CC BY
97
УДК 621.7:621.43
Г. И. Пейчев, Э. В. Кондратюк, С. Д. Зиличихис
ОСОБЕННОСТИ СОВРЕМЕННОЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ПОДГОТОВКИ ПРОИЗВОДСТВА В УСЛОВИЯХ ОПЫТНОГО ПРОИЗВОДСТВА АВИАЦИОННЫХ
ДВИГАТЕЛЕЙ
Рассмотрены проблемы современного авиадвигателестроения и их решение, описаны пути и методы сокращения сроков создания новой техники и снижения трудоемкости.
В настоящий момент Предприятие ГП «Ивченко-Прогресс» имеет широкое признание и газотурбинные двигатели (ГТД) нашей разработки эксплуатируются в 80 странах.
Коллективу приходится работать с учетом требований и заказов рынка, однако при этом не хватает государственного финансирования, которое так необходимо наукоемкому производству. Коллективу предприятия удалось отыскать свою экономическую нишу, которая помогла выстоять ему в сложных условиях. Результатом нового подхода стала модернизация двигателей, продукции их использованного цикла.
Несмотря на ограниченные производственные площади, отсутствие средств на коренную реновацию производства, на предприятии продолжают работать по новой тематике. Разработано новое семейство двухконтурных турбореактивных двигателей АИ-222-25 для учебно-боевых самолетов, в том числе двигатель с форсажной камерой АИ-222К-25Ф, семейство двигателей модульной конструкции Д-436, Д-436-ТП, в том числе двигатель Д-436-148 для самолета АН 148, турбовинтовой двигатель Д-27 для самолета АН-70. Среди двигателей меньшей размерности следует выделить двигатель АИ-450. Из наземной тематики - установку для тушения пожара АИ-19ГИГ (генератор инертных газов) и передвижную электростанцию АИ-2500 [1].
Рыночные отношения требуют сокращения сроков, необходимых для проектирования и изготовления новых изделий; расширение номенклатуры выпускаемых изделий требуют решение технологических задач, связанных с организацией гибких производственных систем и, прежде всего, в системе технологической подготовки производства (ТИП).
Ранее, при государственном финансировании предприятия система ТПП представляла собой последовательное выполнение действий, связанных с планированием, технологическим анализом конструкторской документации, анализом существующих мощностей и площадей, наличием технологических процессов, оборудованием и оснасткой, определе-
© Г. И. Пейчев, Э. В. Кондратюк, С. Д. Зиличихис 2008
нием возможности получения комплектующих изделий, определением возможности закупки материалов, организации рабочих мест и т. д. [2].
В условиях динамически изменяющихся требований рынка и жесткой конкуренции, когда ключевыми факторами успеха производства являются качество и надежность продукции, а также временной фактор, специалисты предприятия ищут пути сокращения сроков создания новой техники и снижения ее трудоемкости.
В первую очередь необходимо сократить сроки разработки технологических процессов и проработки конструкторской документации. Проектирование деталей и сборочных единиц проходит в сотрудничестве конструктора и технолога. Так, еще на стадии разработки вся конструкторская документация подвергается технологическому анализу с точки зрения технологичности конструкции.
Рассматриваются возможности оптимальных затрат труда, средств и материалов. Решаются вопросы ремонтопригодности и модульности конструкции.
Для организации обмена данными, чертежами, моделями между научно-исследовательским отделом и технологическими службами предприятия организована корпоративная информационная сеть. В распоряжении конструкторов и технологов находятся многофункциональные компьютерные системы AutoCad, Unigraphics, PSI5D, RCS. Использование этих систем позволяет реализовать сквозные проекты подготовки производства деталей, и соответственно сократить время, затрачиваемое на ТПП. Для уменьшения трудоемкости изготовления двигателя и увеличения производительности необходимо создавать комплекс единых информационных моделей, описывающих изделие, производство и эксплуатацию.
