ТИПОВЫЕ ДЕТАЛИ АВИАЦИОННОГО И РАКЕТНОГО

ТИПОВЫЕ ДЕТАЛИ АВИАЦИОННОГО И РАКЕТНОГО ПРОИЗВОДСТВА,
ПОДВЕРГАЕМЫЕ ВИБРОУДАРНОМУ УПРОЧНИЮ
Материалы упрочняемых деталей.
Детали из высокопрочных алюминиевых сплавов: панели монолитные прессованные и фрезерованные; лонжероны монолитные, ферменные и гофровые; обшивки; нервюры монолитные штампованные и фрезерованные; пояса и стенки
лонжеронов и нервюр; балки шасси; шпангоуты; профили разъема; силовые
кронштейны и фитинги, стрингеры; окантовки люков, окон, дверей фюзеляжа.
Детали из титановых сплавов: панели монолитные фрезерованные и сварные; лонжероны монолитные, в том числе сварные; нервюры монолитные; шпангоуты; балки; стрингеры, бимсы, профили; раскосы; стойки, звенья и балки шасси;
детали агрегатов управления; литые силовые детали; болты, пружины.
Детали из высокопрочных сталей: детали узлов крепления агрегатов; силовые балки планера; рельсы и каретки закрылков; качалки, рычаги и других детали
управления; литые корпуса коробчатой конфигурации; вилки карданов, кронштейны, рычаги; литые детали каркаса планера; балки тележки, траверсы, стойки
шасси; подкосы и рамы шасси; цилиндры и штоки амортизационных стоек шасси,
демпферов, подкосов; защелки и фиксаторы замков и др.
Детали из магниевых сплавов: литые кронштейны, качалки, узлы крепления
планера и др.
Классификация деталей по конструктивным признакам и функциональному назначению.
Детали авиационного и ракетного производства, подвергаемые виброударному упрочнению, подвергаются интенсивному динамическому силовому, химическому и температурному воздействию. Изготавливаются они с максимальным
ограничением массы, эксплуатируются с малым запасом прочности, к ним предъявляются повышенные требования по ресурсу и надежности. Разрушение таких
деталей в большинстве случаев начинается с поверхностного слоя, из-за различных поверхностных дефектов и повреждений усталостного характера. Поверхности деталей имеют сложную форму, в ряде случаев недоступное расположение для
закрепленных и струйных инструментов. Поэтому наиболее эффективная отделочно-упрочняющая обработка таких деталей выполняется при виброабразивном
и виброударном упрочнении.
К деталям сложной формы будем относить детали с криволинейными расположенными в пространстве поверхностями, описываемыми уравнениями второго
и третьего порядка, с недоступным расположением обрабатываемых поверхностей
для закрепленного лезвийного и абразивного инструментов. Например, корпусные
детали с недоступным расположением внутренних поверхностей (рис. 1); крыльчатки с малым межлопаточным зазором (рис. 6). Детали, содержащие поверхности
второго – третьего порядка: лопатки компрессора или турбины сложного профиля
(5, 6); кулачки распределительных валов (5, а); профили эвольвенты цилиндрических и конических зубчатых колес (рис. 5, б, в).
Деталями сложной формы будем также считать детали, образованные пространственно расположенными простыми по форме поверхностями. Например,
фрезерованные панели и стрингеры (рис. 7), стыковой кронштейн лонжерона крыла (рис. 2, б), силовой рычаг (рис. 2,в) фиксатора замка положения стойки шасси,
образованные в основном плоскими поверхностями.
Корпусные детали сложной формы с недоступным расположением внутренних поверхностей для закрепленного лезвийного, абразивного инструментов, в некоторых случаях – недоступных для струйных инструментов (рис. 1). Это детали
типа корпусов гидроагрегатов, турбонасосов или их отдельных в последующем
свариваемых частей.
Типовые корпусные детали сложной формы с недоступным расположением,
как правило, внутренних поверхностей для закрепленного лезвийного и абразивного инструментов представлены на рис. 1.
а)
б)
в)
Рис 1. Корпусные детали турбонасосных агрегатов, полученные точным
литьем с недоступным расположением внутренних поверхностей: материал – типа
ВНЛ; размеры – до 350-500 мм.
а)
б)
в)
Рис. 2. Корпус втулка винта авиационного газотурбинного двигателя (а), силовой кронштейн лонжерона крыла (б), рычаг (в) фиксатора замка положения
стойки шасси: материал – сталь типа 30ХГСНА; размеры: а) – 500×700 мм, б) –
200×350 мм, в) – 150×100×25 мм
Детали сложной формы с доступными наружными поверхностями, но со
сложной геометрией для использования закрепленного лезвийного, абразивного и
упрочняющего инструментов. К этому типу деталей относятся, в частности, втулки винтов авиадвигателей (рис. 2, а), основной шатун звездообразного поршневого
двигателя (рис. 4, а), силовой узел крепления лопасти вертолета (рис. 4, в), корпус
планетарного редуктора после механической обработки (рис. 8). Исходная шероховатость Rz 20–40 мкм, волнистостью Wz 25–50 мкм, дефектного слоя 50-75 мкм.
