Використання титанових сплавів під час виготовлення складнопрофільних деталей авіаційних двигунів

Ігор Андрійович Бойко; Петро Петрович Мельничук

doi:10.26642/ten-2025-2(96)-13-21

Автор(и)

Ігор Андрійович Бойко Державний університет «Житомирська політехніка», Україна https://orcid.org/0000-0003-0953-1927
Петро Петрович Мельничук Державний університет «Житомирська політехніка», Україна http://orcid.org/0000-0003-0361-756X

DOI:

https://doi.org/10.26642/ten-2025-2(96)-13-21

Ключові слова:

титанові сплави, моноколесо, складнопрофільна поверхня, багатокоординатна обробка, багатоцільовий верстат, твердий сплав

Анотація

В авіадвигунобудуванні використовується широка номенклатура конструкційних матеріалів, що пов’язано як із різноманітністю умов роботи окремих елементів двигуна, так і з високими вимогами до самих матеріалів, що використовуються. Одним з елементів авіаційного двигуна, до якого висуваються жорсткі вимого щодо точності і якості виготовлення складових деталей і вузлів, є ротор компресора. Використання титанових сплавів пов’язано як із високою частотою обертання ротора на робочих режимах (до 20000 об/хв), так і з необхідністю виключити негативні чинники, такі як вібрації, руйнування окремих деталей внаслідок появи тріщин, зношування, механічних пошкоджень, корозії, припрацювання тощо. Саме це сприяло широкому використанню в авіадвигунобудуванні титанових сплавів, які вирізняються високою міцністю, стійкістю до корозії і невеликою вагою порівняно із залізовмісними матеріалами. Однак обробка титанових сплавів ускладнюється їх низькою теплопровідністю, а також високою міцністю і еластичністю, що, в процесі їх механічної обробки, призводить до виникнення значних вібрацій, інтенсивного зношування різального інструменту внаслідок деформаційного зміцнення поверхневого шару матеріалу, адгезії між матеріалом інструменту і заготовки, високого теплового навантаження на різальний інструмент. До таких деталей належать лопатки, проставки, диски, колеса вентиляторів, кронштейни, деякі корпусні деталі, моноколеса. Проаналізовано стан питання і основні напрями досліджень щодо забезпечення підвищення оброблюваності тонкостінних деталей, виготовлених із титанових сплавів, а також особливості обробки складнопрофільних поверхонь деталей типу «моноколесо» на високошвидкісних обробних центрах. Наведено результати досліджень щодо зменшення регенеративних автоколивань, використання демпфуючих матеріалів, модуляції швидкості головного руху, а також вибору оптимального інструментального матеріалу. У підсумку сформовано висновки про перспективність і напрями подальших досліджень, спрямованих на підвищення ефективності процесу лезової обробки складнопрофільних деталей виробів з титанових сплавів.

Посилання

Thevenot, V., Arnaud, L., Dessein, G. and Cazenave–Larrochea, G. (2006), «Influence of material removal on the dynamic behavior of thin-walled structures in peripheral milling», Machining Science and Technology: An International Journal, Vol. 10, Issue 3, рр. 275–287.

Arnaud, L., Gonzalo, O., Seguy, S. et al. (2013), «Simulation of low rigidity part machining applied to thin-walled structures», International Journal of Advanced Manufacturing Technology, Vol. 67, No. 1–4, рр. 157–166.

Vnukov, Yu.M., Hermashev, A.I., Mozghovyi, V.F. et al. (2015), «Oprobuvannia vdoskonalenoi tekhnolohii pidhotovky ta nanesennia dempfuiuchoho seredovyshcha na monokolesa HTD pry kintsevomu frezeruvanni», Visnyk dvyhunobuduvannia, No. 1, рр. 128–130.

Diadia, S.I., Kozlova, O.B., Kushnir, Ye.V. and Karamusha, D.R. (2022), «Doslidzhennia kolyvan pry kintsevomu frezeruvanni ta yikh vplyv na formuvannia obroblenoi poverkhni», Novi materialy i tekhnolohii v metalurhii i mashynobuduvanni, No. 2, рр. 71–77.

Diadia, S.I., Hermashev, A. and Kozlova, O.B. (2015), «Metody pryhnichennia vibratsii pry frezeruvanni tonkostinnykh detalei», Tezy dopovidei 12-oho mizhnarodnoho sympoziumu ukrainskykh inzheneriv-mekhanikiv u Lvovi, 28–29 travnia, Lviv, рр. 83–84.

Ishchenko, H.I. (2020), «Tekhnolohichne zabezpechennia yakosti vyhotovlennia slozhnoprofilnykh poverkhon turbinykh lopatok z tytanovykh splaviv», Ph.D. Thesis of dissertation, 05.02.08, Kharkiv, 190 р.

