Сравнить производства цельного турбинного колеса методом литья и аддиктивных технологий

Введение

Турбинное колесо (по-английски «blisk» от «blades on a disk») – это диск с рядом прикрепленных лопаток (или элементов аэродинамических поверхностей). В работе мы рассматриваем турбинные колеса, которые изготавливаются из цельной заготовки. [1, с.12]
При разработке и создании новой промышленной продукции особое значение имеет экономичность, скорость производства и качество готовой продукции, которые в свою очередь, существенно зависят от технологических возможностей опытного производства.
При создании новой продукции, в опытном производстве, для которого характерны вариантные исследования, необходимость частых изменений конструкции и, как следствие, постоянной коррекции технологической оснастки для изготовления опытных образцов, проблема быстрого изготовления деталей становится ключевой. [3, с.45]
Актуальность выбранной темы заключается в том, что аддитивные технологии в настоящее время являются одними из наиболее динамично развивающихся и перспективных производственных процессов, революционным направлением в авиационном машиностроении, но многие производители предпочитают традиционные способы изготовления.
Цель работы является сравнение производства турбинного колеса методом литья и аддитивных технологий по критериям экономичности, скорости производства и качества готовой продукции.
Задачи данной работы:
- изучение производства турбинного колеса методом литья;
- изучение производства турбинного колеса методом аддитивных технологий;
- анализ экономичности, скорости производства и качества готовой продукции методов изготовления турбинного колеса.

Производство цельного турбинного колеса методом литья
Традиционное производство турбинных колес — трудоемкий и дорогостоящий технологический процесс, поэтому и стоимость конечного изделия довольно высока.
Предпочтение, по возможности, отдается алюминиевым сплавам, из - за их пониженной стоимости, более легкой обрабатываемости, а также меньших моментов инерции. Наиболее легкий технологический процесс их изготовления - литье. Такие колеса имеют предельные (критические) окружные скорости разрыва порядка 700 м/с и более. Из кованого материала колеса фрезеруются - цельными. Диск колеса (радиальная часть) штампуется, а вращающийся направляющий аппарат с изогнутыми лопатками изготовляется методом точного литья. Для обеспечения высоких степеней повышения давления в одной ступени (свыше 4), когда возникают повышенные температуры (свыше 150 200°С) выбирают сталь (реже титан, из-за его плохой обрабатываемости). [2, с.33]
В настоящее время литье по выплавляемым моделям (в оболочковые формы) является единственным методом, который позволяет в промышленном масштабе наиболее экономично получать цельные турбинные колеса, не нуждающиеся в последующей обработке.
Несмотря на значительный прогресс в технологии и средствах производства литья турбинные колес, брак в литейных цехах все еще значителен

. При литье охлаждаемых рабочих турбинных колес он достигает 50%. Брак проявляется по причине коробления стержня, смещения и полома в процессе прокаливания формы и заливки ее сплавом. [1, с.35]
При производстве деталей, требуется большое количество специальной оснастки, изготовление которой увеличивает производственный цикл, да и стоимость ее практически всегда велика.

Производство цельного турбинного колеса методом аддитивных технологий
Метод аддитивных технологий – это новый подход к проектированию и изготовлению деталей по сравнению с традиционными методами литья. Суть аддитивных технологий – изделие создается слой за слоем. За процессом следит компьютер, ориентируясь на точную трехмерную модель.
Основные этапы аддитивных производственных процессов:
- выращивание мастер - модели турбинного колеса на 3D принтере (точность 16 мкн) из фотополимера,
- литье воска в силиконовые формы с малым коэффициентом усадки и высокими параметрами прочности и стойкости (стойкость формы – 50 шт.),
- изготовление керамической формы (три слоя связующего и огнеупорного циркониевого песка) и сушка формы,
- прокалка формы и, собственно, получение отливки. [2, с.162]
Основные преимущества замены традиционных технологий литья деталей на аддитивное производство заключаются в снижении на порядок времени производственного цикла мелкосерийного производства; сокращении и упрощении цепочек поставок, благодаря отказу от многочисленного литейного оборудования и локализации производства отдельных элементов на площадках одного предприятия.
А самое главное преимущество - внедрение принципиально новых подходов к проектированию изделий, позволяющих создавать сложнопрофильные детали, облегченные конструкции из металлов и полимерных материалов, производство которых с использованием традиционных технологических методов просто невозможно. [2, с.188]
Недостатки аддитивных производственных процессов конечно есть – цена вопроса (за счет стоимости оборудования и расходных материалов она может быть на порядок выше традиционной штамповки и отливки), скорость, обеспечение требуемых физико-механических характеристик материала изделия. Это удерживает от повсеместного внедрения трехмерных принтеров и заставляет искать области их применения, учитывающие все факторы.
Интерес к аддитивным технологиям во всем мире стабильно растет