Ú p r a v a v to ko v e j s ú s t a v y p r e o d l i a to k k l a p k y t u r b í n o v é h o m o to r a ...
Treatment of the gating system for the casting of a turbine engine flap in order to improve internal quality Received: 11.04.2017 Accepted: 04.05.2017 621.74.045 : 621.746.4 investment casting—riser and gating system
Thesis of submit ted work s focuses on possibilities to increase internal qualit y of flap casting of turbine engine produced by investment casting technology. Elimination of porosit y will be based on gate system alteration. Sof t ware ProCA ST will be used to analy ze and evaluate the individual designs.
Ing. Marek Brůna, PhD. marek.bruna@fstroj.uniza.sk
prof. Ing. Dana Bolibruchová, PhD. danka.bolibruchova@fstroj.uniza.sk
doc. Ing. Richard Pastirčák, PhD. richard.pastircak@fstroj.uniza.sk Žilinská univerzita v Žiline, Strojnícka fakulta, Katedra technologického inžinierst va, Slovenská republika Universit y of Žilina, Facult y of Mechanical Engineering, D e p a r t m e n t o f Te c h n o l o g i c a l E n g i n e e r i n g , S l o v a k R e p u b l i c
Ú vo d Neustále sa zvyšujúce nároky zákazníkov spoločne s priemyselným pokrokom výroby núti nielen zlievarne, ale i akékoľvek iné spoločnosti ku zvyšovaniu kvality výrobkov pri súčasnom znižovaní ceny výrobku. Odlievanie odliatkov metódou vytaviteľného modelu patrí medzi najnáročnejšie technológie výroby, ktoré sú dnes používané na odliatky s veľmi vysokými nárokmi, používané najmä v leteckom priemysle či presnej mechanike. Táto technológia umožňuje vytvárať súčasti, ktorých výroba inou technológiou by bola príliš nákladná, alebo nemožná. História tejto metódy sa datuje už niekoľko tisícročí. V minulosti bola využívaná najmä v umeleckej sfére. Medzi najstaršie písomné dokumenty opisujúce, okrem iného, metódu presného liatia patria záznamy spísané mníchom Theophilusom Presbyterom z roku okolo 1100 pred naším letopočtom. Nástup priemyselného využitia a najväčší rozvoj zažila táto technológia počas 2. svetovej vojny, kedy bol zvýšený dopyt po tvarovo zložitých a presných výrobkoch. Aj cez mnoho kladných vlastností sa na odliatkoch môžu vyskytovať nedokonalosti, ktoré vedú k ekonomickým stratám a stratám na kvalite. Jedným z riešení, ako sa efektívne vyhnúť vzniku chýb na odliatkoch už počas procesu návrhu technológie, je analyzovanie príčiny vzniku a riešenie jeho odstránenia. Práca je zameraná na túto problematiku. Pre riešenie vzniknutých chýb vo východiskovom stave súčasti, a následnú aplikáciu riešení bolo využívané pracovné prostredie softweru ProCAST. Experimentálna časť Podstatou práce bolo navrhnúť riešenia pre zlepšenie vnútornej kvality odliatku klapky turbínového motora. Odliatok je vyrábaný technológiou vytaviteľného modelu spoločnosťou CPP, s. r. o., ktorých prvotne navrhnutý variant odlievania vykazoval vnútorné chyby neprípustné pre odberateľa. Z tohto dôvodu bola od spoločnosti prijatá požiadavka o navrhnutie riešení tohto problému. Analyzovanie a navrhnutie možných riešení prebiehali v simulačnom programe ProCAST. Charakteristika klapky Klapka tvorí jednu zo súčastí tzv. protipumpážneho ventilu (obr. 1) turbínového motora Trent 7000, navrhnutého spoločnosťou Rolls Royce, ktorý bol vyvinutý pre Airbus A330neo. Pumpáž je jav, ktorý nastáva vo chvíli narušenia plynulého prietoku vzduchu motorom, čo má za následok zníženie absolutnej rýchlosti prúdu vzduchu a zmenu uhlu nábehu prúdu na lopatky. To spôsobí vznik pretlaku pred kompresorom, a nie za ním, čím plyny zo spaľovacej komory expandujú do prednej časti motora, ktorý stráca ťah. Pri prudkej akcelerácii, resp. decelerácii otáčok motora dôjde ku nerovnovážnemu stavu, čo má negatívny vplyv na jeho životnosť. Preto je tomuto javu nutné zabrániť a konštrukčne najjednoduchším spôsobom sú protipumpážne ventily, ktoré sa otvoria v okamihu, kedy tlak pred kompresorom dosahuje kritické hodnoty; po vyrovnaní tlaku sa klapky vrátia do pôvodnej polohy. Uloženie klapky ako súčasť ventilu je zobrazené na obr. 2. Klapka je vyrábaná z materiálu INCONEL718. Tento materiál sa radí medzi niklové superzliatiny a je možné ho používať až do teplôt cca 1050 °C. Mikroštruktúra materiálu zahŕňa austenitickú matricu (γ), v ktorej sú rozpustené ďalšie sekundárne fázy. Podstatou spevnenia je precipitačným vytvrdením vzniknutá intermetalická fáza (γ“) s tetragonálnou štruktúrou, ktorá vytvára lamely koherentné s austenitickou matricou. Týmto procesom vzniká štruktúra v podobe veľkých zŕn obsa
S l é vá re ns t v í . L X V . k v ě te n – č e r v e n 2017 . 5 – 6
145
PŘESNÉ LITÍ
Úprava vtokovej sústavy pre odliatok klapky turbínového motora za účelom zlepšenia vnútornej kvality
M . B r ů n a – D. B o l i b r u c h o v á – R . P a s t i r č á k
