Конструирование и 3Д печать оснастки для металлообработки

Конструирование и изготовление оснастки для металлообработки, сочетающей традиционные детали и детали аддитивного производства

 

В ходе разработки оборудования для лазерной наплавки лопаток газовых турбин нами была разработана и изготовлена технологическая оснастка, позволяющая  точно спозиционировать лопатки для наплавки. Оснастка сочетает элементы, изготовленные на 3Д-принтере с фрезерованными и стандартными покупными деталями.

Задача восстановления лопаток турбин

В процессе работы газовой турбины гребешки лопаток компрессора газовой турбины изнашиваются. Чтобы не выкидывать лопатку, средняя стоимость которой 5000$, необходимо восстанавливать их методом лазерной наплавки. Ширина гребешков лопатки - 0.8-1.2мм.

 

Лопатка компрессора газовой турбины и ее гребешок

Лопатка компрессора газовой турбины и ее гребешок

 

Краткое ТЗ на 3Д печать оснастки для металлообработки

Разработать многоместную оснастку для лазерной наплавки лопаток. Повторяемость позиционирования лопаток ±0,05мм. Вес оснастки c лопатками не должен превышать 5 кг. Время замены лопаток в оснастке - не более 10 минут. Срок изготовления прототипа - 1 месяц. Себестоимость оснастки - не более 50 тыс. рублей.

Процесс разработки оснастки

Первоначальной идеей было базироваться за замки лопаток, чтобы стандартизовать оснастку: есть много разных видов лопаток, типов замков гораздо меньше.

замок лопатки под аддитивную наплавку

 Замок лопатки под аддитивную наплавку

 

В ходе переговоров с заказчиками выяснили, что лопатки в процессе работы вытягиваются и разворачивается. Уточнили техническое задание. Поняли, что нужно основные базы фиксировать ближе к гребешкам. С помощью расчета размерных цепей определили базы на лопатках, дающие наименьшие отклонения ошибки позиционирования. Разработали прототип.

3Д-модель оснастки

3Д модель оснастки

На имеющемся оборудовании изготовили несколько прототипов оснастки.
Верхнюю и нижнюю планку изготовили на станке с ЧПУ Roland из дюралюминия, кронштейны напечатали на FDM принтере из полилактида, зажимы приобрели готовые. Общий срок разработки и изготовления прототипов составил 3 недели (включая время ожидания поставки материалов).
Для доводки прототипа напечатали на FDM принтере модели лопаток и провели испытания с этими моделями.

Прототипы оснастки для аддитивного производства

Прототипы оснастки для аддитивного производства

 

 

Испытания аддитивной оснастки

После испытаний внесли небольшие корректировки - шпильки заменили на винты, добавили ручки для переноски оснастки, исключили возможность попадания луча лазера на пластиковые кронштейны. Разработали конструкторскую документацию на 12 видов оснастки и передали заказчику.  

 

Опытная аддитивная наплавка лопаток в оснастке Темпо

            Опытная аддитивная наплавка лопаток в оснастке Темпо  

   Финальная 3Д-модель оснастки

Финальная 3Д-модель оснастки

 

 

Отзыв заказчика:

Разработанная оснастка соответствует техническому заданию и позволяет успешно восстанавливать гребешки лопаток газовых турбин методом лазерной наплавки.

 

Разработка сайта - Пять Пика Ру