«Підвищення продуктивності і якості виготовлення лопаток компресора за допомогою електрохімічної обробки»

Рожко, Олександр Юрійович

Please use this identifier to cite or link to this item: https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/9116

Title:	«Підвищення продуктивності і якості виготовлення лопаток компресора за допомогою електрохімічної обробки»
Authors:	Канашевич, Георгій Вікторович Рожко, Олександр Юрійович
Keywords:	Електрохімічна обробка
Issue Date:	2024
Abstract:	Тема кваліфікаційної роботи магістра: «Підвищення продуктивності і якості виготовлення лопаток компресора за допомогою електрохімічної обробки» Виконавець: студент групи мНТ-32 Рожко Олександр Юрійович. Керівник: д.т.н., професор Канашевич Георгій Вікторович. Кваліфікаційна робота містить 95 сторінок формату А4, 55 рисунків, 11 таблиць, кількість літературних джерел - 81. Процесс ЭХО базується на використанні явищ розчинення поверхні анода (деталі) в електроліті. Сутність даного методу полягає в тому, що струмінь електроліту, що протікає з великою швидкістю зазором між катодом (електродомінструментом) і поверхнею аноду (лопатку), при пропусканні струму великої щільності інтенсивно розчиняє метал на поверхні анода. В цій роботі розглянуті основні напрямки розвитку методів розмірної електрохімічної обробки, однією з таких напрямків є необхідність скорочення дострокових операцій після виконання операцій ЕХО, зокрема, усунення фрезерування поверхні полиці та радіусів з'єднання, ручне обрізання вхідної та вихідної кромок лопатки. Обробка всіх елементів проточної частини пера лопатки отримала назву кругової електрохімічної обробки. Практична значимість роботи полягає в тому, що проведені дослідження дозволили визначити оптимальні значення параметрів процесу ЕХО для обробки сплавів TA6V і можливі діапазони зміни основних параметрів процесу для отримання заданої точності обробки, середньої арифметичної висоти мікронервертості (не більше 1 мкм) при максимальній продуктивності.
URI:	https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/9116
Appears in Collections:	131 Прикладна механіка (Обробка металів за спецтехнологіями)

Files in This Item:

File	Description	Size	Format
Рожко.pdf Restricted Access		2.27 MB	Adobe PDF	View/Open Request a copy

Show full item record

Extracted text

Міністерство освіти і науки України
Черкаський державний технологічний університет
Факультет електронних технологій, автотранспорту та машинобудування
Кафедра технології та обладнання машинобудівних виробництв

До захисту допущено:
Завідувач кафедри ТОМВ
____________Георгій КАНАШЕВИЧ
«_____»_____________2024р.

Пояснювальна записка
до кваліфікаційної роботи магістра

на тему: «Підвищення продуктивності і якості виготовлення лопаток
компресора за допомогою електрохімічної обробки»

Виконав: здобувач 2 курсу, групи мНТ-32
Спеціальності 131 – «Прикладна механіка»
Освітня програма – «Обробка металів за
спецтехнологіями»
Рожко Олександр Юрійович
Керівник: д.т.н., професор Канашевич Георгій
Вікторович
Рецензент: головний інженер ДП «Семпал»
м.Черкаси
Якушев Іван Володимирович

Черкаси 2024 р.
Черкаський державний технологічний університет
Факультет електронних технологій, автотранспорту та машинобудування
Кафедра технології та обладнання машинобудівних виробництв
Освітній рівень магістерський.
Спеціальність 131 «Прикладна механіка».
Освітня програма «Обробка металів за спецтехнологіями»

ЗАТВЕРДЖУЮ:
Завідувач кафедри ТОМВ
Георгій КАНАШЕВИЧ
« » ____________2024р.

ЗАВДАННЯ
на кваліфікаційну роботу магістра

_Рожко Олександру Юрійовичу_
(прізвище, ім’я, по батькові)
1. Тема роботи «Підвищення продуктивності і якості виготовлення лопаток
компресора за допомогою електрохімічної обробки».
Керівник роботи Канашевич Георгій Вікторович д.т.н., професор
(прізвище, ім’я, по батькові, науковий ступінь, вчене звання)
Затверджена наказом Черкаського державного технологічного університету від
«16» вересня 2024р. №272/04
2. Термін подання здобувачем роботи 26. 11. 2024 р.
3. Вихідні дані до роботи: Технологія електрохімічної обробки, Завдання до
розділу охорона праці та безпека в НС
4. Зміст пояснювальної записки: Аналіз рівня розвитку електрохімічної обробки
лопаток ГТД; Математична модель кругової електрохімічної обробки; Вибір
схеми руху електродів і електроліту для операції кругової ЕХО; ехнологічне
обладнання для кругової електрохімічної обробки лопаток ГТД; Дослідження
процесу кругової електрохімічної обробки лопаток; Охорона праці та безпека в
НС
5. Перелік графічного матеріал(з точним зазначенням обов’язкових
креслеників, плакатів, презентацій тощо Тема, мета, задачі, об’єкт
дослідження, предмет дослідження; Обладнання для виготовлення лопаток;
Алгоритм послідовності операції кругової ЕХО; Характеристика матеріалу;
Модель ЕІ; Параметри джерела живлення; Елементи технологічної системи
для реалізації кругової ЕХО; Параметри кругової ЕХО; Результати роботи з
підвищення якості технології кругової ЕХО; Охорона праці та безпека в НС;
Загальні висновки
6. Керівники з роботи із зазначенням розділів роботи, що їх стосується
Прізвище, ініціали та посада Підпис, дата
Розділ
консультанта завдання видав завдання прийняв
Розділ 1-4 Мацепа Сергій Михайлович
Розділ 5 Цікановський Володимир Леонідович

7. Дата видачі завдання 16.09.2024 р.
Календарний план
№ Назва етапів дипломного Строк
Примітка
з/п роботи виконання етапів роботи
1 Збір інформації для написання КРМ 16.04. - 01.10.2024
2 Написання І розділу КРМ 02.10.-15.10.2024
3 Написання ІІ розділу КРМ 16.10 – 24.10.2024
4 Написання ІІІ розділу КРМ 25.10 – 2.11.2024
5 Написання розділу з охорони праці 3.11 – 9.11.2024
6 Оформлення пояснювальної записки 10.11 – 25.11.2024
7 Оформлення графічної документації 26.11 – 04.12.2024
8 Захист роботи 17.12.-19.12.2024р.

Здобувач ___________ __Олександр РОЖКО__
Підпис Власне ім’я, ПРІЗВИЩЕ

Керівник ___________ Георгій КАНАШЕВИЧ
Підпис Власне ім’я, ПРІЗВИЩЕ

4
АНОТАЦІЯ
Тема кваліфікаційної роботи магістра: «Підвищення продуктивності і якості
виготовлення лопаток компресора за допомогою електрохімічної обробки»
Виконавець: студент групи мНТ-32 Рожко Олександр Юрійович.
Керівник: д.т.н., професор Канашевич Георгій Вікторович.
Кваліфікаційна робота містить 95 сторінок формату А4, 55 рисунків, 11
таблиць, кількість літературних джерел - 81.
Процесс ЭХО базується на використанні явищ розчинення поверхні анода
(деталі) в електроліті. Сутність даного методу полягає в тому, що струмінь
електроліту, що протікає з великою швидкістю зазором між катодом (електродом-
інструментом) і поверхнею аноду (лопатку), при пропусканні струму великої
щільності інтенсивно розчиняє метал на поверхні анода.
В цій роботі розглянуті основні напрямки розвитку методів розмірної
електрохімічної обробки, однією з таких напрямків є необхідність скорочення
дострокових операцій після виконання операцій ЕХО, зокрема, усунення
фрезерування поверхні полиці та радіусів з'єднання, ручне обрізання вхідної та
вихідної кромок лопатки. Обробка всіх елементів проточної частини пера лопатки
отримала назву кругової електрохімічної обробки.
Практична значимість роботи полягає в тому, що проведені дослідження
дозволили визначити оптимальні значення параметрів процесу ЕХО для обробки
сплавів TA6V і можливі діапазони зміни основних параметрів процесу для
отримання заданої точності обробки, середньої арифметичної висоти
мікронервертості (не більше 1 мкм) при максимальній продуктивності.

5
ABSTRACT
Master's Qualification Work Topic: "Enhancing the Productivity and Quality of
Compressor Blade Manufacturing through Electrochemical Processing"
Performer: Student of Group mNT-32, Oleksandr Rozhko
Supervisor: Doctor of Technical Sciences, Professor Heorhii Kanashevych
The qualification work contains 95 A4 pages, 55 figures, 11 tables, and 81
references.
The ECH process is based on the use of phenomena of dissolution of the surface of
the anode (part) in the electrolyte. The essence of this method is that the jet of electrolyte,
proceeding at a high speed with a gap between the cathode (electrode-tool) and the surface
of the anode (shoulder blade), at the passing of a high-density current intensively
dissolves the metal on the surface of the anode.
In this paper, the main directions of the development of methods of dimensional
electrochemical treatment are considered, one of such directions is the need to reduce pre-
term operations after performing ECO operations, in particular, eliminating the milling
of the surface of the shelf and the radii of the connection, manual cutting of the input and
output edges of the shoulder blade. Treatment of all elements of the flowing part of the
blade pier is called circular electrochemical treatment.
The practical significance of the work is that the conducted studies allowed to
determine the optimum values of the parameters of the ECO process for the processing
of alloys TA6V and possible ranges of change of the basic parameters of the process for
obtaining the given accuracy of processing, the average arithmetic height of the
microwave redundancy (not more than 1 μm) with maximum productivity.
6
Зміст
Вступ ................................................................................................................................. 8
Розділ 1 Аналіз рівня розвитку електрохімічної обробки лопаток ГТД ............. 10
1.1 Літературний аналіз розробок в області кругової ........................................... 10
електрохімічної обробки лопаток ГТД ................................................................... 10
1.2 Циклограми переміщення електродів-інструментів при ................................ 11
електрохімічній обробці лопаток ГТД .................................................................... 11
1.3 Особливості конструкції електродів-інструментів для кругової ................... 18
електрохімічної обробки лопаток ГТД і методи їх виготовлення ....................... 18
Висновок до розділу 1............................................................................................... 27
Розділ 2. Математична модель кругової електрохімічної обробки ..................... 28
2.1. Технологічні вимоги до деталі при виконанні операції ................................. 28
кругової ЕХО ............................................................................................................. 28
2.2 Вибір схеми руху електродів і електроліту для операції кругової ЕХО ... 31
2.3 Математична модель кругової ЕХО лопаток ГТД ...................................... 35
Висновок до розділу 2............................................................................................... 38
Розділ 3. Технологічне обладнання для кругової електрохімічної обробки
лопаток ГТД ................................................................................................................... 39
3.1 Установка для кругової електрохімічної обробки лопаток ............................ 39
3.1.1 Станки для кругової електрохімічної обробки лопаток ............................ 39
3.1.2 Джерела живлення ......................................................................................... 43
3.2 Елементи технологічної системи для реалізації кругової електрохімічної
обробки деталі представника ....................................................................................... 49
3.2.1 Майстер-лопатка ............................................................................................ 50
3.2.2 Електроди-інструменти ................................................................................. 52
3.2.3 Робоче пристосування ................................................................................... 53
Висновок до розділу 3............................................................................................... 55

7
Розділ 4. Дослідження процесу кругової електрохімічної обробки лопаток ...... 56
4.1 Установка і методика проведення досліджень ................................................ 56
4.2 Аналіз математичної моделі і визначення залежності висоти
мікронерівностей від основних параметрів процесу кругової ЕХО ........................ 59
4.3 Оцінка точності формоутворення при круговій електрохімічній обробці в
залежності від основних параметрів процесу ............................................................ 63
4.4 Визначення оптимальних режимів кругової ЕХО на основі математичної
моделі .............................................................................................................................. 71
Висновок до розділу 4............................................................................................... 72
Розділ 5. Охорона праці та безпека в НС ................................................................ 74
5.1 Вимоги охорони праці під час електрохімічної обробки металів .................. 74
5.2 Вимоги безпеки до організації робочих місць ..................................................... 77
5.3 Вимоги охорони праці під час технологічних процесів ...................................... 79
Загальні висновки ...................................................................................................... 84
Умовні позначення .................................................................................................... 85
Список використаної літератури ................................................................................. 86

8
Вступ
Процес ЕХО грунтується на використанні явищ розчинення поверхні анода
(деталі) в електроліті. Сутність даного методу полягає в тому, що струмінь
електроліту, що протікає з великою швидкістю по зазору між катодом (електродом-
інструментом) і поверхнею анода (лопаткою), при пропущенні струму великої
щільності інтенсивно розчиняє метал на поверхні анода.
Метод електрохімічної обробки лежить в основі технології виробництва
лопаток ГТД, так як за багатьма показниками перевершує інші відомі методи
механічної обробки. ЕХО забезпечує точність обробки за першим класом ОСТ
1.02571-86, задані параметри якості поверхневого шару, володіє високою
продуктивністю і низькою собівартістю в серійному виробництві деталей.
Унікальність розмірної ЕХО характеризується такими особливостями, як незначна
залежність продуктивності від механічних властивостей матеріалу; відсутність
зносу інструменту; слабкий вплив на фізико-механічні характеристики
поверхневого шару, що зменшується з підвищенням ступеня інтенсифікації
процесу; відносна простота і універсальність обладнання для реалізації методу і
порівняно низька трудомісткість його переналагодження.
У даній роботі розглянуті основні напрямки розвитку методів розмірної
електрохімічної обробки, одним з таких напрямків є необхідність скорочення
операцій доведення після виконання операції ЕХО, зокрема, усунення
фрезерування поверхні полиці і радіусів сполучення, ручної обрізки вхідних і
вихідних кромок лопатки. Обробка всіх елементів проточної частини пера лопатки
отримала назву кругової електрохімічної обробки.
Мета роботи. Підвищення продуктивності та якості кругової
електрохімічної обробки лопаток компресора ГТД на основі моделювання та
оптимізації режимних параметрів процесу.
Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити наступні завдання:
1. Розробити математичну модель кругової розмірної електрохімічної
обробки на основі аналізу технологічних схем і оснащення, використовуваних на
операції розмірної ЕХО профілю пера лопаток ГТД.

9
2. Розробити вимоги до технологічного обладнання і оснастки для реалізації
процесу кругової розмірної ЕХО проточної частини пера компресорних лопаток
ГТД.
3. Отримати моделі точності, середньої арифметичної висоти
мікронерівностей і продуктивності для електрохімічного формоутворення, що
враховують вплив основних параметрів процесу кругової розмірної ЕХО.
4. Проаналізувати методику та алгоритм визначення попередніх параметрів
процесу кругової розмірної ЕХО з урахуванням наявних вхідних і вихідних
характеристик процесу і деталі.
5. Впровадити розроблений технологічний процес і методику в серійне
виробництво лопаток компресора ГТД.

