Designing and FEM analysis of profile coolant nozzles for aircraft blade root grinding, made by using additive technologies

Abstract

Zamki łopatek silników lotniczych obrabiane są w więk-szości przypadków poprzez szlifowanie głębokie z posuwem pełzającym CFG. Podczas jego wytwarzania kluczowym jest zachowanie dokładności obróbki, jak również jakości powierzchni szlifowanej. W tym celu stosuje się kształtowe dysze chłodziwa, które zapewniają optymalne warunki chłodzenia na całej długości profilu zamka. Przeanalizowano i zoptymalizowano konstrukcję dysz kształtowych oraz przeprowadzono obliczenia MES. SŁOWA KLUCZOWE: MES, szlifowanie CFG, zamek ło-patki, Aircraft blade dovetails are, in most cases, machined by Creep Feed Grinding (CFG). During its production, it is essential to cover machining precision and also quality of the grinding surface. For this purpose, profile coolant nozzles are used, to provide optimum conditions of cooling over the entire length of fir-tree profile. The analysis, optimization of design and FEM calculations were made. KEYWORDS: FEM, CFG grinding, bladeMateriały stosowane do produkcji łopatki turbiny niskiego ciśnienia muszą spełniać szczególne wymagania ze względu na charakter pracy silnika lotniczego jak i ogromne obciąże-nia temperaturowe sięgające do 1100 C panujące na wylocie turbiny. Podstawowymi wymaganiami materiałowymi są m.in: bardzo wysoka wytrzymałość i sztywność w wysokich temperaturach, żarowytrzymałość (szczególnie odporność na pełzanie), żaroodporność (odporność na korozję gazową w podwyższonych temperaturach) oraz odporność na erozję (agresywność środowiska naturalnego). Powyższe wymagania spełniane są przez tak zwane super stopy ("superalloys") -materiały trudno obrabialne, lecz posiadające odpowiednie właściwości fizyczne jak i chemiczne. Jednym z takich materiałów jest stop typu Inconel [9,11]. Inconel to ogólna nazwa stopów niklu (Ni od 45% do 80%) zawierających chrom (Cr od 15% do 29%), molibden (Mo od 3% do 26%), kobalt (Co od 14% do 20%) oraz żelazo (Fe od 1% do 22%). Główną cechą stopów Inconelu jest wysoka odporność na utlenianie oraz korozje. Po nagrzaniu, dzięki pasywacji tworzy grubą i trwałą ochronną warstwę tlenku zapobiegającą erodowaniu powierzchni łopatki. Jest również łatwo spawalny, dzięki czemu łopatki mogą zostać poddane napawaniu miejscowemu w celu dodatkowej ochrony newralgicznych miejsc. Wytrzymałość na wysoką temperaturę uzyskiwana jest dzięki wzmocnieniu roztworu stałego lub utwardzaniu wydzieleniowemu. Ze względu trudność obróbki tego materiału jedną z wiodących metod obróbki zamków ło-patek jest szlifowanie [2,12].Szlifowanie należy do obróbki ostrzem o nieokreślonej geometrii i polega na mikro skrawaniu materiału obrabianego przez ziarna ścierne związane ze spoiwem. Narzędziem jest ściernica, która wykonuje ruch główny obrotowy, a ruch posuwowy wykonuje zazwyczaj przedmiot obrabiany (może to być również sama ściernica). Głównym sposobem szlifowania zamków łopatek jest szlifowanie głębokie z posuwem peł-zającym (CFG), charakteryzujące się dużymi wartościami głębokości szlifowania ae , które mogą osiągać wartości od 2 do 5 mm. Przez tak duże wartości, proces ten można poró...