Електроерозія в авіаційних двигунах

Ні для кого не секрет, що виробництво авіадвигунів є високотехнологічним і складним процесом, що вимагає застосування найдосконалішого та високоточного обладнання для виробництва. У нашій статті піде мова про застосування технології електроерозійної обробки металів при виготовленні газотурбінних двигунів. А саме при виготовленні важливою і відповідальною деталі ротора турбіни - лопаткового механізму. На лопатки подається робоча середовище (пара, газ або вода), приводячи в рух ротор. Таким чином, кінетична енергія рухомого потоку перетворюється в механічну енергію на валу. Дані елементи турбіни працюють під колосальними навантаженнями і схильні до високих температур, тому до них пред'являють жорсткі вимоги щодо якості, надійності і довговічності.

У процесі еволюції та вдосконалення турбінних систем виникла необхідність забезпечувати більш тривалі терміни експлуатації лопаток в екстремальних умовах. Відомо, що газотурбінні лопатки, в процесі роботи двигуна, піддаються впливу дуже високих температур, при яких перебувають паливні гази. Ці температури досягають значень, значно перевищують граничні температури, які можуть витримувати без пошкоджень різні деталі, дотичні з зазначеними газами, що призводить до обмеження терміну служби цих деталей. Для вирішення цієї проблеми були спроектовані і упроваджені технології охолодження лопаток за допомогою обладнання таких лопаток системами контурного і перфорационного охолодження. Охолоджуючі мікроотвори у лопатках виконують у відповідності зі строгими конструкторськими розрахунками, що дозволяють досягти максимального охолодження і полегшення лопаток для збільшення термінів їх експлуатації. Залежно від типу двигуна і застосовуваного на ньому лопаткового механізму, виконуються охолоджуючі отвори різних малих діаметрів, таких як 0,2 мм, 0,3 мм, 0,4 мм і більше.

Найпоширенішим способом виготовлення перфорацій для лопаток турбін є элекртроэрозионное свердління трубчастими електродами на так званих верстатах "супердрелях". Даний спосіб є найбільш ефективним. В якості інструменту для запису використовують спеціальні калібровані трубчасті електроди (латунні або мідні). В зону обробки електрод потрапляє через спеціальну кондукторную втулку (фільєру), виготовлену з міцного зносостійкого діелектричного матеріалу. Електроду надається обертальний рух для усунення овальності одержуваного отвори, викликану спотворенням профілю електрода при пропалення.

На фото: електрод подається через фільєру в зону обробки

Для підвищення точності при наскрізному прошиванні отворів, коли співвідношення довжини та діаметру не менше 20, застосовують чорнової і чистової проходи. При врізання і в кінці обробки (при виході електрода деталі) слід знижувати середнє значення робочого струму (на 20 ... 50 %) для стабілізації електроерозійного процесу врізання і отримання вхідних і вихідних кромок отвори правильної форми. Застосування менш в'язких робочих середовищ полегшує процес видалення продуктів ерозії. Особливі труднощі представляє отримання глибоких отворів діаметром менше 0,3 мм. Це пов'язано з малою жорсткістю електродів і складністю відводу продуктів ерозії і газових бульбашок з отвору, необхідністю використання м'яких режимів обробки, що призводить до зниження продуктивності. На практиці для зниження несприятливого впливу цих факторів використовують обробку порожнистими електродами з прокачуванням робочого середовища через внутрішній отвір, при обертанні яких вдається більш ефективно видаляти з оброблюваного отвору продукти руйнування.

За допомогою супердрелей стало можливим продуктивно витрачати отвори в твердих металах у співвідношенні глибини до діаметру близько 200:1. В якості робочих рідин, як правило, використовується дистильована вода. Робоча рідина подається через отвори в електроді безпосередньо в зону запису, що дозволяє оптимально видаляти частинки шламу і утворюються гази.

На фото: порожнисті трубчасті електроди з латуні для супердрели
 

Існують електроди з перемичкою у внутрішньому отворі електрода. Їх називають багатоканальними. Це більш складна технологія виготовлення електродів дозволяє забезпечувати більш рівномірну ерозію торця, а також, їх знос у процесі обробки відбувається повільніше.

На фото: багатоканальні електроди для супердрели

Завдяки технології "електроерозійна супердрель" з'явилася можливість обробляти мікроотвори в охолоджуваних лопатках турбін ф 0,2...0,3 мм. Виконання таких отворів традиційними способами пов'язане з великими труднощами, а в деяких випадках взагалі неможливо.

На фото: лопатка турбіни, отвори ф 0,3 мм, матеріал - хромоникелевый сплав. Глибина 4,5 мм.

Особливою складністю при обробці отворів в охолоджуваних лопатках є необхідність пропалювання таких отворів під кутом. Для цього виробники элеткроэрозионного обладнання стали впроваджувати спеціальну додаткову спеціальну оснастку - поворотні столи. Але з часом, в процесі розвитку такого обладнання, стали встановлювати додаткові осі, керовані ЧПУ. Т. о. в даний час існують 6-осьові супердрели, які вже оснащені всім необхідним для виконання таких робіт. ЧПУ таких верстатів дозволяє одночасно програмувати і використовувати всі осі, для виконання робіт під різними кутами і в різних площинах.

На фото: робоча зона супердрели з 6-осьовим ЧПУ. На робочому столі закріплена лопатка турбіни.

На фото: підготовка лопатки до обробки на електроерозійної супердрели.