10
Розділ 1 Аналіз рівня розвитку електрохімічної обробки лопаток ГТД
1.1 Літературний аналіз розробок в області кругової
електрохімічної обробки лопаток ГТД
Кругова розмірна електрохімічна обробка проточної частини профілю пера
лопаток ГТД є спосіб розмірної ЕХО, результатом якого є отримання всіх
поверхонь проточної частини лопатки (профіль пера, полку, радіуси переходу і
кромки) за одну установку, без подальшої механічної або ручної доробки
зазначених елементів. Реалізація способів розмірної ЕХО, зокрема і кругової,
заснована на фундаментальних роботах по теорії процесу [1, 2, 3], технології [4, 5]
і обладнання [6, 7, 8].
Патентний аналіз в області кругової ЕХО лопаток ГТД вказує на наявність
реалізованих способів кругової розмірної ЕХО [9, 10]. Так технічний результат в
патенті RU 2058863 «Спосіб кругової електрохімічної обробки лопаток ГТД»
виражається в створенні технологічного процесу, що забезпечує стабільне
виготовлення лопаток компресора по I класу точності з низькою трудомісткістю.
Базування лопатки здійснюють за двома центровим отворам в торцях замка,
одному з цих торців і конічної поверхні бобишки на кінці пера [11].
Даний спосіб широко використовується при виготовленні лопаток
компресора, виготовлених з нержавіючих і титанових сталей і сплавів [12]. Однак,
при реалізації способу кругової ЕХО, представленого в патенті [9], в умовах
серійного виробництва лопаток ГТД, з'ясувалося, що трудомісткість ручного
доведення електродів-інструментів в зоні формування кромок лопатки при
налаштуванні операції може виконуватися тільки висококваліфікованим
персоналом, а трудовитрати при цьому порівнянні, а в деяких випадках і
перевищують, трудомісткість подальшої ручної доробки лопаток в зоні вхідний і
вихідний кромки. Тому спосіб кругової ЕХО реалізується в спрощеному вигляді
без подальшої обробки вхідної та вихідної кромок лопатки.
Постійне вдосконалення конструкції ГТД створює хороші передумови для
вдосконалення методу кругового ЕХО і створення способів його промислової
реалізації. При цьому необхідно враховувати, що створення і виробництво

11
сучасних газотурбінних двигунів характеризується наступними особливостями,
[13, 14]:
- Висока конструктивна складність ГТД (ускладнення конструкції деталей;
застосування дефіцитних сплавів володіють низькою оброблюваністю
різанням і підвищеними експлуатаційними характеристиками).
- Поліпшення технічних характеристик ГТД, в поєднанні з необхідністю
зниження собівартості його виготовлення.
- Зменшення періодів часу до чергової модернізації ГТД.
- Необхідність підвищення гнучкості виробництва в зв'язку з обмеженням
серійності випуску і / або великим числом модифікацій ГТД.
- Підвищення надійності і ККД ГТД.
- Відмова від ручних операцій в технологічних процесах виготовлення
деталей ГТД з метою підвищення якості та продуктивності їх
виготовлення.
Очевидно, що відмова від лезової обробки, а також зниження частки ручних
слюсарних операцій по доведенню профілю пера в технологічних процесах
виготовлення лопаток можливі за умови вдосконалення схем ЕХО з метою
забезпечення формування всіх елементів проточної частини (профілю пера,
радіусів переходів, кромок і полки) за одну установку деталі і підвищенню точності
оброблюваних елементів. Це дозволить підвищити продуктивність і якість
виготовлення лопаток, а, отже, знизити собівартість і підвищити
конкурентоспроможність виробу в цілому.
1.2 Циклограми переміщення електродів-інструментів при
електрохімічній обробці лопаток ГТД
Циклограма переміщення електродів-інструментів (ЕІ) є основою при виборі
або побудові обладнання і технології електрохімічної обробки лопаток ГТД [15].
Вивчення існуючих розробок в області технології ЕХО лопаток ГТД дозволяє
виділити три основні циклограми переміщення електродів-інструментів, [16, 17,

12
18], які можуть бути описані за допомогою графіків, що відображають просторово-
часовий взаємозв'язок кінематичних і електричних параметрів процесу ЕХО.
Основними критеріями при порівнянні циклограм переміщення ЕІ є точність
обробки, продуктивність, можливість вирівнювання припуску при нерівномірності
його розподілу і можливої деформацій лопатки в процесі обробки при
перерозподілу внутрішніх напружень деталі під час зняття припуску.
Циклограми переміщення електродів-інструментів:
1) Електрохімічна обробка осцилюючими електродами-інструментами, що
включає в себе гармонійні коливання електродів-інструментів із заданою частотою
і синхронізоване з ними накладення імпульсного струму [9, 19, 20]. Зазвичай
імпульс або пакет імпульсів струму подається в момент максимального зближення
електродів-інструментів з заготовкою. Однак при наявності відповідних функцій в
системі управління можливе зміщення фази проходження імпульсів струму щодо
нульової точки вібратора, при цьому імпульс або пакет імпульсів може подаватися
при будь-якій відстані між ЕІ і заготовкою в межах періоду вібрації [21].
Сутність описуваної циклограми полягає в наступному: електроду-
інструменту задається основний рух з періодичним «торканням» до заготовки для
контролю залишкового припуску, додатково до основного руху на інструмент
накладається вібрація з певною частотою і амплітудою. Імпульси струму
синхронізуються за часом з коливаннями електрода і подаються на нього в момент
часу, відповідний мінімальному міжелектродному зазору або при необхідності
зміщуються щодо точки максимального зближення ЕІ з заготовкою.
Циклограма для представленої кінематичної схеми наведена на рисунку 1.1.

13
де Ia - амплітудний струм в імпульсі;
δmin - мінімальний міжелектродний зазор
Рисунок 1.1 - Схема зміни межелектродного зазору (МЕЗ) і синхронізованого
накладення імпульсів струму (I) на електрод при ЕХО вібруючим інструментом
Промислова реалізація схеми здійснена на устаткуванні «Іскра» і «ECM»
(рисунок 1.2). Дані по точності і продуктивності, а також роботи, проведені на
верстаті «Іскра 38.2», дозволяють зробити якісний аналіз циклограми з
осцилюючими ЕІ на основі представлених вище критеріїв оцінки.

Зовнішній вигляд верстата «Іскра 38.2» Зовнішній вигляд верстата «bET8080-2D»
Рисунок 1.2 - Зовнішній вигляд обладнання «Іскра» і «ECM»
Обробка з осцилюючими ЕІ дозволяє отримати лопатки з високою точність.
Хороші показники копіювання профілю ЕІ досягаються за рахунок обробки
профілю на малих і надмалих зазорах [22, 23, 24] при подачі імпульсу струму в
момент максимального зближення ЕІ з заготовкою, а також поліпшення умови
прокачування межелектродного зазору при коливальному русі ЕІ [25]. Однак
вібрація ЕІ може чинити негативний вплив і приводити до коливань маложорстких
лопаток безпосередньо в процесі обробки. Випадки вібрації лопатки в процесі
обробки були зафіксовані при відпрацюванні технологічного процесу
електрохімічної обробки напрямних лопаток з титанового сплаву вид. SaM-146 на
верстаті «Іскра 38.2». Зовнішній вигляд направляючої лопатки вид. SaM-146
представлений на рисунку 1.3.

14

Рисунок 1.3 - Зовнішній вигляд направляючої лопатки вид. SaM-146
Ще одним недоліком циклограми є те, що подача імпульсу тільки в момент
максимального зближення ЕІ з заготовкою, обмежує час електрохімічного
розчинення і тим самим негативно позначається на продуктивності процесу,
швидкість обробки знижується пропорційно зменшенню часу імпульсу, при цьому
надмірне його збільшення призведе до втрати точності і якості оброблюваної
поверхні [26]. Таким чином, застосування схеми з осцилюючими ЕІ доцільно для
точних лопаток складної геометрії, виготовлення яких на більш продуктивному
обладнанні неможливо в зв’язку з необхідність виконання максимальних
точностних характеристик, заданих на кресленні і при цьому, що володіють
достатнім запасом жорсткості. Устаткування для реалізації методу відрізняється
конструктивною складністю в зв’язку з необхідністю електричної розв'язки
шпинделів, застосування двоконтурного ІП і сполучної системи управління з
функцією постійного контролю великої кількості параметрів за двома не
пов'язаними каналами [27, 28].
2) Циклічна схема подачі електродів-інструментів.
Циклограма зміни величини переміщення електродів-інструментів при
використанні циклічної схеми подачі, наведена на рисунку 1.4.

15

Рисунок 1.4 - Циклограма зміни величини переміщення електродів-
інструментів (S) при циклічної схемі подачі ЕІ
Характерні точки виконання циклограми рисунка 1.4 наступні:
Точка «а» - вихідне положення електродів-інструментів.
Ділянка «a-b» - зустрічне прискорене переміщення ЕІ до початку їх
синхронного переміщення.
Точка «b» - початок синхронного переміщення ЕІ (перший ЕІ досяг цієї точки
зупиняється і знаходиться в режимі очікування до моменту приходу другого ЕІ в
цю точку).
Ділянка «b-c1» - синхронне переміщення ЕІ до їх дотику з зоготовкою
(«обмацування» деталі).
Точка «c1» - точка дотику одного з ЕІ з заготовкою лопатки.
Ділянка «c1-d1» - відведення ЕІ на величину робочого межелектродного
зазору (далі МЕЗ).
Точка «d1» - завершення відведення ЕІ на величину робочого МЕЗ, включення
робочого струму (завершення «обмацування» деталі).
Ділянка «d1-e1» - час одного робочого циклу обробки.
Точка «e1» - виключення робочого струму і включення руху
шпинделів до торкання ЕІ з заготовкою.
Точка «c2» - точка дотику одного з ЕІ з заготовкою лопатки.
Далі цикли повторюються до заданої координати кінця обробки.

16
При використанні циклічної схеми переміщення ЕІ електрохімічна обробка
елементів проточної частини лопатки здійснюється наступним чином. Проводиться
прискорена подача електродів-інструментів до певної заданої координати, після
чого здійснюється їх синхронне переміщення, яке припиняється за сигналом
торкання одного з ЕІ з оброблюваної деталлю. ЕІ відводяться на робочу величину
міжелектродного зазору і проводиться включення технологічного струму. По
закінченню проходження технологічного струму міжелектродний зазор
збільшується для здійснення його промивання потоком електроліту від шламу.
Після цього знову здійснюється синхронне переміщення ЕІ до торкання одного з
них з деталлю. Описаний цикл повторюється до тих пір, поки не буде досягнута
координата закінчення обробки [29, 30]. Циклічна схема подачі електродів
реалізована на обладнанні «Електромеханіка» і «Сатурн». Зовнішній вигляд цих
верстатів представлений на рисунку 1.5.
Якісний аналіз циклічної схеми подачі ЕІ за обраними критеріями порівняння
представлений в таблиці 1.2.

Зовнішній вигляд верстата мод. ЕХЛ-100 Зовнішній вигляд верстата мод.
ЕХС-10А
Рисунок 1.5 - Зовнішній вигляд обладнання виробництва «Електромеханіка» і
«Сатурн»
Циклічна схеми подачі ЕІ зазвичай реалізується в парі з імпульсними
джерелами технологічного струму. У літературі з'єднання циклічної подачі з
імпульсними ІП часто називається імпульсно-циклічною схемою обробки [30].

17
Однак при реалізації циклічної схеми можливе застосування ІП постійного струму
або комбінований ІП, здатний видавати як постійний, так і імпульсний струм [31,
32, 33].
Циклічна схема дозволяє отримувати лопатки з оптимальним
співвідношенням точності і продуктивності, облік нерівномірності розподілу
припуску і деформації лопатки відбувається в процесі обробки без застосування
будь-яких додаткових пристроїв і функцій обладнання. Устаткування для реалізації
методу відрізняється відносною простотою і надійністю.
Таблиця 1.1 - Аналіз цімпульсно-циклічноїкінематичної схеми
Критерій порівняння Значення критерію
Точність обробки, мм ± 0,04
Продуктивність обробки, мм / хв 0,4
Механізм обліку нерівномірності За рахунок періодичного
розподілу припуску і деформацій прощупування деталі в процесі
лопатки в процесі обробки обробки враховується
нерівномірність розподілу припуску і
деформації лопатки в процесі обробки.
Усунення нерівномірності досягається
за рахунок того, що дотик при
обмацуванні з боку якого є
найбільший припуск, при цьому
другий ЕІ працює на більшому
межелектродном зазорі.
3) Постійна подача електродів-інструментів.
Особливість кінематичної схеми полягає в тому, що ЕІ задається постійний
поступальний рух, при цьому швидкість руху електродів розраховується або
підбирається дослідним шляхом і в ідеальних умовах дорівнює швидкості
електрохімічного розчинення матеріалу заготовки при заданих параметрах
процесу. У реальному випадку величина міжелектродного зазору може дещо
коливатися в районі встановленого в процесі значення через зміну швидкості
електрохімічного розчинення матеріалу заготовки [34, 35].

18
1.3 Особливості конструкції електродів-інструментів для кругової
електрохімічної обробки лопаток ГТД і методи їх виготовлення
Вибір конструкції електродів-інструментів для здійснення операції
електрохімічної обробки лопаток ГТД має основоположне значення, при виборі і
проектуванні конструкції необхідно дотримання балансу між простотою і
функціональним призначенням. Надмірне ускладнення форми неприпустимо в
подальшій складності коригування або відновлення профілю ЕІ [36, 37].
Циклограма обробки, використовувана в обладнанні для ЕХО лопаток, також
робить істотний вплив на конструктивні особливості електродів.
До конструкції електродів-інструментів для кругової електрохімічної обробки
пред'являються наступні вимоги:
1) Забезпечення обробки всіх елементів проточної частини лопатки на операції
електрохімічної обробки з мінімальною похибкою.
2) Мінімальні витрати на проектування, виготовлення і доведення профілю
електродів-інструментів.
3) Можливість обробки всіх елементів проточної частини лопатки без зміни
конструкції (або з мінімальною корекцією) наявного обладнання та оснащення.
В області електрохімічної обробки елементів проточної частини лопаток
виділяються три основні конструкції електродів-інструментів, які можуть бути
використані для кругової електрохімічної обробки.
1) Перша з розглянутих конструкцій передбачає елементів проточної частини
лопатки двома електродами-інструментами (з боку «спинки» і з боку
«корита» лопатки, відповідно до рисунка 1.6) при синхронному русі
шпинделів верстата. При цьому для обробки всіх елементів проточної
частини (полки, радіусів переходів і кромок лопатки) напрямок подачі
здійснюється під кутом до осі лопатки в межах 20-80° [38]. Аналогічна
схема обробки використовується на верстатах з постійною подачею ЕІ
виробництва «WINBRO GROUP TECHNOLOGIES», Великобританія.
Зовнішній вигляд ЕІ наведено на рисунку 1.6.

19
До переваг описуваної конструкції електродів-інструментів відноситься [39,
40]:
1) Простота виготовлення ЕІ.
2) Обробка всіх елементів проточної частини лопатки з мінімальною
похибкою.
3) Відсутність серйозних змін, що вносяться до системи управління
обладнанням і джерелом технологічного струму.
Недоліком представленої конструкції є неможливість отримання остаточної
форми вхідної і вихідної кромок при використанні будь-якої іншої схеми крім
схеми з постійною подачею ЕІ. Це пояснюється необхідністю змикання електродів
на заключному етапі формування проточної частини пера лопатки. Так, наприклад,
для отримання остаточної форми вхідної і вихідної кромок лопатки при циклічній
схемі обробки необхідно заниження зони змикання ЕІ на величину робочого зазору
(0,1 ... 0,15 мм) для кожного електрода, тобто фактично штучно створюється
ситуація, що перешкоджає змиканню ЕІ і остаточного формування кромок при
змиканні при а≥ 0,01 ... 0,02 мм.
Схема формування кромок при круговій ЕХО з використанням циклічної
схеми подачі ЕІ представлена на рисунку 1.7.

