Регистрация / Вход
Прислать материал

14.604.21.0091

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.604.21.0091
Тематическое направление
Транспортные и космические системы
Исполнитель проекта
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт машиноведения им. А.А. Благонравова Российской академии наук
Название доклада
Разработка научных основ высокоэффективной технологии и оборудования для изготовления в условиях сверхпластичности широкой номенклатуры полых валов газотурбинных двигателей из жаропрочных сплавов и сталей
Докладчик
Утяшев Фарид Зайнуллаевич
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Целью проекта является разработка инновационной технологии и оборудования для раскатки широкой номенклатуры ответственных деталей - полых валов из современных жаропрочных сталей и сплавов для газотурбинных двигателей нового поколения, позволяющих значительно увеличить ресурс валов и коэффициент использования металла при их изготовлении по сравнению с существующими технологиями.
Реализация проекта позволит создать конкурентоспособные технологии раскатки полых валов ГТД из стали и жаропрочных сплавов в изотермических условиях, а также разработать техническое задание на создание специализированного оборудования для производства указанных деталей.
Задачи:
1. Проведение математического и физического моделирования режимов деформационно-термической обработки жаропрочных сплавов, направленного на получение однородной ультрамелкозернистой (УМЗ) структуры в заготовках и деталях в процессе раскатки.
2. Компьютерное и физическое моделирование процесса раскатки полых валов от получения заготовок до формообразования деталей - полых валов.
3. Проведение теоретических и экспериментальных исследований формообразования полых валов из жаропрочных сплавов в условиях сверхпластичности,направленных на разработку конструкций основных узлов и Макета стана, обеспечивающих требуемые (расчетные) значения термомеханических и энергосиловых параметров процесса раскатки.
4. Разработка программ и методик исследовательских испытаний Макета СРВ и основных узлов с целью отработки технологического процесса раскатки полых валов. Разработка экспериментальной технологии (регламента) и изготовление образцов полых валов из промышленных сплавов на Макете СРВ.

Актуальность и новизна исследования
Конструкторские решения основных узлов Макета СРВ, реализованные в проекте, оригинальны и имеют элементы новизны, а также защищены патентами.
Теоретические и экспериментальные исследования процесса раскатки, а также испытания оборудования по раскате валов из промышленных сплавов проведены впервые в России.
Методики испытаний являются оригинальными для разработанного Макета СРВ и могут быть использованы Индустриальным партнером для серийного изготовления оборудования.
Описание исследования

Изготовление рабочей камеры нагрева, инструментального узла и охлаждаемого шпиндельного узла Макета СРВ.

Разработка программы и методик исследовательских испытаний рабочей камеры нагрева, инструментального узла и охлаждаемого шпиндельного узла Макета СРВ.

Проведение исследовательских испытаний рабочей камеры нагрева, инструментального узла и охлаждаемого шпиндельного узла Макета СРВ.

Сборка и исследовательские испытания Макета СРВ на базе давильного станка PNC 600.

Изготовление двух модельных валов из промышленного  сплава ЭИ962-Ш на Макете СРВ в соответствии с разработанной экспериментальной технологией.

Разработка программы и методик исследовательских испытаний модельных валов из промышленных сплавов, раскатанных на Макете СРВ.

Проведение исследовательских испытаний тестовых образцов  молельных валов из промышленных сплавов, раскатанных на Макете СРВ в соответствии с разработанной методикой определения механических свойств и структуры.

Разработка программы и методик исследовательских испытаний Макета СРВ на базе давильного станка PNC600.

Корректировка конструкторской документации Макета СРВ по результатм иссследовательских испытаний.

Сопоставление результатов, проведенных на предыдущих этапах ПНИ теоретических исследований и результатов экспериментальных исследований, а также требований ТУ на материал. Подтверждено их совпадение, а по механическим свойствам материала превышение значений  по сравнению с ТУ более 10%.

Разработка лабораторного регламента, позволяющего реализовать экспериментальную технологию раскатки аналогичных осесимметричных деталей из жаропрочных сплавов в изотермических условиях.

Оценка полноты решения задач достижения поставленных целей по проекту.

Разработка технических требований и предложений по использованию результатов ПНИ для производства оборудования для раскатки с учетом технологических возможностей и особенностей Индустриального партнера.

Технико-экономическая оценка результатов ПНИ.

Разработка проекта технического задания на проведение ОКР по теме: "Разработка технологии и оборудования для раскатки высокоресурсных полых валов из жаропрочных сплавов и сталей в условиях сверхпластичности для ГТД нового поколения".

Проведение дополнительных патентных исследований по способам и оборудованию для изготовления осесимметричных деталей.

 

Результаты исследования

Изготовлена камера нагрева, обеспечивающая нагрев заготовки до температуры сверхпластичности промышленных сплавов  (1050оС), поддержание рабочей температуры в течение времени раскатки и обеспечение равномерного распределения требуемой температуры в объёме КН в пределах ±10оС.