Kovryshkin, M.O. and Shevchenko, O.V. (2010), «Metody pidvyshchennia pratsezdatnosti rizalnoho instrumentu», Tekhnika v silskohospodarskomu vyrobnytstvi, haluzeve mashynobuduvannia, avtomatyzatsiia, Issue 23, рр. 298– 302.

Kozlova, O.B. (2016), «Pryhnichennia reheneratyvnykh avtokolyvan pry frezeruvanni tonkostinnoho elementa detali kintsevymy tsylindrychnymy frezamy», Abstract of Ph.D. dissertation, 05.03.01, Nats. tekhn. un-t «Kharkiv. politekhn. in-t», Kharkiv, 24 р.

Diadia, S.I. and Kozlova, O.B. (2015), Freza z rehulovanymy kutamy nakhylu rizalnykh kromok kozhnoho zuba, Ukraina, MPK (2016.01) V23S 5/00, zaiavnyk ta vlasnyk patentu ZNTU, Pat. UA 104343, u 201506918, zaiavl. 13.07.2015, opubl. 25.01.2016, Biul. No. 2.

Hermashev, A.I., Lohominov, V.O., Kondratiuk, E.V., Mozghovyi, V.F. and Kozlova, O.B. (2014), Stend dlia doslidzhennia viazko- pruzhnykh dempfuiuchykh seredovyshch, pryznachenykh dlia finishnoho frezeruvannia lopatok monokolis HTD, MPK (2006) F16F15/00 G01M7/02, zaiavnyk ta patentovlasnyk Zaporizkyi natsionalnyi tekhnichnyi universytet, Pat. UA 88683, u 201312754, zaiavl. 01.11.2013, opubl. 25.03.2014.

Lohominov, V.O., Hermashev, A.I., Diadia, S.I. and Kozlova, O.B. (2014), Ctend dlia doslidzhennia kolyvan pry kintsevomu tsylindrychnomu frezeruvanni tonkostinnykh elementiv detalei, Ukraina, MPK (2006) G01H11/00, G01M7/02, zaiavnyk ta vlasnyk patentu Zaporizkyi natsionalnyi tekhnichnyi universytet, Pat. UA 94974, u 201405981, zaiavl. 02.06.2014, opubl. 10.12.2014, Biul. No. 23.

Ryzhov, Yu.E., Burykin, V.V. and Abramova, S.L. (2010), «Obrobliuvanist tytanovykh splaviv pry frezeruvanni iz vykorystanniam PNTM ta almaznomu khoninhuvanni», Protsesy mekhanichnoi obrobky v mashynobuduvanni, Issue 9, рр. 113–120.

Romanov, R.V. (2024), «Doslidzhennia dynamichnoi povedinky tonkostinnykh konstruktsii pry frezeruvanni», mahisterska robota, Kyiv, 115 р.

Seredenko, B.M., Zabolotnyi, O.A. and Orobchenko, A.P. (2016), «Vyznachennia temperatury rizannia pry frezeruvanni tytanovykh splaviv tortsevymy frezamy», Visnyk NTUU «KPI». Seriia. Mashynobuduvannia, No. 3 (78), рр. 71–75.

Sikalo, M.O. (2024), «Usunennia vibratsii pry kintsevomu frezeruvanni na verstatakh z ChPK», D.Sc. Thesis of dissertation, 05.03.01, K., 149 р.

Petrakov, Yu.V., Sakhan, S.V., Frolov, V.K. and Korenkov, V.M. (2020), Tekhnolohii vyhotovlennia detalei skladnoi formy, navch. posib. dlia stud., KPI im. Ihoria Sikorskoho, Kyiv, 288 р., [Online], available at: https://ela.kpi.ua/bitstream/123456789/36525/1/PTF_1.pdf

Tonkonohyi, V.M., Zelynskyi, S.A., Tkach, A.Zh., Serebrii, Yu.O. (2016), «Znyzhennia reheneratyvnykh kolyvan pid chas frezeruvannia malozhorstkykh detalei za rakhunok moduliatsii shvydkosti holovnoho rukhu verstata», Visnyk Natsionalnoho universytetu «Lvivska politekhnika», Lviv, No. 839, рр. 138–143.

Список використаної літератури:

Influence of material removal on the dynamic behavior of thin-walled structures in peripheral milling / V.Thevenot, L.Arnaud, G.Dessein, G.Cazenave–Larrochea // Machining Science and Technology: An International Journal. – 2006. – Vol. 10, Issue 3. – P. 275–287.

Simulation of low rigidity part machining applied to thin-walled structures / L.Arnaud, O.Gonzalo, S.Seguy and other // International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2013. – Vol. 67, № 1–4. – Р. 157–166.