Рисунок 1.7 - Електрод для кругової ЕХО виробництва фірми «WINBRO
GROUP TECHNOLOGIES» (а) і схема кругової ЕХО з обробкою кромок двома
електродами-інструментами (б).

20
Заштрихованна область на рисунку 1.7 позначає вимушене скорочення
геометрії електродів-інструментів на величину міжелектродного зазору в зоні
формування радіусу на кромці лопатки.
2) Друга конструкція електродів-інструментів, що використовується для
кругової електрохімічної обробки, представлена на рисунку 1.8. Особливість даної
конструкції полягає в тому, що для обробки кромок лопатки використовується один
електрод-інструмент («спинка»), а другий («корито») визначає тільки геометрію
профілю пера.

де «а» - зазор по змиканню електродів-інструментів;
«δ» - робочий зазор (міжелектродний) при циклічній схемі обробки;
Рисунок 1.7-Схема формування кромок при круговій ЕХО з використанням
циклічної схеми подачі ЕІ
Електроди-інструменти встановлені з можливістю переміщення назустріч
один одному, а на їхніх границях виконані елементи для обробки кромок, при
цьому при змиканні електроди-інструменти утворюють замкнутий об'єм навколо
оброблюваної деталі [41].

де 1 - електрод-інструмент «спинка»; 2 - електрод-інструмент «корито»;
3 - виступ на електроді-інструменті «спинка»;
4 - виступ на електроді-інструменті «корито»;

21
5 - оброблювана лопатка; δ - міжелектродний зазор
Рисунок 1.8 - Схема обробки кромки лопатки з утворенням електродами
інструментами замкнутого контуру [41]
До переваг подібної конструкції електродів-інструментів відноситься
можливість використання циклічної схеми переміщення ЕІ без її доопрацювання.
Однак існує також ряд недоліків, які роблять застосування таких електродів-
інструментів недоцільним для кругової електрохімічної обробки:
1) Складність налаштування операції кругової електрохімічної обробки і
остаточного доведення профілю електродів-інструментів.
2) Для реалізації кругової електрохімічної обробки в такому випадку
необхідно вносити значні зміни в систему управління верстатом і джерелом
технологічного струму з метою забезпечення неузгодженості подачі шпинделів для
формування кромок лопатки ЕІ з боку «спинки» (по рисунку 1.9).
3) Виникнення необробленої зони в місці сполучення двох електродів. При
цьому зона виникає на радіусі сполучення кромки лопатки і профілю пера.
«0-1» - прискорене
підведення електрода-
інструменту з боку
«Спинки» до деталі;
«1-2» - обробка тільки
кромок лопатки
електродом-
інструментом з боку
«спинки»; «0'-2» -
прискорена подача
електрода-інструменту з
боку «Корита»;
«2-3» - одночасна
обробка всіх елементів
проточної частини
Δ - величина неузгодженості початку подачі електрода-інструменту з боку
«спинки» і електрода-інструменту з боку «корита»
Рисунок 1.9 - Циклограма переміщення інструментів (S) при обробці кромок
лопатки тільки одним ЕІ з боку «спинки»
3) Особливість третього типу конструкції полягає в тому, що для обробки
елементів проточної частини лопатки використовуються чотири електрода-
інструмента, два центральних (призначених для обробки «спинки» і «корита»

22
лопатки) і два бокових (для формування вхідної і вихідної кромок). При цьому
центральні і бокові електроди-інструменти мають перпендикулярний відносно
один одного напрямок подачі.
Схема обробки елементів проточної частини лопатки з використанням
чотирьох електродів-інструментів представлена на рисунку 1.10.
Спочатку розглянута конструкція електродів-інструментів була розроблена
для реалізації на верстатах мод. ЕХС-10А, тобто при використанні подачі
електродів-інструментів по нормалі до лопатки.
1 - електрод-інструмент з боку
«Спинки»;
2 - електрод-інструмент з боку
«Корита»;
3 - оброблювана лопатка; 4 - вісь
переміщення центральних
електродів-інструментів;
5 - боковий електрод-інструмент,
який служить для формування
вихідної кромки лопатки;
6 - боковий електрод-інструмент,
який служить для формування
вхідної кромки лопатки.

Рисунок 1.10 – Схема обробки елементів проточної частини лопатки чотирьма ЕІ
Перевага такого рішення полягала в можливості обробки профілю пера і
кромок лопаток з великим кутом закрутки. Однак при подачі інструментів по
нормалі до оброблюваної деталі не відбувається обробки полиць і радіусів
переходів. Тому даний спосіб застосування ЕІ не може вважатися повноцінною
круговою електрохімічної обробкою. Істотним недоліком використання чотирьох
електродів-інструментів є різке ускладнення конструкції обладнання і оснастки.
Конструктивні рішення, застосовані при проектуванні ЕІ для кругової ЕХО,
справляють істотний вплив на технології та методи їх виготовлення, особливу
складність при цьому представляє профілювання робочих поверхонь ЕІ, поверхонь,
що відповідають за формування елементів проточної частини лопатки.

23
В даний час широко поширені три методи обробки робочих поверхонь
електродів, [43]:
1) Обробка з використанням еталонної лопатки.
2) Обробка з використанням майстер-лопатки.
3) Лезова обробка.
Використання перших двох методів отримання робочих поверхонь електродів
можливо тільки при наявності в обладнанні функції обробки на зворотній
полярності. Обробка за допомогою зворотного копіювання дає можливість
отримання поверхонь ЕІ шляхом копіювання профілю з еталонної лопатки або
майстер-лопатки, при цьому електроди підключаються до позитивного полюса
джерела, а інструмент - еталон до негативного [44, 45].
Еталонна лопатка являє собою спеціально підготовлену деталь-лопатку,
виготовлену шляхом слюсарної підгонки профілю з заготовки лопатки під ЕХО
профілю пера або недопрацьовану до кінцевої координати заготовку після операції
ЕХО. Перевагою застосування еталонної лопатки є простота її виготовлення при
наявності у персоналу відповідної кваліфікації, проте, як показує досвід, після
декількох застосувань профіль еталонних лопаток деформується і лопатка
приходить в непридатність. Деформація профілю виникає в результаті впливу
гідродинамічних навантажень і технологічного струму, а також низькою
жорсткості, а в разі титанових сплавів, ще й з-за наводороднення [46, 47].
Деформація профілю еталонної лопатки призводить до необхідності її заміни
або слюсарного доопрацювання робочих поверхонь ЕІ, відповідно до збільшення
часу наладки і простоїв обладнання, що недоцільно в умовах великої номенклатури
виробів.
Переваги і недоліки застосування еталонної лопатки способу виготовлення
робочих поверхонь електродів-інструментів розглянуті в таблиці 1.2.
Таблиця 1.2 - Переваги і недоліки виготовлення робочих поверхонь ЕІ з
використанням еталонної лопатки
Переваги Недоліки
1) Не вимагає проектування. 1) Низька жорсткість.

24
2) Може бути виготовлена без 2) Вихід з ладу (після 3-4 застосувань,
застосування спеціального обладнання. [43]) внаслідок деформацій зразка під
3) Спосіб дозволяє врахувати похибку впливом гідродинамічних сил і
взаємного розташування деталі і технологічного струму.
електродів-інструментів в камері 3) Велика трудомісткість кінцевого
верстата, завдяки поєднанню баз. доведення ЕІ, що вимагає високої
кваліфікації виконавця.

Наступним способом формування робочих поверхонь електродів-інструментів
є використання майстер-лопатки, зовнішній вигляд якої представлений на рисунку
1.11.
Майстер-лопатка являє собою модель лопатки зі зміщеними в бік,
протилежний ходу шпинделів профілями «спинки» і «корита». При побудові кожна
частина математичної моделі лопатки ( «спинка» і «корито») зміщуються в
напрямку, протилежному напрямку подачі електродів-інструментів при розмірній
електрохімічній обробці. Величина зміщення вибирається довільно від 2,5 мм до
3,5 мм, але при цьому повинна бути однакова для «корита» і «спинки» майстер-
лопатки. З метою підвищення точності формування робочих поверхонь ЕІ на
мастер-лопаткі використовується схема базування, аналогічна схемі базування
деталі на операції ЕХО. Як правило, майстер-лопатки виготовляються з
легкооброблюваних корозійно-стійких сплавів, що володіють хорошою
електричною провідність (латунь, бронза).

25
Рисунок 1.11 – Зовнішній вид мастер-лопатки
В якості вихідної служить попередньо оброблена призматична заготовка.
Допуски на виготовлення майстер-лопатки точніше відповідних допусків на деталь
в 3-4 рази [48, 49], виготовлення деталей з такою точністю вимагає відповідної
матеріально-технічної бази і висококваліфікованого персоналу.
Переваги профілювання робочих поверхонь електрода-інструмента з
використанням майстер-лопатки, розглянуті в таблиці 1.3.
Таблиця 1.3 - Переваги і недоліки виготовлення робочих поверхонь ЕІ з
використанням майстер-лопатки
Переваги Недоліки
1) Висока жорсткість. 1) Додатково потрібно проектування та
2) Спосіб дозволяє врахувати похибку виготовлення майстер-лопатки.
взаємного розташування деталі і 2) Складність лезової обробки майстер-
електродів-інструментів в камері лопатки (особливо кромок пера,
верстата, завдяки поєднанню баз. ділянок сполучення профілю пера і
3) Можливість необмеженого числа хвостовика).
обробки робочих поверхонь ЕІ (за 3) Велика трудомісткість слюсарного
умови стабільності протікання доопрацювання робочих поверхонь ЕІ
процесу). при наявності похибок в майстер-
лопаткі.
Третій спосіб полягає в обробці робочих поверхонь електродів-інструментів
на багатокоординатному фрезерному верстаті з ЧПУ. В цьому випадку не
виконується проектування і виготовлення додаткової технологічної ланки
(еталонної лопатки або майстер-лопатки). При цьому профіль ЕІ може бути
скоректований за результатами виміру лопаток після ЕХО [50, 51].
Переваги і недоліки використання багатокоординатного фрезерування для
виготовлення ЕІ представлені в таблиці 1.4.
Аналіз представлених способів обробки робочих поверхонь ЕІ дозволяє
зробити наступні висновки:
1. Використання еталонної лопатки можливо на етапах впровадження
операції ЕХО у виробництво або при виході з ладу майстер-лопатки. При
цьому необхідна висока кваліфікація персоналу. Налаштування операції

26
кругової ЕХО з використанням еталонної лопатки неможлива, так як при
обробці ЕІ по еталонній лопатці зона змикання електродів навмисно
занижується через малу товщину еталонної лопатки.
2. Спосіб є найбільш оптимальним з точки зору стійкості майстер-лопатки і
можливості компенсації похибки розташування ЕІ і деталі в камері
верстата. При виготовленні відповідного профілю можливе використання
для настройки операції кругової ЕХО. Також при впровадженні технології
автоматизованого коригування профілю майстер-лопатки за результатами
виміру оброблених ЕХО лопаток можливе зниження трудомісткості
слюсарного доопрацювання робочих поверхонь ЕІ.
3. Спосіб забезпечує максимальну продуктивність, через відсутність
необхідності проектування і виготовлення майстер-лопатки або еталона, а
також проведення настройки методом зворотного копіювання. Однак не
дозволяє врахувати похибку взаємного розташування деталі і ЕІ в камері
верстата. Даний спосіб також може бути використаний при виконанні
операції кругової ЕХО.
Таблиця 1.4 - Переваги і недоліки виготовлення робочих поверхонь ЕІ з
використанням фрезерування
Переваги Недоліки
1) Висока швидкість коригування ЕІ. 1) Не дозволяє врахувати похибку
2) Не має потреби в проектуванні і взаємного розташування деталі і
виготовленні додаткової технологічної електродів-інструментів в камері
ланки (майстер-лопатки, еталонної верстата.
лопатки). 2) Складність лезової обробки робочих
поверхонь ЕІ, особливо елементів, що
відповідають за формування кромок
лопатки.
3) Складність перерахунку і
забезпечення узгодженості між
результатами вимірів координатно
вимірювальної машини і програмою
управління верстатом.

27
Висновок до розділу 1
1. На підставі виконаного аналізу можна зробити висновок, що наявні
інженерні розробки в вигляді зареєстрованих патентів, схем обробки, технології
отримання електродів-інструментів, а також представлені в літературі математичні
моделі, не дозволяють аналітично досліджувати і оптимізувати процес кругової
електрохімічної обробки лопаток компресора ГТД.
2. У зв'язку з тим, що конструкція ЕІ для кругової ЕХО відрізняється від
конструкції використовуваних в даний час ЕІ, необхідна розробка і виготовлення
нової конструкції майстер-лопатки. Її основна конструктивна відмінність полягає в
наявності ділянок для формування на ЕІ елементів, що обробляють кромки
лопатки. Основним недоліком використання майстер-лопатки є висока
трудомісткість остаточного доведення профілю ЕІ. Надалі для підвищення
продуктивності необхідно провести комплекс робіт з метою автоматизації цього
процесу.
3. При обробці кромок лопатки одночасно двома електродами-інструментами
стає неможливим використання імпульсноциклічної схеми їх переміщення. Отже,
необхідно розробити кінематичну схему переміщення електродів в процесі
електрохімічної обробки, що дозволяє за одну установку деталі формувати всі
елементи проточної частини лопатки.
4. Основними методами досліджень при технологічній реалізації процесу
кругової ЕХО і його впровадженні у виробництво є проведення експериментальних
робіт. В літературі відсутні прикладні дослідження, що дозволяють дати
математичний опис процесу кругової ЕХО, що говорить про малу вивченості
даного напрямку і необхідності проведення досліджень з подальшим
математичним описом отриманих результатів.