 Изготовлены инструментальный и охлаждаемый шпиндельный узлы, в которых обеспечивается требуемая для процесса формообразования температура рабочей поверхности ролика раскатного и оправки, т.е. на 100-150оС ниже температуры внутри КН. Это исключает возможность деформации ролика раскатного и оправки и обеспечивает реализацию процесса раскатки. Подтверждена эффективность разработанной системы охлаждения основных узлов Макета СРВ.

 Осуществлена сборка и наладка Макета СРВ. По разработанным программам и методикам были проведены исследовательские испытания инструментального и шпиндельного узлов и Макета СРВ в целом. Результаты исследовательских испытаний подтвердили полученные  расчетом значения  термомеханических, энергосиловых параметров Макета в целом,  камеры нагрева, инструментального и шпиндельного узлов, а также   готовность к проведению процесса  раскатки модельных валов из промышленных сплавов. Подтверждена эффективность разработанной системы контроля и мониторинга параметров (СКР).

Разработан лабораторный регламент экспериментального технологического процесса изготовления образцов полых валов из промышленного сплава.

 Изготовлены два модельных вала из листового материала ЭИ962-Ш на Макете СРВ. Предзаготовки были вырезаны из листа механообработкой на  токарном станке. Окончательные заготовки получены после деформации на прессе с целью образования конусной части (15о)  под раскатку на Макете СРВ.

В 2016 году по результатам ПНИ опубликовано 3 научных  статьи в  журналах, индексируемых в базе данных Scopus.

Проведены  дополнительные патентные исследования, поданы и зарегистрированы в ФИПС 2 заявки на полезную модель. Получен и зарегистрирован как РИД патент на полезную модель "Стан для раскатки деталей типа тел вращения".

Результаты ПНИ были представлены на открытой школе-конференции стран СНГ "Ультрамелкозернистые и наноструктурные материалы" (УМЗНМ-2016), международной выставке "Металлообработка-2016" и 2-ой международной специализированной выставке"Импортозамещение". ИМАШ РАН, ИПСМ РАН и Индустриальный партнер - ООО "СМЗ" были награждены дипломами.

Проведена оценка полноты решения задач и цели ПНИ, вывод: цель и поставленные задачи полностью выполнены.

Разработаны технические требования и предложения по использованию результатов ПНИ  для организации производства оборудования для раскатки с учётом технологических возможностей и особенностей Индустриального партнера.

Проведена технико-экономическая оценка результатов проекта.

Разработан проект ТЗ на проведение ОКР по теме: "Разработка технологии и оборудования для раскатки высокоресурсных полых валов из жаропрочных сплавов и сталей в условиях сверхпластичности для ГТД нового поколения".

Разработанный Макет СРВ и методики исследовательских испытаний впервые использованы для формообразования ответственных деталей ГТД – полых валов из жаропрочных сплавов в изотермических и сверхпластических условиях.

                         

Практическая значимость исследования
1. Результаты исследовательских испытаний Макета СРВ подтвердили получение требуемых кинематических, термомеханических и энергосиловых параметров, обеспечивающих сверхпластическую раскатку валов из промышленного сплава: усилие на инструменте - ролике – до 100 кН, скорость перемещения инструмента - ролика в продольном направлении – до 10 мм/мин, скорость внедрения ролика в тело заготовки от 1,2 до 2,0 мм/мин, скорость вращения шпиндельного узла – от 0,5 до 5 об/мин, температуру в зоне контакта инструмента - ролика и заготовки – от 850 до 1150оС с точностью ±10оС. Контроль и мониторинг данных параметров осуществляется контрольно-измерительной аппаратурой и встроенными датчиками системы контроля режимов Макета СРВ. Обеспечение температуры корпусов подшипников, расположенных в основных узлах Макета СРВ, не превышающей предельно допустимой температуры (150 градусов) в процессе раскатки, подтверждает эффективность разработанной системы охлаждения и новизну конструкторских решений.
2. При измерениях структуры и механических свойств на тестовых образцах раскатанного полого вала были получены: предел прочности - до 1167,8 МПа, при значениях ТУ – 980 МПа; предел текучести – до 1020,3 МПа при значениях ТУ – 835 МПа; ударная вязкость (KCU) - 70-72 Дж/см2 при значениях ТУ – 60 Дж/см2. Проведенные испытания показали превышение механических свойств материала образцов (более 10%) от значений, указанных в ТУ, а исследование микроструктуры сплава ЭИ962-Ш показало, что размер  зерен менее 15 мкм, что соответствует требованиям ТЗ.
3. Лабораторный регламент может быть использован для изготовления экспериментальной партии осесимметричных деталей из жаропрочной стали ЭИ962-Ш в изотермических условиях (от изготовления заготовок до получения готовой детали с однородной структурой), а также может быть использован как основа при разработке промышленной технологии изготовления деталей типа "полый вал" методом раскатки.
4. Разработанные в проекте методики могут быть рекомендованы для определения требуемых термомеханических и энергосиловых параметров при проектировании оборудования, а Макет стана СРВ может использоваться для отработки технологии и выбора оптимальных параметров процесса раскатки осесимметричных деталей из жаропрочных сплавов в условиях сверхпластичности.