Вторым значительным шагом к экономии и бережливости было урегулирование поставок материалов и комплектующих, их учет и хранение. Компьютерные базы данных позволяют оперативно вести учет и перемещение материалов, комплектующих изделий, инструмента, топлива и др., при этом по-
зволяют обоснованно ограничить и сократить номенклатуру и сортамент закупаемых материалов в соответствии с производственной необходимостью. Пересмотрены нормы вспомогательных материалов, а невостребованные материалы исключены из ведомостей.
Одним из примеров высоких технологий является лазерная размерная обработка. Лазерная резка металлов позволяет относительно просто, в автоматическом режиме, изготавливать сложные детали из листовых материалов. Лазерная резка экономически выгодна и технически целесообразна из-за гибкости процесса и исключения подготовительных работ, присущих традиционной технологии - штамповке.
Основные направления применения лазерной размерной технологии на предприятии:
- раскрой листовых материалов;
- изготовление перфорации в различных элементах ГТД;
- выполнение просечек под лопатки в кольцах направляющих аппаратов;
- обработка резинотехнических и композиционных материалов.
Из опыта предприятия установлено, что при проектировании техпроцесса целесообразно закладывать лазерную резку при изготовлении партии деталей до 500 штук. При больших партиях получение деталей выполняется по традиционной технологии -штамповкой, с проектированием и изготовлением всей необходимой оснастки. В настоящее время, после модернизации лазерного комплекса ГПЛТ-100 обрабатываются листовые материалы толщиной до 3-х мм. Проведен большой объем исследовательских работ по влиянию лазерной резки на эксплуатацию деталей.
Также на предприятии получило широкое применение лазерное маркирование (рис. 1), при котором положительными факторами являются отсутствие необходимости применения дорогостоящей оснастки и инструмента; бесконтактность, минимальное воздействие на поверхность детали; возможность использования различных режимов для обеспечения технических требований чертежа, так, например, получение различной глубины маркирования (например, для нержавеющих и титановых сплавов - от 4 мкм, для алюминиевых - от 10 мкм), что подтверждается проведенными исследовательскими работами; возможность применения различных шрифтов (от 0,8 мм), что практически невозможно обеспечить традиционными методами маркирования.
Несмотря на использование нового оборудования (установки УВНК8) и высокие технологии, ТИП литейного производства газотурбинных лопаток двигателей (ГТД) по выплавляемым моделям из
Рис. 1. Лазерный маркировщик
никелевых жаропрочных сплавов остается очень трудоемким процессом.
Возникающие вопросы на всех стадиях подготовки и организации литейного производства требуют системного подхода к их решению:
- при проектировании и разработки конструкторской документации;
- при разработке технологических процессов;
- при вводе в действие технологического оснащения;
- при техническом обслуживании оборудования;
- при процессе изготовления изделия;
- при формировании и обеспечении эффективности работы системы менеджмента качества литейного цеха и других подразделений.
Решение этих и других вопросов привели к созданию механо-литейно-термического комплекса (МЛТК). В комплекс вошли: литейный, термический и механосборочный цехи изготовления лопаток ГТД.
Концентрация производства (МЛТК) основных деталей ГТД, лопаток турбины и компрессора, а также моноколес позволила:
- более рационально использовать загрузку термических печей;
- наладить стабильную работу механических участков комплекса;
- совершенствовать планирование выполняемых работ;
- вести ТПП последовательно-параллельным методом на основе системы автоматизированного проектирования (САПР) [5].
Для производства сложнофасонной оснастки, в т. ч. модельных пресс-форм, производство было дооснащено высокоточным фрезерным станком фирмы 81ап^ СБ 100 для изготовления электродов и высокоэффективными эрозионными станками с
188М1727-0219 Вестникдвигателестроения№ 2/2008
- 75 -
ЧПУ фирмы АвГБ для прожига деталей. Система оснастки «ЗЯ» позволяет без дополнительного оснащения изготавливать электрод на фрезерном станке СБ 100 и позиционировать его на электроэрозионных с точностью до 0,01 мм. Отпадает необходимость в специальной оснастке и кондукторах.