28
Розділ 2. Математична модель кругової електрохімічної обробки
2.1. Технологічні вимоги до деталі при виконанні операції
кругової ЕХО
Технологія кругової електрохімічної обробки елементів проточної частини
лопаток (профілю пера, радіусів переходів, полки і кромок) повинна відповідати
наступним вимогам:
1) Забезпечити обробку всіх елементів проточної частини робочих лопаток
(кромок, профілю пера, радіусів переходів, полки) за одну установку деталі.
2) Забезпечити параметри якості виготовлення лопаток (відповідно до
технічних вимог).
2.1.1 Опис конструкції заготовки лопатки перед виконанням операції
кругової ЕХО
Для розробки теоретичної моделі кругової ЕХО була обрана робоча лопатка
вид. SaM-146. Дана лопатка (деталь-представник) виготовляється з титанового
сплаву марки TA6V. Хімічний склад цього сплаву представлений в таблиці 2.1.
Таблиця 2.1 - Хімічний склад сплаву TA6V по DMD 0784-24С
Елемент Позначення Вміст у %
Титан Ti 88,37-90,62
Алюміній Al 5,5-6,75
Ванадій V 3,5-4,5
Вуглець C 0,08
Залізо Fe 0,3

Титановий сплав TA6V володіє наступними характеристиками:
твердість 260 HB, межа міцності при розтягуванні В = 900 МПа.
Заготовка лопатки перед операцією кругової електрохімічної обробки має
наступні геометричні характеристики. Шорсткість профілю пера: Ra = 50 мкм,
шорсткість поверхонь хвостовика в межах Ra = 3,2 мкм. Радіуси переходу лопатки
складають 2±0,2 мм. Поле допуску на розміри, що визначають хорду лопатки

29
(розмір L1, L2) - 0,2 мм. Поле допуску на максимальну товщину профілю пера - 0,2
мм.
Перелік технологічних операцій з виготовлення заготовки деталі-
представника до операції кругової електрохімічної обробки представлений в
таблиці 2.2.
Таблиця 2.2 - Перелік технологічних операцій по виготовленню деталі-
представника до операції кругової електрохімічної обробки
Номер Зміст операції Методи обробки Обладнання, яке
операції використовується
005 Отримання заготовки Штамповка
010-055 1.Попередня обробка 1.Фрезерування Фрезерні станки з
поверхонь хвостовика 2. 2.Свердління ЧПУ мод. 500VB
Обробка технологічних баз
060 Обробка елементів Кругова ЕХО Електрохімічний
проточної частини станок ЕХЛ-100
(профілю пера, кромок,
радіусів переходів і
полиць)
На операції кругової ЕХО лопаток ГТД буде використана схема базування по
двох центрувальних отворах, одному з торців хвостовика і технологічній бобишці.
Дана схема базування має наступні переваги:
- Дозволяє автоматизувати процес установки-зняття деталей з верстата.
- Придатна практично для всіх типорозмірів лопаток ГТД.
- Дозволяє дотримуватися принципу єдності баз на більшості операцій.
- Забезпечує більш точне розташування деталі.
- Дозволяє забезпечити підведення струму великої потужності і надійне
кріплення струмопідводу до деталі.
- Спрощує конструкцію пристосувань.
- Використання цієї схеми базування можливо на операціях механічної
обробки поверхонь хвостовика.
2.1.2 Вимоги до профілю пера лопатки після виконання операції кругової ЕХО
На операції кругової електрохімічної обробки формуються профіль пера,
кромки (вхідний і вихідний), радіуси переходів і полка лопатки.

30
Лопатка, оброблена на операції кругової електрохімічної обробки, відповідає
наступним технічним вимогам:
- Відхилення кутів закрутки від номінальних значень в межах ± 2 °;
- Допуск на виготовлення прикромкових ділянок пера (допуск на
відхилення від заданої форми): 0,04 мм;
- Товщина вхідних і вихідних кромок 0,5-0,8 мм;
- Радіус заокруглення 0,2-0,3 мм;
- Максимальна товщина профілю 1,5-2 мм;
- Точність геометричних розмірів: в межах ±0,04 мм;
- Гранично-допустимі значення вхідних і вихідних кромок: 0,3 мм;
- Шорсткість оброблених поверхонь, не більше Ra = 0,3 мкм.
Перелік технологічних операцій з доопрацювання поверхонь лопатки, після
операції кругової електрохімічної обробки представлений в таблиці 2.3.
Таблиця 2.3 - Перелік технологічних операцій з доопрацювання поверхонь
лопатки після операції кругової електрохімічної обробки.
Номер Зміст операції Методи обробки Обладнання, яке
операції використовується
060 Обробка елементів Кругова ЕХО Електрохімічний станок
проточної частини ЕХЛ-100
(профілю пера,
кромок, радіусів
переходів і полок)
065 Обробна обробка Ручна слюсарна Полірувальні бабки ПЛ-
елементів проточної обробки 5А
частини (профілю
пера, кромок,
радіусів переходів і
полок)
070-170 Кінцева обро1б. ка Заливка в брикет 1. Спеціальне обладнання
поверхонь 2. Фрезерування (заливальні камери і ін.)
хвостовика 3. Точіння 2. Вертікально-фрезерні
4. Протягування верстати мод. 6М-12
3. Токарні верстати з ЧПУ
мод.
DFM30NC
4. Горизонтальнопротяжні
верстати

31
175-185 Обрізка Ручна слюсарна Полірувальні бабки ПЛ-
технологічної обробки 5А
прибутку
190-200 Кінцева обробка Вібополірування Установки для
елементів проточної віброполірування мод. RU
частини 20 EC
205-250 Всі поверхні 1. Маркування Спкціальне обладнання
лопатки 2. Травлення
3. Зміцнення
4. Остаточний
контроль і т.п

2.2 Вибір схеми руху електродів і електроліту для операції кругової ЕХО
При реалізації і моделюванні кругової ЕХО важливим моментом є
визначення схеми руху електродів інструментів. Напрямок руху електродів
інструментів повинен забезпечувати доступність для обробки ділянок переходу від
пера до замкової частини лопатки, а також повинні враховуватися можливості
рівномірнго транспортування електроліту по всій поверхні обробки.
Кут подачі ЕІ, як вказувалося раніше, вибирається виходячи з
конструктивних особливостей лопатки, при цьому враховується вигин профілю та
необхідність виключення зон в яких ЕІ може йти по дотичній до поверхні лопатки.
Устаткування кутом руху ЕІ між напрямком подачі електродів-інструментів
(позиція 4) і віссю лопатки рівним 60° є найбільш універсальним і
використовується для обробки більшості типів лопаток компресора, проте для
виготовлення напрямних лопаток, що мають сильне викривлення профілю уздовж
осі, потрібно зменшення кута подачі ЕІ. Схема кругової ЕХО з застосуванням
обладнання з кутом руху ЕІ рівним 60° представлена на рисунку 2.1.
Напрямок руху електроліту по МЕП відносно профілю пера також має
визначальне значення для реалізації кругової ЕХО. Для рівномірного і
безперебійного розподілу електроліту по МЕП необхідне забезпечення подачі
електроліту уздовж профілю пера, що дозволяє отримати більш високу
вибірковість процесу електрохімічної обробки, знижує ймовірність появи такого
дефекту поверхні, як струйность при схлопуванні ЕІ [43, 65]. Лопатка в камері

32
верстата може розташовуватися як вертикально, так і горизонтально, в залежності
від компонування верстата, необхідну зміну подачі електроліту здійснюється за
рахунок конструктивних особливостей робочого пристосування.

1 - Електрод-інструмент «спинка»
2 - Електрод-інструмент «корито»
3 - Напрямок потоку електроліту
4 - Напрямок подачі електродів-інструментів
5 - Оброблювана лопатка
6 - Накладки пристосування, необхідні для розподілу електроліту в робочій зоні
Рисунок 2.1 - Схема кругової ЕХО з застосуванням обладнання з кутом руху
ЕІ рівним 60 °
Розробка циклограми, яка описує модель кругової ЕХО повинна відповідати
таким умовам:
1) Мінімальні зміни системи управління електрохімічними верстатами.
2) Можливість обробки кромок лопатки двома електрод-інструментами.
3) Облік нерівномірності розподілу припуску і деформацій лопатки в
процесі обробки.
4) Поєднання високої точності виготовлених деталей з достатньою
продуктивністю.
В якості базової циклограми, доцільно використовувати циклічну схему
подачі, так як вона дозволяє досягти точності обробки, яка відповідає першому
класу (± 0,04 мм) [66], продуктивності (0,35 мм/хв), а також враховувати можливу
нерівномірність розподілу припуску і деформацій лопатки, що виникають при
електрохімічній обробці внаслідок перерозподілу внутрішніх напружень. На

33
остаточному етапі обробки доцільно перейти на постійну подачу електродів-
інструментів для здійснення чистової обробки кромок і утворення замкнутого
контуру навколо лопатки. Чистова обробка при постійній подачі ЕІ стає можливою
завдяки відсутності необхідності вирівнювання профілю, постійна подача
необхідна для забезпечення «схлопування» ЕІ і підключається на останньому етапі
для зняття припуску не більше 0,1 ... 0,15 мм на сторону.
Розроблена циклограмма переміщення електродів-інструментів
представлена на рисунку 2.2.
Представлена циклограмма переміщення електродів включає в себе наступні
стадії (по рисунку 2.4):
a - початкова координата розташування ЕІ; a - b - прискорена подача ЕІ; b -
c1- синхронний рух ЕІ до торкання з заготовкою; c1 - cn + 1 - виконання обробки за
циклічною схемою до досягнення координати переходу на постійну схему подачі;
cn+1 - dn+1 - відведення ЕІ на величину МЕП, який відповідає постійній схемі подачі;
dn+1 - e- постійна подача ЕІ (цикл обробки); e - f - цикл обробки з відсутністю подачі
ЕІ; f - g - прискорене відведення ЕІ до початкової координати.

Рисунок 2.2 - Розроблена циклограмма переміщення електродів-інструментів
При реалізації циклограми електроди-інструменти починають зустрічний рух
на прискореній подачі від початкового положення до координати початку
синхронного переміщення (ділянка a-b). Потім відбувається дотик одного з
електродів-інструментів і оброблюваної заготовки (ділянка b-c1). Після торкання
здійснюється відведення ЕІ на робочий зазор і включення технологічного струму

34
(ділянка c1-e1). Зазначений цикл обробки триває до досягнення координати
переходу на постійну подачу ЕІ. Постійна подача ЕІ здійснюється до моменту їх
взаємного торкання, при цьому навколо оброблюваної деталі утворюється
замкнутий контур. Для остаточного формування профілю пера лопатки в кінці
обробки повинна бути передбачена регульована затримка часу відведення ЕІ. Це
необхідно для здійснення можливості коригування товщини лопаток в межах поля
допуску без доопрацювання ЕІ.
В загальному випадку в процесі кругової електрохімічної обробки можна
виділити три основні стадії протікання процесу:
1) Перша стадія, на якій відбувається обробка кромок профілю пера,
радіусів переходів і полки лопатки. Відповідно до циклограми переміщення
електродів-інструментів (по рисунку 2.4) ця стадія протікає на ділянці від точки c1
до точки cn + 1, конкретне значення якої залежить від товщини кромок і профілю
пера лопатки, кутів закрутки і викривлення осі профілю, а також інших
геометричних параметрів.
2) Друга стадія процесу, на якій відбувається одночасна обробка всіх
елементів проточної частини лопатки. Відповідно до циклограми переміщення
електродів-інструментів ця стадія протікає від точки cn+1 (визначеної на
попередній стадії) до точки е.
3) Третя стадія, на якій відбувається остаточне формування профілю пера.
На циклограмі ця стадія відповідає ділянці e-f і здійснюється без подачі електродів-
інструментів. Дана стадія закладена в циклограму переміщення ЕІ для реалізації
можливого доопрацювання профілю пера.
В процесі кругової електрохімічної обробки геометрія оброблюваних
елементів (профілю пера, кромок, радіусів переходів і полки) забезпечується
робочою частиною електродів-інструментів. Основні частини ЕІ представлені на
рисунках 2.3 (загальний вигляд ЕІ).

35

Рисунок 2.3 - Загальний вигляд ЕІ для кругової ЕХО і розріз електродів в
момент змикання
2.3 Математична модель кругової ЕХО лопаток ГТД
Точність формоутворення при круговій ЕХО лопаток ГТД визначається
великим числом змінних факторів. Це не тільки параметри процесу або похибки
настройки обладнання, деякі похибки утворюються завдяки багаторазовому
переносу точок профілю з однієї поверхні на іншу і практично не піддаються
обліку. Розглянемо процес формоутворення при круговій електрохімічній обробці
лопаток ГТД з урахуванням похибок, які виникають на кожному етапі підготовки
виробництва і впровадження операції ЕХО.
Виробництво будь-якої деталі авіаційного двигуна починається зі створення
математичної моделі. На даному етапі готова деталь виконується у вигляді
математичного об'єкта при номінальному значенні всіх геометричних форм і
розмірів, заданих конструкторською документацією. Після вибору способу
подальшої обробки або попереднього маршрутного технологічного процесу
приступають до побудови моделі заготовки лопатки.
Далі математичні моделі будуються тільки для особливо відповідальних
операцій, наприклад, електрохімічної обробки профілю пера, в даному випадку
модель необхідна для контролю профілю пера на КВМ. Однак, при контролі на
КВМ може бути використана модель готової лопатки, вставлена в систему
координат контрольного пристосування.
Точність виготовлення профілю пера багато в чому визначає робочі
характеристики ГТД, цим же обумовлені і жорсткі допуски на елементи профілю.

36
Розглянемо точність формоутворення на операції ЕХО профілю пера з
урахуванням основних похибок, пов'язаних зі специфікою процесу і його
реалізації. Сумарна похибка виготовлення лопатки при цьому буде визначатися
таким виразом:
∆лоп. = δ1 + δ2 + δ3 + δ4 при ∆лоп. ≤ Тл ; (1)
де δ1 - похибка ЕІ; δ2 - похибка базування ЕІ; δ3 - похибка налаштування
обладнання; δ4 - похибка ЕХО, ТЛ - заданий технологічний допуск, Δлоп. - похибка
лопатки після виконання операції ЕХО.
Виготовлення робочих поверхонь ЕІ може бути виконано двома способами:
1. Фрезерування ЕІ без наступного доведення робочих поверхонь;
Похибка ЕІ (δ1) в даному випадку буде складатися з похибки базування ЕІ на
фрезерному МЗЦ (δ5) і похибки МЗЦ (δ6).
δ1 = δ5 + δ6 при δ1 ≤ 0,2 Тл; (2)
Необхідно відзначити, що обмеження δ1 ≤ 0,2 ТЛ є сумарним для двох ЕІ,
таким чином, δ1 для одного ЕІ має бути менше або дорівнює 0,1 ТЛ.
2. Отримання робочих поверхонь ЕІ шляхом копіювання майстер-
лопатки.
Похибка ЕІ (δ1) при цьому залежить від похибки виготовлення майстер-
лопатки і визначається наступними виразами:
δ7 = δ8 + δ6 при δ7 ≤ 0,1ТЛ; (3)
δ1 = δ7 + δ9 + δ10 при δ1 ≤ 0,2 ТЛ; (4)
де δ7 - похибка майстер-лопатки; δ8 - похибка базування майстер-лопатки на
фрезерному МЗЦ; δ9 - похибка базування майстер-лопатки при ЕХО; δ10 -
похибка копіювання майстер-лопатки.
В даному випадку обмеження δ1 ≤ 0,2 ТЛ справедливо для двох ЕІ, так як
при такому способі робочі поверхні обох ЕІ обробляються одночасно.
Обмеження для виготовлення робочих поверхонь обома способами
можна порівняти, однак застосування майстер-лопатки має перевагу -
можливість коригування та відновлення ЕІ без зняття їх з верстата, при цьому
похибка базування ЕІ δ2 в сумарній похибці Δлоп. дорівнюватиме нулю, а вираз
похибки прийме наступний вигляд:
∆лоп. = δ1 + δ3 + δ4 при ∆лоп. ≤ Тл ; (5)

37
На основі представленої моделі розроблений алгоритм перетворення
математичних моделей в процесі підготовки виробництва і реалізації кругової
ЕХО (рисунок 2.4).

Рисунок 2.4 - Алгоритм перетворення математичних моделей в процесі
підготовки виробництва і реалізації кругової ЕХО
Δзаг і ΔЕІ представлені в алгоритмі визначають похибки заготовки і ЕІ з
попередньо обробленими робочими профілями відповідно, дані похибки не
впливають на сумарну похибка лопатки після ЕХО, так як усуваються при
налаштуванні і виконанні операції ЕХО за умови виготовлення заготовки і ЕІ в
розмір креслення.