Опробування вдосконаленої технології підготовки та нанесення демпфуючого середовища на моноколеса ГТД при кінцевому фрезеруванні / Ю.М. Внуков, А.І. Гермашев, В.Ф. Мозговий та ін. // Вісник двигунобудування. – 2015. – № 1. – С. 128–130.

Дослідження коливань при кінцевому фрезеруванні та їх вплив на формування обробленої поверхні / С.І. Дядя, О.Б. Козлова, Є.В. Кушнір, Д.Р. Карамуша // Нові матеріали і технології в металургії і машинобудуванні. – 2022. – № 2. – С. 71–77.

Дядя С.І. Методи пригнічення вібрацій при фрезеруванні тонкостінних деталей / С.І. Дядя, А.Гермашев, О.Б. Козлова // Тези доповідей 12-ого міжнародного симпозіуму українських інженерів-механіків у Львові, 28–29 травня. – Львів, 2015. – С. 83–84.

Іщенко Г.І. Технологічне забезпечення якості виготовлення сложнопрофільних поверхонь турбіних лопаток з титанових сплавів : дис. … канд. техн. наук : 05.02.08 / Г.І. Іщенко. – Харків, 2020. – 190 с.

Ковришкін М.О. Методи підвищення працездатності різального інструменту / М.О. Ковришкін, О.В. Шевченко // Техніка в сільскогосподарському виробництві, галузеве машинобудування, автоматизація. – 2010. – Вип. 23. – С. 298–302.

Козлова О.Б. Пригнічення регенеративних автоколивань при фрезеруванні тонкостінного елемента деталі кінцевими циліндричними фрезами : автореф. дис. ... канд. техн. наук : спец. 05.03.01 / О.Б. Козлова. – Харків : Нац. техн. ун-т «Харків. політехн. ін-т», 2016. – 24 с.

Пат. UA 104343 Україна, МПК (2016.01) В23С 5/00. Фреза з регульованими кутами нахилу різальних кромок кожного зуба / Дядя С.І., Козлова О.Б. ; заявник та власник патенту ЗНТУ. – u 201506918 ; заявл. 13.07.2015 ; опубл. 25.01.2016, Бюл. № 2.

Пат. UA 88683 МПК (2006) F16F15/00 G01M7/02. Стенд для дослідження в’язко- пружних демпфуючих середовищ, призначених для фінішного фрезерування лопаток моноколіс ГТД / Гермашев А.І., Логомінов В.О., Кондратюк Е.В., Мозговий В.Ф., Козлова О.Б. ; заявник та патентовласник Запорізький національний технічний університет. – u201312754 ; заявл. 01.11.2013 ; опубл. 25.03.2014.

Пат. UA 94974 Україна, МПК (2006) G01H11/00 G01M7/02. Cтенд для дослідження коливань при кінцевому циліндричному фрезеруванні тонкостінних елементів деталей / Логомінов В.О., Гермашев А.І., Дядя С.І., Козлова О.Б. ; заявник та власник патенту Запорізький національний технічний університет. – u 201405981 ; заявл. 02.06.2014 ; опубл. 10.12.2014, Бюл. № 23.

Рижов Ю.Е. Оброблюваність титанових сплавів при фрезеруванні із використанням ПНТМ та алмазному хонінгуванні / Ю.Е. Рижов, В.В. Бурикін, С.Л. Абрамова // Процеси механічної обробки в машинобудуванні. – 2010. – Вип. 9. – С. 113–120.

Романов Р.В. Дослідження динамічної поведінки тонкостінних конструкцій при фрезеруванні : магістерська робота / Р.В. Романов. – Київ, 2024. – 115 с.

Середенко Б.М. Визначення температури різання при фрезеруванні титанових сплавів торцевими фрезами / Б.М. Середенко, О.А. Заболотний, А.П. Оробченко // Вісник НТУУ «КПІ». Серія машинобудування. – 2016. – № 3 (78). – С. 71–75.

Сікало М.О. Усунення вібрацій при кінцевому фрезеруванні на верстатах з ЧПК : дис. ... доктора філософії : спец. 05.03.01 / М.О. Сікайло. – К., 2024. – 149 с.

Технології виготовлення деталей складної форми : навч. посіб. для студ. / Ю.В. Петраков, С.В. Сахань, В.К. Фролов, В.М. Кореньков. – Київ : КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2020. – 288 с. [Електронний ресурс]. – Режим доступу : https://ela.kpi.ua/bitstream/123456789/36525/1/PTF_1.pdf.

Зниження регенеративних коливань під час фрезерування маложорстких деталей за рахунок модуляції швидкості головного руху верстата / В.М. Тонконогий, С.А. Зелинський, А.Ж. Ткач, Ю.О. Серебрій // Вісник Національного університету «Львівська політехніка». – 2016. – № 839. – С. 138–143.