Все станки с ЧПУ были оборудованы программным загрузочным устройством (ПЗУ). Система числового программного управления станками модернизирована на базе персональных компьютеров и дает возможность не только управлять станком, но и осуществлять хранение, редактирование, систематизирование управляющих программ. В корпоративной сети предприятия оператор имеет возможность обмениваться информацией с программистом.
Компьютерная поддержка проектирования, наличие систем ШЮКАРН1С8; САБ/САМ, создание твердотельных моделей [5] позволили создать замкнутый технологический цикл проектирования и изготовления стержневых и модельных пресс-форм, а также сложно-профильной оснастки (штампов) для воспроизводства лопаток ГТД.
С момента согласования технологических требований к отливке рабочей лопатки турбины до сдачи готовой пресс-формы в литейный цех за-трачивает-ся в среднем 3 месяца [6].
В структуре общей трудоемкости формообразования и сборки ГТД наибольший удельный вес занимает механообработка, а среди групп деталей наибольшая трудоемкость приходится на производство лопаток компрессора и турбины от 22 % до 30 % от общей трудоемкости изготовления двигателя [8].
Одним из перспективных направлений, решения проблемы повышения эффективности механической обработки в производстве лопаток компрессора и моноколес, является внедрение технологии скоростного фрезерования. Эффективное применение методов скоростной обработки невозможно без высокотехнологичного оборудования.
Приобретение обрабатывающих центров фирмы 81аггая 28500/130 (рис. 2) и 8Х051В/С позволили не только повысить эффективность механической обработки труднообрабатываемых материалов, но и решать проблему изготовления лопаток компрессора и моноколес, ускорить ТПП, создать еще несколько гибких производственных моделей.
Пример. Трудоемкость изготовления центробежного колеса, сплав ЭК-79, составляет 1400 н/ч, при высокоскоростном фрезеровании - 200 н/ч.
Не имея своего заготовительно-штамповочного производства, предприятию приходилось приобретать заготовки лопаток со стороны, а часто и изготавливать штампы и оснастку второго порядка для модифицированных лопаток компрессора.
Обрабатывающий центр 81ап^ 8Х-051 позво-
Рис. 2. Обрабатывающий центр фирмы Starrag ZS500/130
ляет:
- обрабатывать широкую гамму лопаток компрессора;
- отказаться от традиционной технологии изготовления лопаток компрессора методом холодного вальцевания.
В том числе проведена исследовательская работа по усовершенствованию процесса для повышения усталостной прочности деталей.
Пример. Лопатку вентилятора длиной 450 мм и хордой 270 мм. Использовать при этом любую заготовку от прутка до точной штамповки.
Оснащенность станков измерительной головкой Renishaw дает возможность отказаться от проектирования контрольной оснастки. Это существенно сокращает сроки изготовления опытных модификаций лопаток.
Программы обеспечения станков системы RCS и PSI 5D позволяют:
- разрабатывать управляющие программы для обработки профилей лопаток, хвостовиков лопаток типа «ласточкин хвост» с плоскими и кольцевыми поверхностями моноколес;
- через формат интерфейса обращаться к базе данных твердотельной модели в системе UNIGRAPHICS;
- наглядность визуализации траекторий движения инструмента.
Важным звеном технологического процесса изготовления деталей сложного профиля являются контрольные операции. Так, при изготовлении, а также для входного контроля деталей сложного профиля (диски, моно и центробежные колеса, зубчатые колеса и др.) используется координатно-изме-рительная машина фирмы Wenzel ( рис. 3).
Эффективное использование своевременного автоматизированного оборудования возможно при применении режущего инструмента из твердого сплава.
На предприятии организован участок централи-
Рис. 3. Координатно-измерительная машина
зованного изготовления и переточки фрез, используемых на обрабатываемых центрах Starrag, Huron. Анализ работ участка осуществляется с учетом загрузки обрабатывающих центров. Участок оснащен отечественным оборудованием и станком фирм Walter (рис. 4), SCHNEEBERGER GEMINI.
Рис. 4. Заточной станок Helitronic Power Regrinder
Для увеличения ресурса применяются различные методы упрочнения поверхности.