38
Запропонована математична модель побудови технологічної схеми
кругової електрохімічної обробки дозволила визначити баланс похибок
обробки і сформувати вимоги до виготовлення елементів технологічної
системи: майстер-лопатки і електродів-інструментів.
Висновок до розділу 2
1. Запропонована циклограмма руху електродів-інструментів є основою
виконання розмірної кругової електрохімічної обробки. Особливістю даної
циклограми на відміну від існуючих схем є поділ управління електродами при
формуванні проточної частини лопатки (корита і спинки) на три етапи.
2. При реалізації розробленої циклограми переміщення електроди-
інструменти мають зустрічний циклічний рух з торканням заготовки, відведенням
ЕІ на робочий зазор і включенням технологічного струму, даний цикл обробки
триває до досягнення координати переходу на постійну подачу ЕІ, яка здійснюється
до моменту їх взаємного торкання, при цьому навколо оброблюваної деталі
утворюється замкнутий контур. Для остаточного формування профілю пера
лопатки в кінці обробки передбачена регульована затримка часу відведення ЕІ, яка
необхідна для коригування товщини лопаток в межах поля допуску.
3. Для практичної реалізації математичної моделі запропоновані
методики розробки основних елементів технологічної системи:
- проектування і виготовлення майстер-лопатки для робочих поверхонь
електродів-інструментів;
- проектування і виготовлення електродів-інструментів.
4. Запропонована математична модель побудови технологічної схеми кругової
електрохімічної обробки дозволила визначити баланс похибок обробки і
сформувати вимоги до виготовлення елементів технологічної системи: майстер-
лопатки і електродів-інструментів.

39
Розділ 3. Технологічне обладнання для кругової електрохімічної обробки
лопаток ГТД
3.1 Установка для кругової електрохімічної обробки лопаток
Установка для кругової ЕХО являє собою комплекс технологічного
обладнання, що включає електрохімічний верстат, джерело технологічного струму
і зв'язує їх в єдине ціле систему управління. Схема комплексу обладнання,
необхідного для реалізації процесу кругової ЕХО представлена на рисунку 3.1.

Рисунок 3.1 - Схема обладнання, необхідного для реалізації способу кругової
ЕХО
3.1.1 Станки для кругової електрохімічної обробки лопаток
Процес кругової ЕХО профілю пера лопаток ГТД, а саме обробка поверхні
пера, радіусів переходів, полиць і кромок лопатки за одну операцію може бути
реалізована тільки на обладнанні, що дозволяє здійснювати переміщення
шпинделів під кутом щодо нормалі до поздовжньої осі лопатки. Така особливість
обладнання дозволяє виключити необроблені зони на полиці лопатки і в радіусі
переходу. Вибір кута руху шпинделів, а також напрямок подачі електроліту
(уздовж або поперек профілю пера лопатки) визначається конструктивними
особливостями лопаток.
Найбільш складними для реалізації кругової ЕХО є напрямні лопатки
компресора, що мають складну просторову форму з великим вигином осі профілю

40
по довжині пера. Зовнішній вигляд направляючої лопатки компресора сучасного
ГТД представлений на рисунку 3.2.
Для лопаток, що мають складну просторову форму з великим вигином осі
профілю по довжині пера кут руху шпинделів не повинен перевищувати 20°
відносно нормалі до поздовжньої осі лопатки, перевищення даного значення кута
призведе до наявності ділянок профілю, оброблених з великою похибкою, що
утворюється в місцях профілю розташованих дотично до напрямку руху ЕІ.
Зменшення кута в свою чергу може привести до зниження точності копіювання
полки лопатки. Таким чином, для напрямних лопаток кут руху електродів-
інструментів відносно нормалі має визначальне значення і вибирається
індивідуально для кожного типорозміру лопаток. Для деяких типорозмірів
напрямних лопаток обробка профілю пера може вестися з напрямком руху
електродів-інструментів по нормалі до поздовжньої осі лопатки. Очевидно, що в
такому випадку полку лопатки не формуватиме на операції ЕХО, відповідно і
реалізація операції кругової ЕХО при цьому неможлива.
Складність кругової обробки напрямних лопаток ГТД пов'язана також з
необхідністю направлення електроліту уздовж профілю пера, що не завжди
можливо через сильний вигину профілю пера.

Рисунок 3.2 - Зовнішній вигляд направляючої лопатки компресора
сучасного ГТД

41
Враховуючи зазначені вище особливості обладнання для кругової ЕХО
лопаток ГТД для реалізації операції можна виділити наступні моделі
електрохімічних лопаткових верстатів.
1) Верстати для ЕХО лопаток ГТД, що характеризуються відсутністю вигину
профілю по довжині лопатки.
2) Верстати для ЕХО лопаток ГТД, що характеризуються значним вигином
профілю по довжині лопатки.
Для такого типу лопаток оптимально підходять верстати з кутом руху
шпинделів відносно нормалі до поздовжньої осі лопатки до 20°. Це верстати
моделей Іскра-38.2 і bET8080-2D.
Зовнішній вигляд верстата мод. Іскра-38.2 із зазначенням основних елементів
представлений на рисунку 3.3.

1 – Шпиндель; 2 – Камера; 3 – Вібратор; 4 – Шарико-гвинтова пара;
5 – Оптична лінійка; 6 – Станина.
Рисунок 3.3 - Зовнішній вигляд верстата і робочої камери моделі Іскра-38.2
Основною особливістю верстата мод. Іскра-38.2 є реалізація схеми
обробки з осцилюючим рухом електродів-інструментів. При такій схемі
електроди рухаються з постійною або циклічною подачею ЕІ, завдання режиму
руху відбувається шляхом вибору режиму в системі управління. Основний рух
шпинделів здійснюється шарико-гвинтової парою (позиція 4), для здійснення
вібрації ЕІ передбачений вібратор (позиція 3), що дозволяє реалізувати вібрацію

42
електрода під час основного руху ЕІ. Дана схема дозволяє підвищити точність
копіювання, проте призводить до деякого зниження продуктивності і
ускладнення конструкції верстата.
Технічні характеристики верстата мод. Іскра-38.2 представлені в таблиці
3.1.
№ Назва параметрів Характеристика
1 Максимальна площа оброблюваної поверхні 30
(на одну сторону), см2
2 Максимальна довжина оброблюваних 100
лопаток, мм
3 Внутрішні розміри робочої камери (Д×Ш×В), 300×400×300
мм
4 Тип робочої камери З горизонтальним
розташуванням
заготовки;
Кут розташування
електродів -20º до нормалі
відносно поздовжньої осі
лопатки
5 Максимальні розміри встановлюваного 250×170×200
пристосування (Д×Ш×В), мм
6 Максимальна вага встановлюваного 25
пристосування, кг
7 Максимальна вага електродів-інструментів, 10
кг
8 Хід електродів-інструментів, мм 60
9 Тип переміщення електродів Регульоване і кероване за
допомогою ПЛК
переміщення з вібрацією
електродів з періодичним
контролем розмірів деталі
10 Дискретність задання переміщення 0,001
електродів-інструментів, мм
11 Точність позиціонування електродів- 0,01
інструментів, мм
12 Частота вібрації електродів-інструментів, Гц 30…50
13 Амплітуда вібрації електродів-інструментів, 100
мм/хв
14 Режим роботи Ручний, напів автоматичний

43
15 Керування установкою Дистанціне з панелі чи
пульта керування
Верстат моделі Іскра-38.2 і використовуваний в ньому спосіб електрохімічної
обробки осцилюючими електродами оптимальний для обробки складнопрофільних
лопаток з великою кривизною профілю пера і достатню твердість, виробництво
яких на універсальних верстатах моделей ЕХЛ-100, ЕХС-10БМ ускладнене. При
цьому необхідно враховувати, що дана схема не дозволяє добитися схлопування ЕІ
через їх вібрацію, тому необхідно добитися формування кромок лопатки
поступовим підбором координат кінця обробки, а також підгонкою ЕІ, що істотно
збільшить час налаштування обладнання.
3.1.2 Джерела живлення
Як джерела живлення для електрохімічних верстатів застосовуються
перетворювачі змінної напруги. Особливістю джерел живлення є необхідність
підтримки значних струмових навантажень (до 20 кА) при відносно низьких
вихідних напругах (30-40 В), [68, 69].
Вимоги, що пред'являються до джерел живлення, визначаються з
урахуванням реалізованої схеми і точності формоутворення. Спільними для ДЖ
можна вважати наступні вимоги, [68, 69]:
1) Забезпечувати безперебійне протікання процесу електрохімічного
розчинення, за рахунок подачі в міжелектродний зазор постійного або
імпульсної технологічної напруги.
2) Володіти високою швидкодією включення і виключення.
3) Мати пристрій захисту від коротких замикань.
4) Володіти достатньою перевантажувальної здатністю.
5) Забезпечувати високу надійність і ремонтопридатність в умовах можливого
впливу агресивних середовищ.
6) Мати модульну конструкцію побудови з можливістю підвищення потужності
шляхом додавання окремих силових блоків.
7) Володіти мінімально можливими габаритами і масою.

44
Форми напруги струму, що виробляються джерелами живлення,
призначеними для електрохімічної обробки, представлені в таблиці 3.2.
Широке поширення для розмірної ЕХО отримали імпульсні джерела
технологічної напруги. Це пов'язано з підвищенням точності операції складного
формоутворення при застосуванні імпульсної напруги в поєднанні з малим МЕП.
Таблиця 3.2 - Форми напруги струму, що виробляються ДЖ для ЕХО
Форма напруги Характеристик Область застосування
а
Однополярна Електрохімічна обробка
стала: при значеннях МЕП
напруга Uв більше 0,1 мм; Дозволяє
час t забезпечувати
коливається від максимальну
U1 до U2 в продуктивність. Основне
невеликих застосування
межах - отримання отворів,
каналів, порожнин, зняття
задирок.
Постійна зі Електрохімічне
змінною полірування, точіння,
полярністю. шліфування.

Однополярна Електрохімічна обробка
імпульсна. при значеннях МЕП 0,05-
0,1 мм;
Забезпечення високої
точності копіювання.
Основне застосування
-обробка порожнин
складної геометрії,
обробка профілю пера
лопаток.

45
Імпульсна Електрохімічна обробка
біполярна на надмалих МЕП - до 0,02
мм. Забезпечення високої
точності копірованія.
Основне застосування
- обробка порожнин
складної геометрії,
обробка профілю пера
лопаток.
Основними перевагами застосування імпульсного струму для
електрохімічної обробки є [68, 69]:
1) Зменшення нагріву електроліту, за рахунок наявності паузи між
імпульсами, під час яких відбувається промивка міжелектродного проміжку.
2) Якісна евакуація продуктів електрохімічного розчинення з
міжелектродного проміжку, в результаті поліпшення параметрів прокачування
проміжку.
3) Підвищена щільність струму в міжелектродному проміжку.
4) Можливість обробки на малих і надмалих МЕП.
5) Підвищення точності копіювання.
Особливий вплив на механізм розчинення при розмірній електрохімічній
обробці надає форма технологічної напруги (струму), що видається
використовуваним джерелом живлення.
Спроби обробки титанових сплавів прямокутними імпульсами не привели до
поліпшення технологічних показників, а в деяких випадках сприяли збільшенню
шорсткості поверхні, а також втрати точності і порушення нормальної роботи. Для
визначення причин виникнення дефектів, необхідно більш детально розглянути
механізм електрохімічного розчинення титану.
Цікаві експериментальні дані, що відображають ступінь впливу форми
імпульсу на оброблюваність титанових сплавів були отримані при обробці лопаток
з титанових сплавів TA6V і ОТ4. Хімічний склад даних матеріалів наведено в
таблиці 3.3.
Таблиця 3.3 - Хімічний склад титанових сплавів TA6V і ОТ4.

46
Елемент Позначення % від загального об’єму
NA6V OT4
Титан Ti 88,17-90,42 92,6-95,3
Алюміній Al 5,5-6,75 3,5-5,0
Марганець Mn - 0,8-2,0
Ванадій V 3,5-4,5 -
Вуглець C 0,08 0,1
Залізо Fe 0,3 0,3
Для обробки титанового сплаву TA6V використовувалися однополярні
імпульси гребінчастої форми з крутим переднім фронтом (таблиця 3.2). Перевагою
даного типу імпульсів є гарне співвідношення пасивного і транспассивного
механізмів розчинення. Так крутий передній фронт сприяє швидкому наростанню
струму, розчиненню окисної плівки і основного матеріалу, далі відбувається
зменшення вольт-амперної характеристики до значень переходу до пасивного
механізму розчинення, починається пассивація поверхні і перехід до паузи між
імпульсами. Таке поєднання транспассивного і пасивного механізмів розчинення
сприяє підвищенню вибірковості процесу і дозволяє отримати необхідні параметри
якості поверхні (Ra не більше 1 мкм). Однак при перекладі обробки лопаток на
другий верстат такого ж типу з'ясувалося, що отримати необхідні параметри
шорсткості не представляється можливим. Заміри шорсткості показали, що
шорсткість профілю в прикромкових зонах досягає Ra 6,3 мкм при величині
шорсткості решти профілю в межах Ra 1,2 ... 1,5 мкм. На рисунку 3.4 чітко видно
зону з підвищеною шорсткістю поверхні в області прікомлевих перерізів і радіуса
переходу. При первинному аналізі поява даних зон пов'язувалося з недостатнім
прокачуванням електроліту через міжелектродний зазор і перегрівом лопатки.
Однак спроби поліпшити прокачування електроліту, змінити щільність струму і
температуру електроліту позитивного результату не дали.

47

Рисунок 3.4 - Зовнішній вигляд лопатки зі сплаву TA6V після електрохімічної
обробки.
До несподіваних результатів привели дослідження вихідних параметрів
джерела технологічного струму, з'ясувалося, що в процесі обробки в паузі між
імпульсами присутня невелика залишкова напруга рівна 3 ... 5 В (рисунок 3.5).
Присутність напруги в паузі між робочими імпульсами пов'язано з
індуктивним характером навантаження регулятора напруги - трансформатора, в
зв'язку з цим струм, що протікає через тиристори, відстає від напруги по фазі. При
цьому тиристор закривається тільки коли, коли значення протікаючого через нього
струму стає близьким до нуля. Внаслідок чого тиристор пропускає частину
негативної напівхвилі напруги.
Експериментальне дослідження оцінки впливу даної залишкової напруги
показало, що при її зменшенні з 3 В. до 0,5 В. шорсткість поверхні титанового
сплаву TA6V поліпшується з Ra 6,3 мкм до Ra 0,7 мкм, при цьому залежність
шорсткості поверхні від величини залишкової напруги носить лінійний характер.
Подальше зниження залишкової напруги з 0,5 В до 0 В. не приводить до
поліпшення шорсткості поверхні, яка залишається рівною Ra 0,7 ... 1,0 мкм
(рисунок 3.6).

Рисунок 3.5 - Зовнішній вигляд імпульсів при обробці лопаток зі сплаву TA6V.

