В целях обеспечения технологического суверенитета России государство решило заменить почти все импортные самолеты на отечественные. Так на смену американскому Boing и французскому Airbus должны прийти российские ТУ-214, Sukhoi Superjet 100 new и МС-21-310. Правительство установило задачу поставить в парк не менее 339 новых пассажирских лайнеров к 2030 году. Пермский край получил госзаказ на изготовление более 300 больших авиадвигателей типа ПД-35, ПД-14, ПД-8 и ПС-90А. Чтобы успеть в срок, необходимы огромные денежные вложения, создание дополнительных производственных мощностей и внедрение новых высокотехнологичных решений. Самым трудоемким в производстве двигателей является узел газовой турбины, так как сопловые лопатки, расположенные в нем, представляют собой геометрически сложную конструкцию. Их изготовление стоит больших финансовых средств и занимает очень много времени. А из-за низкой эффективности станков для обработки очень часто не обеспечивается точность и необходимая шероховатость, а также появляются дефекты - трещины и шлифовочные прижоги. Все это приводило к браку, снижению мощности двигателя и увеличенному расходу топлива. Ученые Пермского Политеха нашли способ, как повысить производительность и сократить расходы на изготовление деталей для авиационных двигателей.
Статья с результатами исследований была опубликована в журнале «Станкоинструмент». Сопловые лопатки входят в сопловой аппарат газовой турбины и предназначены для расчетного направления газового потока на рабочие лопатки и создания необходимого крутящего момента ротора газотурбинного двигателя. Их изготавливают из труднообрабатываемых жаропрочных сплавов на никелевой основе. И до этого производство велось обычным методом шлифования на различных универсальных, либо модернизированных токарно-лобовых станках, управляемых вручную. Но ни один из них не обеспечивал необходимого качества обработки.
Ученые из Политеха совместно со специалистами АО «Авиадвигатель» предложили новый высокопроизводительный технологический процесс изготовления и сборки лопаток и узлов соплового аппарата путем совмещения операций цифрового контроля фактической площади проходного сечения и автоматизированного управляемого процесса глубинного шлифования различных базовых поверхностей сопловых лопаток на новом 5-осевом профилешлифовальном станке с числовым программным управлением.
«Новый станок имеет современную конструкцию и концепцию системы управления, которая обеспечивает высокую производительность и точность обработки, а на деталях не появляются трещины и прижоги. Наличие ЧПУ дает больше возможностей для корректировки процесса. Для этого мы создали специальное программное обеспечение», — делится декан механико-технологического факультета ПНИПУ, доктор технических наук, Михаил Песин.
Перед началом испытаний, разработчики значительно переоборудовали станок. Например, импортные шлифовальные круги заменили на отечественные, которые ничем не уступают по стойкости и производительности. Кроме того, аналог позволит сократить расходы на комплектующие в пять раз. На старом оборудовании многие детали выходили со значительными геометрическими отклонениями, поэтому в процесс производства было решено внести корректировки с помощью специального программного обеспечения, которое установили в ЧПУ. Благодаря оцифровки оно позволяет учесть величину искажения фактических литейных погрешностей поверхности профиля пера лопаток, а также рассчитать угол разворота и смещения. За счет СПО удалось снизить все расхождения к минимуму.
Результаты исследований ученых Пермского Политеха уже внедрены и применяются в производстве на заводе «ОДК-Авиадвигатель». Благодаря новой технологии удалось существенно повысить производительность и точность изготовления и сборки сопловых аппаратов газовых турбин. Разработчики даже смогли зарегистрировать патент. По новой технологии обработано более 26 комплектов сопловых аппаратов и более 1000 сопловых лопаток. Данная разработка позволит увеличить производительность трудоемких в изготовлении деталей в три раза, повысит их качество, а также сократит затраты на ежегодное изготовление стапелей и барабанов, которые необходимых для шлифовки деталей, на четыре миллиона рублей. Кроме того, разработка поможет повысить технологический суверенитет России и выполнить большой государственный заказ по строительству новых самолетов.