Рис. 3. Профиль нервюры и силовая балка лонжерона (с закрепленными
бразцами); материал – алюминиевый сплав типа В95, размеры – 1750×270×80 мм
Детали типа силовых кронштейнов, шатунов, рычагов, вилок кардана, законцовки лонжеронов (рис. 4), стойки и балки шасси, в которых помимо несопрягаемых упрочняемых поверхностей сложной формы имеются точные сопрягаемые
поверхности 6–7 квалитетов точности.
Рис. 4. Детали сложной формы с сопрягаемыми точными поверхностями: а –
основной шатун звездообразного поршневого двигателя; б – качалка клапана; в –
законцовка лонжерона лопасти вертолета; г – рычаг поворотный; д – качалка тяги
управления; е – силовой кронштейн; ж – угловой рычаг; з – вилка кардана: материал – сталь типа 38ХН3МА, размеры – от 120 до 320 мм
Детали с упрочняемыми сопрягаемыми точными поверхностями сложной
формы в виде кулачков, зубьев шестерни (рис. 5) шлицов, матриц и пуансонов для
объемной штамповки. Виброударное упрочнение в этом случае осуществляется
после формообразующего чернового и чистового шлифования при исходной шероховатости Rz исх равной 10–25 мкм. При этом обеспечиваются высокие требования к равномерности формирования параметров шероховатости, сжимающих
остаточных напряжений и других показателей качества поверхностного слоя.
а)
б)
в)
Рис. 5. Детали с высокоточными сопрягаемыми поверхностями с элементами
зубчатого зацепления: а – распределительный вал поршневого двигателя; б – валшестерня; в – коническое зубчатое колесо: материал – сталь типа 40ХН; размеры:
длина до 270 мм, диаметр до 200 мм
Детали роторной группы, типа крыльчаток центробежного и осевого компрессоров, шнеки турбонасосных агрегатов (рис. 6).
а)
б)
в)
г)
д)
Рис. 6. Детали роторной группы: а – осевая крыльчатка; б – лопатка турбокомпрессора; в – центробежная крыльчатка; г, д – шнек напорного насоса; е – сопловая направляющая: материал – высокопрочная сталь; размеры – до 350 мм
Особые трудности возникают при финишной обработке осевых крыльчаток с
малыми межлопаточными зазорами. Крыльчатки и колеса центробежных турбин и
компрессоров имеют сложные для отделочно-упрочняющей обработки поверхности проточных каналов, недоступные для закрепленных лезвийных и струйных
инструментов. Высокие требования предъявляются к качеству, дефектности и металлографической структуре поверхностного слоя, точности размеров, формы и
расположения поверхностей, сбалансированности.
Особые трудности возникают при виброабразивной обработке и виброударном упрочнении длинномерных деталей сложной формы с малой изгибной жесткостью, типа фрезерованных панелей, стрингеров, лонжеронов, секций шпангоутов, силовых стыковочных поясов нервюр (рис. 7). Трудность отделочноупрочняющей обработки этих деталей, выполняемой, как правило, после чернового фрезерования, обусловливается значительной площадью обработки и малой изгибной жесткостью. Ручная абразивная зачистка длинномерных деталей очень
трудоемка: продолжительность ручной абразивной зачистки бурмашиной цельнофрезерованной панели размером 4000 мм на 1700 мм составляет 40–50 часов.
Другая трудность возникает при виброударной упрочнении деталей типа корпуса планетарного редуктора с малой жесткостью, к которым предъявляются повышенные требования к точности размеров, форме и расположению поверхностей,
которые могут деформироваться в результате неравномерного формирования остаточных технологических напряжений в поверхностном слое.
Рис. 7. Цельно фрезерованные детали с малой жесткостью: а – силовая законцовка стрингера; б – цельно фрезерованная панель со стрингерным набором; в –
рельс перемещения закрылка; г – носок силовой нервюры: материал – высокопрочный алюминиевый и титановый сплав, размер – длина от 500 до 4000 мм, ширина до 700 мм, толщина до 100 мм
Детали с малой изгибной жесткостью могут иметь большие габариты: цельно фрезерованная панель со стрингерным набором (рис. 7, б) типа лонжеронов,
секций шпангоутов, стыкового пояса нервюры (рис. 8, а); силовой балки шасси
(рис. 8, д). В этом случае размеры этих деталей достигают нескольких десятков
метров. обусловливается малой изгибной жесткостью деталей, что ограничивает
применение интенсивных колебаний при виброобработке.
Рис. 8. Детали с малой жесткостью: стыковой пояс нервюры общий вид
снизу (а), фрагмент стыкового пояса нервюры снизу (б) и сверху (в); корпус планетарного вертолетного редуктора (г), силовая балка шасси (д): а, б, в, д – материал – высокопрочный алюминиевый и титановые сплавы, размеры: длина от 2500
до 5600 м, высота от 350 до 700 мм, ширина от 170 до 300 мм; г – материал сталь
типа 30ХГСНА, размеры 300×300×250 мм
По эксплуатационному признаку все детали можно условно разделить на две
категории: детали работающие с большим ресурсом – детали авиационного производства; детали ракетного производства, работающие с небольшим по времени
ресурсом, при высоких требованиях к надежности. Все детали изготавливаются с
максимальным ограничением массы, эксплуатируются с малым запасом прочности, к ним предъявляются повышенные требования по ресурсу и надежности.