48

Рисунок 3.6 - Вплив напруги в паузі між імпульсами на шорсткість поверхні
лопаток зі сплаву TA6V.
Зовнішній вигляд деталі після електрохімічної обробки з зменшеною до 0 ...
0,5 В. залишковою напругою показаний на рисунку 3.7.
Напругу в паузі було зменшено шляхом доопрацювання джерела живлення.
Необхідно відзначити, що залишкова напругу в паузі між імпульсами присутня
тільки на тиристорних ІТТ, при цьому потрібне незначне доопрацювання цих
джерел для усунення причин виникнення залишкової напруги в паузі між
імпульсами. Дослідження впливу залишкової напруги показали, що її наявність
практично не впливає на оброблюваність і якість поверхні жароміцних сталей і
сплавів. Тому доопрацювання джерел живлення, що застосовуються для обробки
цих матеріалів може носити лише рекомендаційний характер. При обробці
титанових сплавів перевірка ІТТ і їх доопрацювання є обов'язковим.

Рисунок 3.7 - Зовнішній вигляд лопатки зі сплаву TA6V після електрохімічної
обробки із залишковою напругою 0 ... 0,5 В.
Лопатки з титанового сплаву ОТ4 оброблялися на однополярний постійній
напрузі (таблиця 3.4). Для обробки застосовувалос тиристорне трифазне джерело

49
постійного струму. Особливість застосовуваного джерела, полягала в тому, що
регулювання напруги джерела здійснюється тиристорами, при цьому зменшення
напруги призводить до зменшення ширини напівхвиль і, як наслідок, збільшення
коливань напруги (від U1 до U2 по таблиці 3.4).
При аналізі осцилограм напруги і струму було встановлено, що при
зменшенні напруги на 3 В з 27 В до 24 В провал напруги між значеннями U1 і U2
збільшується з 1 В до 3 ... 4 В, при цьому струм має гребінчату форму з провалами
до 0 А (рисунок 3.8, 3.9). Таким чином, при появі провалу напруги понад 1 В
обробка переходить до пасивного механізму розчинення, процес обробки
дестабілізується.

Рисунок 3.8 - Осцилограма напруги і струму при величині напруги 27 В.

Рисунок 3.9 - Осцилограма напруги і струму при величині напруги 24 В.
Аналіз осцилограм напруги і струму показав, що при обробці сплаву ОТ4
необхідно забезпечити постійну форму напруги з мінімальними коливаннями, при
цьому регулювання величини напруги можливо тільки при повністю відкритих
тиристорах, фазове регулювання не допускається і веде до дестабілізації процесу.
3.2 Елементи технологічної системи для реалізації кругової

50
електрохімічної обробки деталі представника
3.2.1 Майстер-лопатка
В процесі реалізації технології кругової електрохімічної обробки майстер-
лопатка використовується для настройки та доведення робочих поверхонь
електродів-інструментів. Побудова майстер-лопатки здійснюється шляхом
зміщення профілів «спинки» і «корита» лопатки в напрямку, протилежному
напрямку подачі електродів-інструментів на величину 2,5 ... 3 мм в залежності від
геометрії лопатки.
Схема базування майстер-лопатки повністю ідентична схемі базування
заготовки відповідної лопатки (за рисунком 3.10).

Рисунок 3.10 - Схема базування майстер-лопатки на операції виготовлення
робочих поверхонь електродів-інструментів
Матеріалом для виготовлення майстер-лопаток служить бронза або латунь,
що пов'язано з хорошою електропровідністю, високу корозійну стійкість і
оброблюваністю даних матеріалів, [71]. Очевидно, що точність виготовлення
майстер-лопатки повинна бути вище характеристик точності лопатки в 2 - 3 рази.
Майстер-лопатка, яка використовується для реалізації кругової
електрохімічної обробки має деякі особливості в порівнянні з майстер-лопатками
для реалізованої в даний час технології ЕХО профілю пера лопаток, що
обумовлюється необхідністю змикання електродів при остаточному формуванні
кромок профілю пера. Зовнішній вигляд майстер-лопатки для кругової
електрохімічної обробки профілю пера лопаток представлений на рисунку 3.11.

51

1 - Зони, що формують ділянки для обробки кромок профілю пера лопатки;
2 - Зона, що формує ділянку для обробки профілю пера лопатки;
3 - Зона, що формує ділянку для обробки радіуса переходу лопатки;
4 - Зона, що формує ділянку для обробки полки лопатки.
Рисунок 3.14 - Зовнішній вигляд майстер-лопатки для кругової електрохімічної
обробки профілю пера лопаток
Сформуємо технічні вимоги до майстер-лопатки, використовуваної при
доведенні робочих поверхонь електродів-інструментів на операції кругової
електрохімічної обробки:
1) Допуск на виготовлення поверхонь «спинка», «корито» і полки ± 0,02 мм.
2) Допуск на зміщення профілю ± 0,05 мм.
3) Допуск на розворот профілю ± 5 '.
4) Допуск на радіус переходу від полиці +0,1 мм.
5) Незазначені граничні відхилення розмірів, допуски форми та
розташування поверхонь по ОСТ 100022-80.
6) У моделі врахувати припуски:
+0,1 мм - на Сmaх в прикромковому перерізі;
- 0,3 мм - на поверхню полиці.

52
3.2.2 Електроди-інструменти
Електроди-інструменти (ЕІ) для електрохімічної обробки являють собою
деталі з освіченим на одній з поверхонь профілем «спинки» або «корита».
Основним матеріалом для виготовлення ЕІ є корозійностійкі сплави, наприклад
марки Х18Н9Т [72]. При проектуванні ЕІ на їх робочих поверхнях закладається
попередній профіль «спинка» або «корито», виготовлення якого проводитися на
фрезерних верстатах з ЧПУ. Виготовлення попередніх профілів необхідно для
скорочення часу при першому налаштуванні ЕІ по майстер-лопатці.
Довжина ЕІ визначається виходячи з робочого ходу шпинделів верстата, а
також товщини майстер-лопатки, основною умовою при цьому є створення ЕІ
максимально можливої довжини. Це необхідно для збільшення терміну служби ЕІ,
так як при кожному налаштуванні по майстер-лопатці довжина електродів
зменшується пропорційно припуску, знятому для повного налаштування профілю.
Для базування ЕІ на шпинделі верстата зазвичай передбачається шліфована
установча поверхня з двома штифтами (по рисунку 3.12). Після установки на дану
поверхню ЕІ підтягується до настановної площини шпинделя верстата болтами або
штангою, при цьому штанга також виконує функцію подачі охолоджуючої рідини
до ЕІ для виключення його перегріву в процесі роботи. При цьому при першій
установці проводиться перевірка щільності прилягання зазначених поверхонь для
досягнення максимальної площі контакту в електричному ланцюзі. При відсутності
надійного контакту ЕІ з установочною поверхнею шпинделя в процесі виконання
операції можливе виникнення прижогів на базових поверхнях. При цьому виникає
необхідність відновлення поверхонь шляхом шліфування, а також
переналаштування обладнання, що призводить до тривалого простою обладнання.

53

1. Шліфована установча площину електродів;
2, 3. Отвори для установки електродів на штифти;
4. Різьбовий отвір для заходу штанги шпинделя верстата.
Рисунок 3.12 - Зовнішній вигляд площини, що служить для установки ЕІ на
шпинделі верстата
3.2.3 Робоче пристосування
Робоче пристосування необхідно для установки лопатки в камеру
електрохімічного верстата, а також її орієнтації відносно ЕІ. Ще однією важливою
його функцією є орієнтація потоку електроліту уздовж профілю пера лопатки, для
цього в пристосуванні передбачені канали для подачі електроліту, а також
ущільнювальні проставки, які мінімізують витоку електроліту з міжелектродного
зазору. У деяких випадках можливе використання пристосувань, виконаних у
вигляді камери, всі зазори в такому пристосуванні додатково ущільнюються
гумовими прокладками і кришками, а вихід електроліту здійснюється через
спеціальні щілини або отвори, такі пристосування доцільно застосовувати при
обробці складнопрофільних напрямних лопаток для стабілізації прокачування
електроліту.
До конструкції пристосування для кругової електрохімічної обробки
пред'являються наступні вимоги:
1) Матеріал: нержавіючі сталі (з метою збільшення терміну служби
пристосування в умовах роботи в агресивному середовищі (електроліті)).

54
2) Корпус пристосування (за винятком установочних елементів) повинен
бути ізольований від оброблюваної деталі шляхом застосування капролонових
або текстолітових втулок (для забезпечення відсутності роз'ятрювання елементів
пристосування).
3) Елементи базування виготовляються з ніобію (марки ВН3-1) або
високоміцного пластика.
4) Конструкція пристосування повинна забезпечувати можливість
підведення струму до деталі і надійного кріплення струмопідводу.
5) Конструкція пристосування повинна забезпечувати підведення
електроліту в поздовжньому напрямку відносно профілю пера лопатки.
6) У пристосуванні повинні використовуватися елементи (накладки) для
необхідного розподілу електроліту в робочій зоні (з метою підвищення
продуктивності і якості електрохімічної обробки).
Зовнішній вигляд пристосування для кругової ЕХО профілю пера лопаток
представлений на рисунку 3.13.

1 Установча площина пристосування, для його установки в камеру верстата
2 - Базовий центр
3 - Піджимний центр
4 - Рукоятка затиску піджимного центру
5 - Призма
Рисунок 3.13 - Зовнішній вигляд пристосування для кругової електрохімічної
обробки елементів проточної частини лопаток

55
Послідовність установки лопатки в пристосування виглядає наступним
чином. Заготовка лопатки встановлюється технологічною бобишкою в призму
пристосування (позиція 5), базова площина заготовки орієнтується відносно
базового (позиція 2) і прижимного (позиція 3) центрів. Після орієнтування
заготовки відбувається піджим заготовки до площини базового центру при
обертанні рукоятки (позиція 4).
Висновок до розділу 3
1. Аналіз конструкцій електродів-інструментів для кругової електрохімічної
обробки показав, що найбільш ефективним є одночасна обробка кромок лопатки
двома електродами-інструментами (з боку «спинки» і з боку «корита»). При цьому
виготовлення елементів проточної частини ЕІ необхідно виконувати з
використанням майстер-лопатки.
2. Представлені експериментальні дослідження впливу форми технологічної
напруги і струму на розмірну електрохімічну обробку вказують на необхідність
ретельного підбору джерел живлення для виконання операції електрохімічної
обробки, а також на необхідність періодичного моніторингу їх характеристик і
осцилограм.
3. Отримані дані дозволили підвищити продуктивність і якість розмірної
електрохімічної обробки лопаток з титанових сплавів TA6V і ОТ4.
4. Аналіз конструктивних особливостей лопаток компресора ГТД дозволив
визначити моделі установок, використання яких дозволяє реалізувати процес
кругової ЕХО.
5. Визначена можливість керування золотниками гідроприводу з
використанням принципу широтно-імпульсного регулювання, що дозволяє
створити систему управління гідроприводами руху електродів, що забезпечує
утримання електродів в заданому положенні і їх рух із заданою швидкістю.

56
Розділ 4. Дослідження процесу кругової електрохімічної обробки лопаток
4.1 Установка і методика проведення досліджень
При впровадженні технологічного процесу електрохімічної обробки, в тому
числі і кругової, основним завданням є визначення необхідного співвідношення
точності і якості оброблюваної поверхні з продуктивністю обробки. У загальному
вигляді якість оброблених поверхонь залежить від поєднання певних значень таких
параметрів, як склад електроліту, його температура, швидкість прокачування
електроліту через МЕП і щільність електричного струму [76].
Попереднє визначення параметрів процесу при цьому може істотно
скоротити час проведення дослідних робіт, а, отже, і скоротити час впровадження
операції. Особливо актуально рішення такого завдання для кругової
електрохімічної обробки, так як ускладнення конструкції ЕІ при реалізації кругової
ЕХО неминуче призведе до збільшення тривалості налагоджувальних робіт, у разі
можливого виходу з ладу ЕІ при проведенні робіт по підбору режимів обробки [77].
Експериментальні дослідження були проведені на робочих лопатках виробу
SaM-146, на верстаті мод. ЕХЛ-100, призначеному для кругової електрохімічної
обробки. Верстат суміщений з імпульсним тиристорним джерелом технологічного
струму і системою приготування і подачі газоелектролітної суміші. Імпульс
напруги, що видається джерелом - гребінчастий з крутим переднім фронтом,
частота проходження імпульсів – 100 Гц.
В даний час в якості електролітів для електрохімічної обробки профілю пера
лопаток рівноцінно використовуються водні розчини калієвої селітри і кухонної
солі (Н20 + KN03 + NaCl), а також натрієвої селітри і кухонної солі (Н20 + NaN03 +
NaCl). Для проведення експериментальних робіт був використаний електроліт
наступного складу: (7,5 ... 8,5%) KN03 + (8 ... 9%) NaCl + (82,5 ... 84,5%) Н20.
В ході проведення експериментів були оброблені робочі лопатки в кількості
48 шт. на 16 режимах з повторенням обробки на одному режимі 3 рази з
заповненням відповідних протоколів і фіксацією номера лопатки і відповідного

57
режиму обробки. Заміри шорсткості профілю пера лопаток проводилися за схемою,
представленої на рисунку 4.1.

Рисунок 4.1 - Схема розташування точок виміру шорсткості.
Для контролю та фіксації змінних факторів (параметрів процесу обробки) на
вузли верстата були встановлені вимірювальні прилади:
1. на шпинделі верстата встановлені індикатори годинникового типу для
контролю величини міжелектродного зазору і чіткості виконання циклу обробки.
Зовнішній вигляд шпинделя верстата з встановленим індикатором представлений
на рисунку 4.2.

Рисунок 4.2. - Зовнішній вигляд шпинделя верстата з встановленим
індикатором.
2. на передню кришку камери верстата через перехідник встановлений
термометр для контролю температури робочого середовища. Зовнішній вигляд
камери верстата з термометром для контролю температури представлений на
рисунку 4.3.

58

Рисунок 4.3. - Зовнішній вигляд камери верстата з термометром для
контролю температури.
Для більш точної фіксації температури електроліту і контролю показань
термометра в камері верстата в робочому баку додатково був встановлений
ртутний термометр.
3. на змішувач верстата, крім одного вже наявного манометра, що показує
тиск газоелектролітної суміші на вході в камеру встановлено два додаткових
манометра: один в місці підведення стисненого повітря, другий в місці підведення
електроліту. Використання даної схеми установки манометрів дозволяє точно
визначати зміну тиску стисненого повітря в змішувачі верстата. Зовнішній вигляд
змішувача верстата з манометрами представлений на рисунку 4.4.
4. Фіксація відповідності вольтамперних характеристик встановленим
параметрам проводилася за приладами розташованим на передній панелі джерела
живлення. Контроль даних показань здійснювався за допомогою осцилографа,
підключеного до струмопідводу лопатки (+) і струмопідводу електродів (-).

Рисунок 4.4. - Зовнішній вигляд змішувача верстата з манометрами

59
Для визначення кількісних значень параметрів оптимізації робоче місце було
оснащено профілометри TR200 і секундоміром.
Отримані в ході проведення експериментальних робіт були оброблені в
середовищі Mathcad 14, в результаті отримано математичні моделі описують
залежність висоти мікронерівностей, точності (похибки) і продуктивності обробки
від змінних параметрів процесу ЕХО.