Внедрение высоких технологий невозможно без привлечения специализированных научных организаций [4]. Технологические службы отдела главного технолога и отдела главного металлурга постоянно сотрудничают со Всесоюзным институтом авиационных материалов (ВИАМ), Центральным институтом моторостроения (ЦИАМ), Украинским науч-
но-исследовательским институтом авиационной технологии и организации производства (УКРНИАТ), Национальным Техническим Университетом «КПИ», Украинским институтом УкрНИИ СПЕЦСТАЛЬ, институтом электросварки им. Е.О. Патона, Запорожским национальным техническим университетом. Работы ведутся по таким основным направлениям, как технология композитных материалов, технологии теплозащитных покрытий рабочих лопаток турбины высокого давления, автоматизация литейного производства, автоматизированное проектирование производства, технологии лазерной обработки, технологии пайки и сварки и др.
Завершающим этапом производства являются стендовые испытания двигателя.
В процессе стендового испытания двигателя необходимо получить полную и достоверную информацию о его параметрах. Это достигается за счет автоматизации процессов испытания на базе средств вычислительной техники. Автоматизированы стенды для испытания двигателей Д27, 436Т, АИ-222-25, АИ-222К-25Ф, АИ-450. Диагностическая аппаратура позволяет считывать до 700 контролируемых параметров на установившихся и переходных режимах работы двигателя.
Дальнейшее развитие систем стендовых испытаний двигателей направлено на улучшение и расширение диагностики, сбора и хранения информации.
В настоящий момент предприятие работает над созданием новых авиационных двигателей и изделий наземной тематики и одновременно занимается продлением ресурсов ранее разработанных изделий. В этой связи проблемы управляемости технологическими процессами, правильность их выбора определяет всю совокупность нормируемых показаний качества. Разработаны мероприятия и проводятся работы по внедрению систем:
- Techcard - предназначена для комплексной автоматизации ТТП;
- Search - предназначена для создания и внедрения архива технологической документации и управления его документооборотом;
- IMBASE - управление справочными данными.
Перечень ссылок
1. Лщери XXI столггтя. ГП ЗМКБ «Прогресс» им. академика А.Г. Ивченко. - 11 с.
2. Балабанов А.Н., Канарчук В.Е. Справочник технолога мелкосерийных и ремонтных производств. - 13 с.
3. Мямица А. К. Технологическая подготовка производства мотогондолы самолета АН 74ТК-300 на базе оборудования с ЧПУ и аналитических эталонов. - Вестник двигателестроения. - 2003.
ISSN1727-0219 Вестник двигателестроения № 2/2008
- 77 -
- № 1.- 13 с.
4. Жеманюк П. Д., Мозговой В.Ф., Мигунов В.М. Направления и этапы сотрудничества технологической службы завода с НИИ, ОКБ и другими разработчиками новых технологий. - Технологические системы. - 2001. - № 3. - 18 с.
5. Авиастроение. Качество, сертификация и лицензирование. /Под редакцией д.т.н. Безьязычного В.Ф. - М.: Машиностроение, 2003. - С. 302, 357.
6. Современные технологии в производстве газо-
турбинных двигателей. /Под редакцией Брату-хина А.Г., Язова Г.К., Карасева Б.Е. - М.: Машиностроение, 1977. - С. 62-359.
7. Старик Д.Э., Парамонов Ф.И., Бугаков И.И. Экономика, организация и планирование авиационного производства. - М.: Машиностроение, 1976. - 176 с.
8. Крымов В. В. Диссертация в виде научного доклада на соискание ученой степени доктора технических наук. - Москва, 1999 - 4 с.
Поступила в редакцию 20.02.2008
Розглянуто проблеми сучасного авгадвигунобудування i ïx рШення, описанi шляхи i ме-тоди скорочення термiнiв створення ново'1 теxнiки i зниження трудомiсткостi.
Some problems of modern aircraft engine building and their decisions are considered, the time reducing method of new technique developing and production costs decreasing are described.
