску, установку лопаток в приспособлеппи производят по

базам-пуклям 7 и 8 с фиксированием положения лопаток элементами по рабочим поверхностям 2 и 3 штамповки 1. Зачип ают заусенцы, моют, чистят лопатки п передают на сборку. На привалочную поверхность

лопаток, к основному диску укладывают припой и прихватывают точечной сваркой. В процессе сборки основной диск 10 (см. фиг. 3) устанавливают в подставку 11 на втулку 12 диаметром «0К (045Х) приспособления для сборки и крепят винтами; в отверстие основного диска «0К (045А) устанавливают втулку 13 с планкой 14 и стойкой 15, на которой расположены два отверстия (01ОА) для установки щтамповки лопатки по базам-пуклям и винт для

крепления лопатки. После устаиовки лопатки по базам-пуклям для увеличения жесткости положение лопатки фиксируется устройством 16 по рабочим поверхностям. Приспособление для сборки смонтировано таким образом, что оно обеспечивает установку лопатки в соответствии с расположением ее на рабочем колесе (размеры а, в, с, 0, п).

0 335 мм, ,5+0,01 мм. После установки заготовки лопатки 1 в приспособление ее вместе во втулкой 13, планкой 14 и стойкой 15 опускают до соприкосновения с диском 10 и зажимают гайкой 17, проверяют щупом зазор между лопатками с припоем и рабочей поверхностью 18 основного диска 10, который не должен превышать 0,05-0,07 мм. После этого лопатку в местах технологических припусков «А и «Р основного диска прихватывают к диску аргонодуговой сваркой. Делительное устройство 19 обеспечивает установку заготовок лопаток на основном диске в соответствии с их количеством в рабочем колесе.

Пайку основного диска с лопатками производят в вакуумной печи, контролируют качество пайки. Затем производят механическую обработку основного диска 10 (см. фиг. 4 и 5) с припаянными заготовками лопаток 1 по привалочной поверхности 5 к покрывному диску в окончательные размеры по копиру, отрезают техиологические участки 9, зачищают заусенцы иа лопатках, моют их, укладывают на поверхность 5 припой и крепят его точечной сваркой. Производят сборку покрывного диска 20 (см. фиг. 6) с основным диском 10 с припаяииымп к нему лопатками 6 и прихватывают аргонодуговой сваркой на припуске «Р и «А ( мм, мм). Затем производят пайку рабочего колеса в вакуумной печи, контролируют качество пайки, проводят отжиг и упрочняющую термообработку по режиму: обработка холодом при температуре 70°С в течение 2 часов, старение при температуре 380°С в течение

1часа. Обрабатывают рабочее колесо по наружным поверхностям в окончательные

размеры, производят балансировку, разгонные испытания рабочего колеса и окончательный контроль методом магнитопорощковой дефектоскопии.

Предлагаемый способ изготовления колес обеспечивает высокую точность, экономию металла и снижение трудоемкости, позволяет изготавливать рабочие колеса центробежных компрессоров различных

конструкций, в том числе с пространственной формой газовых каналов, обеспечивающих повыа1ение производительности компрессоров по сравнению с существующими в 1,5 раза и КПД на 3-5%.

Формула изобретения

Способ изготовления рабочих колес центробежных машин, включающий штамповку лопаток, предварительную и окончательную механическую и термическую обработку лопаток, основного и покрывного дисков, сборку и соединение лопаток и дисков пайкой, а также механообработку колеса

в сборе, отличающийся тем, что, с целью повышения точности изготовления и снижения трудоемкости обработки, уменьшения расхода металла штамповку лопаток ведут с технологическими напусками,

на которых выштамповывают элементы ориентации, по которым производят базирование лопаток при предварительной и окончательной их механообработке и сборке рабочего колеса под пайку, а удаление

технологических напусков производят при механической обработке колеса в сборе, прп этом предварительную термообработку лопаток, основного и покрывного дисков ведут после предварительной их механической обработки при температуре выше температуры АСз материала лопаток и дисков на 100-150°С, но не выше температуры пайки.

Источник информации,

принятый во внимание при экспертизе

1. Сборник «Труды ЦНИИТМАШ, № 112. М., ЦНИИТМАШ, 1973, с. 73.

2

8