4.2 Аналіз математичної моделі і визначення залежності висоти
мікронерівностей від основних параметрів процесу кругової ЕХО
Аналіз технологій ЕХО профілю пера титанових лопаток, показав, що при
обробці лопаток в межах однієї партії середня висота мікронерівностей профілю
Ra може коливатися від 0,8 мкм до 1,8 мкм при максимальній середній висоті
мікронерівностей за кресленням 1 мкм. Зменшення середньої висоти
мікронерівностей при цьому можливо. Для цього необхідна стабілізація параметрів
процесу ЕХО, однак для визначення меж стабілізації потрібне проведення
експериментів, так як витрати на вдосконалення систем забезпечення ділянки і
верстатів ЕХО можуть бути не співмірні з вартістю доопрацювання лопаток з
середньою висотою мікронерівностей до 1,8 мкм методом віброполірування або
вручну. Таким чином, побудова математичної залежності середньої висоти
мікронерівностей профілю Ra дозволить визначити необхідні межі стабілізації
параметрів ЕХО профілю пера лопаток, а також здійснювати розрахунок режимів
обробки.
Аналіз отриманих даних показав, що необхідні параметри шорсткості
поверхні профілю можуть бути отримані при наступних значеннях різниці тиску,
напруги і міжелектродного зазору: P = 30 кПа, U = 12 В, δ = 0,1 мм [80].
Температура електроліту при наведених параметрах не робить значного впливу на
значення шорсткості (рисунок 4.5). Значення шорсткості в даному випадку
залишається приблизно рівним 1 мкм у всьому діапазоні температур від 20° С до
40° С. Очевидно, що реалізація наведеного режиму обробки не вимагає стабілізації

60
температури електроліту, що є не менш важливим фактором при створенні системи
забезпечення електролітом і не вимагає підвищених витрат для створення систем з
підтримкою температури в жорстких межах, наприклад, ± 1° С [81].
Зміна межелектродного зазору понад 0,1 мм призводить до різкого
збільшення середньої висоти мікронерівностей поверхні, особливо при збільшеною
різниці тисків електроліту і повітря на вході в змішувач (рисунок 4.6). При
зниженні різниці тисків до мінімального значення Р = 30 кПа можливе збільшення
міжелектродного зазору до 0,15 мм з незначним збільшенням середньої висоти
мікронерівностей поверхні (рисунок 4.7).

Рисунок 4.5 - Залежність середньої висоти мікронерівностей Ra профілю
пера від температури електроліту θ при напрузі U 8 В і 12 В у діапазоні зазорів δ
від 0,1 до 0,2 мм при різниці тисків Р = 30 кПа.

61
Рисунок 4.6 - Залежність середньої висоти мікронерівностей Ra профілю
пера від міжелектродного зазору δ при напрузі U 8 В і 12 В у діапазоні температур
θ від 20 ° С до 40 ° С при різниці тисків Р = 100 кПа.

Рисунок 4.7 - Залежність середньої висоти мікронерівностей Ra профілю
пера від міжелектродного зазору δ при напрузі U 8 В і 12 В у діапазоні температур
θ від 20 ° С до 40 ° С при різниці тисків Р = 30 кПа.
Збільшення температури електроліту в діапазоні зміни різниці тисків
електроліту і повітря на вході в змішувач верстата Р = 30 ... 100 кПа у всіх випадках
призводить до зниження середньої висоти мікронерівностей поверхні Ra (рисунок
4.5), виключення в даному випадку становлять режими обробки на зазорах більше
0, 15 мм при максимальній різниці тисків Р (рисунок 4.8).

Рисунок 4.8. - Залежність середньої висоти мікронерівностей Ra профілю
пера від температури електроліту θ при напрузі U 8 В і 12 В у діапазоні зазорів δ
від 0,1 до 0,2 мм при різниці тисків Р = 100 кПа.
Зміна напруги в досліджуваних межах сприяє поліпшенню середньої висоти
мікронерівностей, особливо на малих зазорах (рисунок 4.9). На великих же зазорах
шорсткість або не змінюється, або при деяких режимах незначно збільшується
(рисунок 4.10), при цьому при температурі електроліту 40 ° С зміна середньої

62
висоти мікронерівностей можливо в досить широкому діапазоні значень від 1,5 до
3,5 мкм.

Рисунок 4.9 - Залежність середньої висоти мікронерівностей Ra профілю
пера від напруги U при температурі електроліту θ 20 ° С і 40 ° С в діапазоні
різниці тисків Р 30 ... 100 кПа при міжелектродному зазорі δ = 0,1 мм.

Рисунок 4.10 - Залежність середньої висоти мікронерівностей Ra профілю
пера від напруги U при температурі електроліту θ 20 ° С і 40 ° С в діапазоні
різниці тисків Р 30 ... 100 кПа при міжелектродному зазорі δ = 0,2 мм.
Збільшення різниці тисків електроліту і повітря на вході в змішувач верстата
Р в межах досліджуваної області призводить до збільшення середньої висоти
мікронерівностей, особливо сильно збільшення різниці тисків впливає на
шорсткість поверхні при зазорах близьких до 0,2 мм (рисунок 4.11, 4.12).

63
Рисунок 4.11. - Залежність середньої висоти мікронерівностей Ra профілю
пера від різниці тисків Р при температурі електроліту θ 20 ° С і 40 ° С в діапазоні
напруг U від 8 до 12 В при міжелектродному зазорі δ = 0,1 мм.
Достовірність експериментальних даних і математичної залежності була
перевірена при виготовленні партії деталей в кількості 500 шт. Різниця між
вимірами шорсткості і розрахунковими значеннями склала не більше 12-15%.

Рисунок 4.12 – Зависимость средней высоты микронеровностей Ra
профиля пера от разницы давлений Р при температуре электролита θ 20
°С и 40 °С в диапазоне напряжений от 8 до 12 В при межэлектродном
зазоре δ = 0,1 мм.

4.3 Оцінка точності формоутворення при круговій електрохімічній
обробці в залежності від основних параметрів процесу
Аналіз отриманих даних показав, що сильний вплив на точність
електрохімічного формоутворення надають параметри різниці тисків електроліту і
повітря на вході в змішувач (Р) і величина міжелектродного зазору (δ). При
збільшенні параметрів Р і δ спостерігається сильне потовщення прикромкових
перетинів лопатки. Дане явище може бути пов'язане з поступовим зашламуванням
міжелектродного проміжку (МЕП), а також утворенням у прикромковій зоні суміші
з високою концентрацією газу і утворенням газових бульбашок, що знижують
електропровідність електроліту і уповільнюють процес обробки. Зменшення
частки чистого електроліту в МЕП призводить до зниження ступеня розчинення
основного матеріалу лопатки, що в свою чергу може привести до збільшення
шорсткості поверхні і утворення поверхневих дефектів. На рисунку 4.13

64
представлений зовнішній вигляд лопатки з поверхневим дефектом в прикромковій
зоні.

Рисунок 4.13 - Зовнішній вигляд робочої лопатки компресора з поверхневим
дефектом в прикромковій зоні.
Результати дослідження також показали, що зміна режимів обробки впливає
на характеристики точності процесу кругової ЕХО, варіювання режимів обробки
дозволяє мінімізувати або повністю виключити ефект падіння напруги при
односторонньому підводі струму до лопатки при електрохімічній обробці профілю
пера лопаток. Управляти похибкою в цьому випадку можна за допомогою зміни
тиску повітря і міжелектродного зазору.
На рисунку 4.14 представлені схеми обробки з одностороннім підведенням
струму з урахуванням варіювання параметрів P і δ.
Подальший аналіз результатів дозволив визначити, що при мінімальному
значенні МЕП збільшення параметра Р робить негативний вплив на точність, при
цьому збільшення температури електроліту посилює негативний вплив параметра
Р. напруга в обраному діапазоні із мінімальним впливом на точність
формоутворення. Тиск P напроти істотно впливає на точність, при цьому
збільшення температури електроліту посилює негативний вплив параметра P
(рисунок 4.15). Напруга при малих зазорах не робить істотного впливу на точність
ЕХО.

65

Рисунок 4.14 - Схеми обробки з одностороннім підведенням струму з
урахуванням зміни параметрів P і δ, де а - обробка зі збільшеними значеннями
параметровP і δ, б - при оптимальних значеннях P і δ.
Збільшення параметра Р в сукупності зі збільшеним до 0,2 мм
межелектродним зазором, як уже зазначалося раніше, призводить до різкого
збільшення похибки, особливо при температурі електроліту θ = 20ºС (рисунок
4.16). При збільшеному зазорі сильний вплив на точність робить і напруга, причому
ступінь впливу напруги залежить від температури електроліту. Максимальні
показники точності можуть бути досягнуті в парах мінімуму параметрів
температури і напруги і максимуму параметрів температури і напруги (рисунок
4.17).

Рисунок 4.15 -Залежність величини розкиду результатів на товщину
профілю пера від різниці тисків Р при температурі електроліту θ 20ºС і 40ºС в
діапазоні напруг U від 8 до 12 В і величиною МЕП δ = 0,1 мм.

66

Рисунок 4.16 - Залежність величини розкиду результатів на товщину
профілю пера від різниці тисків Р при температурі електроліту θ 20ºС і 40ºС в
діапазоні напруг U від 8 до 12 В і величиною МЕП δ = 0,2 мм.

Рисунок 4.17 - Залежність величини розкиду результатів на товщину
профілю пера від напруги U при температурі електроліту θ 20ºС і 40ºС в діапазоні
різниці тисків Р від 30 до 100 кПа і величиною МЕП δ = 0,2 мм.
Зміна напруги при мінімальному значенні МЕП не робить сильного впливу
на вихідний параметр σ - середнє відхилення по перерізах, таке ж як і при зміні
параметра Р (рисунок 4.18). При цьом необходимо зазначити, що величина
параметра σ змінюється в невеликих межах і и не має різких стрибків при зміні
параметрів, тому обробка на малих МЕП є найкращою. Збільшення МЕП вимагає
збільшення параметра Р, однак при цьому величина параметра σ залишається
досить високою (рисунок 4.19).

67

Рисунок 4.18 - Залежність значення середнього відхилення по перетинах від
різниці тисків Р при температурі електроліту θ 20ºС і 40ºС в діапазоні напруг U
від 8 до 12 В і величиною МЕП δ = 0,1 мм

Рисунок 4.19 - Залежність з середнього відхилення по перетинах від різниці
тисків Р при температурі електроліту θ 20ºС і 40ºС в діапазоні напруг U від 8 до
12 В і величиною МЕП δ = 0,2 мм
Отримання мінімальної величини вихідного параметра середнього
відхилення по перетинах σ можливо при виборі Середньодіючої напруги, яка рівна
12 В (рисунок 4.20).

68
Рисунок 4.20 - Залежність з середнього відхилення по перетинах від напруги
U при температурі електроліту θ = 40ºС, різниці тисків Р = 30 і величиною МЕП δ
= 0,2 мм.
Негативний вплив температури на параметр σ проявляється тільки при
збільшенні тиску Р, в інших випадках вплив температури мінімальний (рисунок
4.21).

Рисунок 4.21 - Залежність середнього відхилення по перетинах від
температури електроліту θ при напрузі U 8 і 12 В у діапазоні МЕП δ від 0,1 до 0,2
мм і різниці тисків Р = 30 кПа.
Дослідження показали, що для представлених лопаток при даній настройці
обладнання і ЕІ отримання стабільних результатів по точності можливо при
наступних вихідних параметрах процесу: Р = 30 кПа; θ = 40 ° С; δ = 0,1 мм; U = 12В,
величина середнього відхилення при цьому не перевищує 0,07 мм.
Необхідно відзначити, що параметр Е, що визначає величину розкиду
результатів вимірювання товщини профілю, характеризує настройку і може бути
відкоректований шляхом доопрацювання майстер-лопатки з подальшою
переналадкой електродів-інструментів. На рисунку 4.22 представлені результати
виміру лопаток, оброблених на одному з режимів, що дозволяє отримати
шорсткість поверхні відповідно до вимог креслення, за розмірами е1, Е і е2. На
представлених графіках паралельними лініями виділена зона допуску на товщину
профілю пера лопатки, а крива вказує на справжнє значення розміру з урахуванням
номінального значення. Перевищення допуску при цьому спостерігається тільки в
прикромкових перетинах, тому необхідне коректування ЕІ на величину
перевищення допуску, яка може бути виконана двома способами:
1. коригуванням майстер-лопатки з подальшим обжигом ЕІ;

69
2. слюсарним доведенням робочих поверхонь ЕІ.

Рисунок 4.22. - Результати виміру лопаток, оброблених на режимі
оптимальному для отримання мінімальних значень шорсткості поверхні і
максимальної продуктивності, за розмірами е1, Е і е2.
Залежність продуктивності обробки від вхідних параметрів представлена на
рисунках 4.23 і 4.24. Аналіз отриманих даних показав, що продуктивність досягає
максимальних значень при температурі 20 ° С (рис. 4.23).
В процесі роботи електроліт може змінювати температуру, при цьому
необхідно відзначити, що при температурі 40° С продуктивність обробки

70
знижується незначно в порівнянні з оптимальною, дане зниження становить не
більше 10% (рис 4.24).
В ході експериментальних досліджень також було встановлено, що
збільшення міжелектродного зазору призводить до зниження продуктивності
обробки в 1,3 ... 1,5 рази у всьому діапазоні варіювання досліджуваних факторів.
Найбільша похибка отриманої регресійної залежності не перевищує 15%.
Виходячи з отриманих даних видно, що отримання максимальної
продуктивності для обробки робочих лопаток компресора можливо на режимі з
наступними параметрами: Р = 30 кПа, U = 12В, δ = 0,1 мм, θ = 20 ° С [82]. Однак,
можливе збільшення температури в процесі обробки не викликає сильного
зниження продуктивності.

Рисунок 4.23. - Залежність продуктивності обробки П профілю пера від
напруги U при температурі електроліту θ 20 ° С в діапазоні тиску електроліту P 30
... 100 кПа при міжелектродному зазорі δ = 0,1 мм.

Рисунок 4.24. - Залежність продуктивності обробки П профілю пера від
напруги U при температурі електроліту θ 40 ° С в діапазоні тиску електроліту P 30
... 100 кПа при міжелектродному зазорі δ = 0,1 мм.

71
4.4 Визначення оптимальних режимів кругової ЕХО на основі
математичної моделі
Аналіз отриманих даних показав, що необхідні параметри шорсткості
поверхні профілю можуть бути отримані при наступних значеннях різниці тисків
електроліту і повітря на вході в змішувач, середньодіючої напруги і
міжелектродного зазору: Р = 30 кПа, U = 12 В, δ = 0,1 мм. Температура електроліту
при наведених параметрах не робить значного впливу на значення шорсткості
(рисунок 4.25). Значення шорсткості в даному випадку залишається приблизно
рівним 1 мкм у всьому діапазоні температур від 25 ° С до 40 ° С.

Рисунок 4.25 - Залежність середньої висоти мікронерівностей Ra профілю
пера від температури електроліту θ при напрузі U 8 В і 12 В у діапазоні зазорів δ
від 0,1 до 0,2 мм при різниці тисків Р = 30 кПа.
Залежність продуктивності обробки від вхідних параметрів представлена на
рисунках 4.26 і 4.27. Перевірка продуктивності оптимального режиму обробки пера
лопатки, з точки зору отримання необхідних параметрів висоти мікронерівностей
показала, що продуктивність досягає максимальних значень при температурі 20 °
С (рисунок 4.26).
В процесі роботи електроліт може змінювати температуру, при цьому
необхідно відзначити, що при температурі 40° С продуктивність обробки
знижується незначно в порівнянні з оптимальною, дане зниження становить не
більше 10% (рисунок 4.27).
Виходячи з отриманих даних видно, що оптимальним з точки зору
забезпечення необхідної середньої висоти мікронерівностей, точності і

72
максимальної продуктивності для обробки робочих лопаток компресора є режим з
наступними параметрами: Р = 30 ... 40 кПа, U = 11 ... 12В, δ = 0,1 ... 0,12 мм, θ = 25
... 40 ° С.

Рисунок 4.26 - Залежність продуктивності обробки П профілю пера від
напруги U при температурі електроліту θ 20 ° С в діапазоні тиску електроліту P 30
... 100 кПа при міжелектродному зазорі δ = 0,1 мм.

Рисунок 4.27 - Залежність продуктивності обробки П профілю пера від
напруги U при температурі електроліту θ 40 ° С в діапазоні тиску електроліту P 30
... 100 кПа при міжелектродному зазорі δ = 0,1 мм.

Висновок до розділу 4
1. Отримані математичні залежності можуть бути використані для
попередньої оцінки обраних режимів обробки за параметрами точності, середньої
висоти мікронерівностей поверхні профілю пера лопаток після операції ЕХО і
продуктивності обробки.
2. Графіки, побудовані за результатами експерименту, дозволили визначити
закономірності перебігу процесу кругової електрохімічної обробки в заданих
діапазонах зміни змінних параметрів.

73
3. Проведені дослідження дозволили визначити допустимі значення
параметрів процесу ЕХО для обробки металу TA6V і можливі діапазони зміни
основних параметрів процесу для отримання точності, середньої висоти
мікронерівностей не більше 1 мкм, а також показали, що режими дозволяють
отримати хороші показники шорсткості і продуктивності.
4. Дослідження показали, що для ЕХО профілю пера робочих лопаток
компресора з титанового сплаву TA6V існує область режимів обробки, в якій
можливо одночасно забезпечити не тільки задовільні параметри точності і
середньої висоти мікронерівностей профілю, а й максимальну продуктивність
розмірної ЕХО.

74
Розділ 5. Охорона праці та безпека в НС
5.1 Вимоги охорони праці під час електрохімічної обробки металів
Базовим нормативним документом є НПАОП 28.0-1.34-14 «Правила охорони
праці під час електрохімічної обробки металів». Ці Правила поширюються на
суб’єктів господарювання незалежно від форм власності та організаційно-правових
форм, які здійснюють діяльність з обробки металів. Правила встановлюють вимоги
з охорони праці під час електрохімічної обробки металів та є обов’язковими для
роботодавців та працівників.
Загальні вимоги
Роботодавець повинен опрацювати і затвердити нормативні акти про охорону
праці, що діють на підприємстві, відповідно до вимог Порядку опрацювання і
затвердження власником нормативних актів про охорону праці, що діють на
підприємстві, затвердженого наказом Державного комітету України по нагляду за
охороною праці від 21 грудня 1993 року № 132, зареєстрованого в Міністерстві
юстиції України 07 лютого 1994 року за № 20/229 (НПАОП 0.00-6.03-93).
Роботодавець розроблює та затверджує інструкції з охорони праці відповідно
до вимог Положення про розробку інструкцій з охорони праці, затвердженого
наказом Комітету по нагляду за охороною праці Міністерства праці та соціальної
політики України від 29 січня 1998 року № 9, зареєстрованого в Міністерстві
юстиції України 07 квітня 1998 року за № 226/2666 (НПАОП 0.00-4.15-98).
Забороняється залучення жінок до робіт відповідно до Переліку важких робіт
та робіт із шкідливими і небезпечними умовами праці, на яких забороняється
застосування праці жінок, затвердженого наказом Міністерства охорони здоров’я
України від 29 грудня 1993 року № 256, зареєстрованого в Міністерстві юстиції
України 30 березня 1994 року за № 51/260.
Підіймання та переміщення важких речей жінками здійснюється з
дотриманням вимог Граничних норм підіймання і переміщення важких речей
жінками, затверджених наказом Міністерства охорони здоров'я України від 10
грудня 1993 року № 241, зареєстрованих у Міністерстві юстиції України 22 грудня
1993 року за № 194.

75
Забороняється залучення неповнолітніх до робіт відповідно до Переліку
важких робіт і робіт із шкідливими і небезпечними умовами праці, на яких
забороняється застосування праці неповнолітніх, затвердженого наказом
Міністерства охорони здоров’я України від 31 березня 1994 року № 46,
зареєстрованого в Міністерстві юстиції України 28 липня 1994 року за № 176/385.
Роботодавець повинен безоплатно забезпечити працівників, зайнятих на
роботах зі шкідливими умовами праці, молоком або іншими рівноцінними
харчовими продуктами; на роботах з особливо шкідливими умовами праці -
лікувально-профілактичним харчуванням відповідно до Кодексу законів про
працю України.
Роботодавець організовує проведення медичних оглядів працівників певних
категорій під час прийняття на роботу (попередній медичний огляд) та протягом
трудової діяльності (періодичні медичні огляди) відповідно до вимог Порядку
проведення медичних оглядів працівників певних категорій, затвердженого
наказом Міністерства охорони здоров’я України від 21 травня 2007 року № 246,
зареєстрованого в Міністерстві юстиції України 23 липня 2007 року за №
846/14113.
Навчання і перевірка знань з питань охорони праці посадових осіб та
працівників повинні проводитися відповідно до вимог Типового положення про
порядок проведення навчання і перевірки знань з питань охорони праці,
затвердженого наказом Державного комітету України з нагляду за охороною праці
від 26 січня 2005 року № 15, зареєстрованого в Міністерстві юстиції України 15
лютого 2005 року за № 231/10511 (НПАОП 0.00-4.12-05).
Роботодавець повинен розробити та затвердити перелік робіт з підвищеною
небезпекою відповідно до Переліку робіт з підвищеною небезпекою,
затвердженого наказом Державного комітету України з нагляду за охороною праці
від 26 січня 2005 року № 15, зареєстрованого в Міністерстві юс- тиції України 15
лютого 2005 року за № 232/10512 (НПАОП 0.00-2.01-05).
Розслідування та облік нещасних випадків, професійних захворювань та
аварій на виробництві здійснюються відповідно до вимог Порядку проведення

76
розслідування та ведення обліку нещасних випадків, професійних захворювань і
аварій на виробництві, затвердженого постановою Кабінету Міністрів України від
30 листопада 2011 року № 1232.
Роботодавець повинен організовувати проведення атестації робочих місць за
умовами праці відповідно до вимог Порядку проведення атестації робочих місць за
умовами праці, затвердженого постановою Кабінету Міністрів України від 01
серпня 1992 року № 442.
Роботодавець повинен забезпечити безпечну експлуатацію
електроустаткування відповідно до вимог Правил безпечної експлуатації
електроустановок споживачів, затверджених наказом Комітету по нагляду за
охороною праці Міністерства праці та соціальної політики України від 09 січня
1998 року № 4, зареєстрованих у Міністерстві юстиції України 10 лютого 1998 року
за № 93/2533 (НПАОП 40.1-1.21-98).
Системи опалення, вентиляції та кондиціювання приміщень повинні
відповідати вимогам чинного законодавства.
Роботодавець повинен забезпечити працівників спеціальним одягом,
спеціальним взуттям та іншими засобами індивідуального захисту (далі - ЗІЗ)
відповідно до вимог Положення про порядок забезпечення працівників
спеціальним одягом, спеціальним взуттям та іншими засобами індивідуального
захисту, затвердженого наказом Державного комітету України з промислової
безпеки, охорони праці та гірничого нагляду від 24 березня 2008 року № 53,
зареєстрованого в Міністерстві юстиції України 21 травня 2008 року за №
446/15137 (НПАОП 0.00-4.01-08).
Засоби індивідуального захисту повинні відповідати вимогам Технічного
регламенту засобів індивідуального захисту, затвердженого постановою Кабінету
Міністрів України від 27 серпня 2008 року № 761.
Працівники, які виконують роботи з електрохімічної обробки металів, повинні
бути забезпечені ЗІЗ відповідно до Норм безплатної видачі спеціального одягу,
спеціального взуття та інших засобів індивідуального захисту працівникам
загальних професій різних галузей промисловості, затверджених наказом

77
Державного комітету України з промислової безпеки, охорони праці та гірничого
нагляду від 16 квітня 2009 року № 62, зареєстрованих у Міністерстві юстиції
України 12 травня 2009 року за № 424/16440 (НПАОП 0.00-3.07-09), та Норм
безплатної видачі спеціального одягу, спеціального взуття та інших засобів
індивідуального захисту працівникам машинобудування та металообробної
промисловості, затверджених наказом Міністерства України з питань
надзвичайних ситуацій та у справах захисту населення від наслідків
Чорнобильської катастрофи від 21 лютого 2006 року № 89, зареєстрованих у
Міністерстві юстиції України 10 березня 2006 року за № 250/12124 (НПАОП 29.0-
3.02-06).
Роботодавець повинен забезпечувати працівників під час роботи зі
шкідливими речовинами відповідними захисними пастами, мазями, що мають
маркування згідно з ГОСТ 12.4.068-79 «ССБТ. Средства индивидуальной защиты
дерматологические. Классификация и общие требования», та засобами
нейтралізації (розчинами соди для нейтралізації кислот при ураженні шкіри;
розчинами оцтової або борної кислоти для нейтралізації лугу при ураженні шкіри).
5.2 Вимоги безпеки до організації робочих місць
Роботодавець повинен створити для кожного працівника безпечні і нешкідливі
умови праці шляхом належного облаштування робочих місць відповідно до
Загальних вимог стосовно забезпечення роботодавцями охорони праці працівників,
затверджених наказом Міністерства надзвичайних ситуацій України від 25 січня
2012 року № 67, зареєстрованих у Міністерстві юстиції України 14 лютого 2012
року за № 226/20539 (НПАОП 0.00-7.11-12).
Робочі місця працівників повинні відповідати вимогам ГОСТ 12.2.032-78
«ССБТ. Рабочее место при выполнении работ сидя. Общие эргономические
требования», ГОСТ 12.2.033-78 «ССБТ. Рабочее место при выполнении работ стоя.
Общие эргономические требования» та ДСТУ ГОСТ 12.2.061:2009 «ССБТ.
Оборудование производственное. Общие требования безопасности к рабочим
местам».

78
Параметри мікроклімату в межах робочої зони повинні відповідати вимогам
Санітарних норм мікроклімату виробничих приміщень, затверджених постановою
Головного державного санітарного лікаря України від 01 грудня 1999 року № 42
(ДСН 3.3.6.042-99).
Рівень шуму на робочих місцях повинен відповідати нормам, встановленим
Санітарними нормами виробничого шуму, ультразвуку та інфразвуку,
затвердженими постановою Головного державного санітарного лікаря України від
01 грудня 1999 року № 37 (ДСН 3.3.6.037-99).
Загальні вимоги безпеки до захисту від шуму на робочих місцях, шумових
характеристик машин та механізмів повинні відповідати вимогам ГОСТ 12.1.003-
83 «ССБТ. Шум. Общие требования безопасности».
Роботодавець повинен здійснювати контроль рівня шуму відповідно до вимог
ГОСТ 12.1.050-86 «ССБТ. Методы измерения шума на рабочих местах» та ДСТУ
2867-94 «Шум. Методи оцінювання виробничого шумового навантаження.
Загальні вимоги».
Рівень вібрації на робочих місцях не повинен перевищувати норм,
встановлених Державними санітарними нормами виробничої загальної та
локальної вібрації, затвердженими постановою Головного державного санітарного
лікаря України від 01 грудня 1999 року № 39 (ДСН 3.3.6.039-99), та ДСТУ ГОСТ
12.1.012:2008 «ССБТ. Вибрационная безопасность. Общие требования».
У робочій зоні виробничих приміщень вміст шкідливих речовин не повинен
перевищувати граничнодопустимих концентрацій, встановлених ГОСТ 12.1.005-88
«ССБТ. Общие санитарно-гигиенические требования к во- здуху рабочей зоны».
На робочих місцях параметри електромагнітних полів повинні відповідати
вимогам Державних санітарних норм і правил при роботі з джерелами
електромагнітних полів, затверджених наказом Міністерства охорони здоров`я
України від 18 грудня 2002 року № 476, зареєстрованих у Міністерстві юстиції
України 13 березня 2003 року за № 203/7524 (ДСанПіН 3.3.6.096- 2002).

79
Робочі місця повинні бути обладнані стелажами та інструментальними
шафами для зберігання пристосувань, інструментів. Розмір стелажів повинен
відповідати найбільшим габаритам виробів, які на них укладаються
Робочі місця повинні розміщуватися поза лінією руху вантажу, який
транспортується вантажопідіймальними засобами.
Біля робочих місць повинні бути передбачені площі для передачі матеріалів,
деталей для обробки та складування, позначені фарбою за габаритами.
Забороняється захаращувати робочі місця готовою продукцією, матеріалами,
деталями і відходами виробництва.
5.3 Вимоги охорони праці під час технологічних процесів
Роботодавець повинен забезпечити організацію і безпечне виконання робіт з
електрохімічної обробки металів відповідно до вимог ГОСТ 12.3.002- 75 «ССБТ.
Процессы производственные. Общие требования безопасности».
Для зберігання, складування та транспортування заготівок, матеріалів і
готових виробів необхідно використовувати спеціальну та уніфіковану тару
відповідно до вимог ГОСТ 14861-91 «Тара производственная. Типы», ГОСТ 19822-
88 «Тара производственная. Технические условия» та ГОСТ 12.3.010- 82 «ССБТ.
Тара производственная. Требования безопасности при эксплуатации».
Хімічні речовини повинні зберігатися на складі у закритій тарі з бирками та
етикетками відповідно до вимог ГОСТ 3885-73 «Реактивы и особо чистые
вещества. Правила приемки, отбор проб, фасовка, упаковка, маркировка,
транспортирование и хранение» з урахуванням класу небезпеки речовин та їх
фізико-хімічних властивостей відповідно до вимог ГОСТ 12.1.007-76 «ССБТ.
Вредные вещества. Классификация и общие требования безопасности».
Роботодавець повинен забезпечити встановлення знаків безпеки для
позначення небезпечних зон відповідно до вимог Технічного регламенту знаків
безпеки і захисту здоров’я працівників, затвердженого постановою Кабінету
Міністрів України від 25 листопада 2009 року № 1262.

80
Вантажно-розвантажувальні роботи необхідно виконувати відповідно до
вимог ГОСТ 12.3.009-76 «ССБТ. Работы погрузочно-разгрузочные. Общие
требования безопасности».
Транспортування хімічних речовин та їх відходів необхідно здійснювати
відповідно до вимог ГОСТ 12.3.020-80 «ССБТ. Процессы перемещения грузов на
предприятиях. Общие требования безопасности».
Транспортування хімічних рідин повинно виконуватися переважно
централізовано трубопроводами з матеріалів, хімічно стійких до речовин, що
транспортуються.
Роботи з використанням вантажопідіймальних кранів, вантажопідій- мальних
машин, вантажозахоплювальних пристосувань необхідно виконувати відповідно
до вимог Правил будови і безпечної експлуатації вантажопідіймальних кранів,
затверджених наказом Державного комітету України з промислової безпеки,
охорони праці та гірничого нагляду від 18 червня 2007 року № 132, зареєстрованих
у Міністерстві юстиції України 09 липня 2007 року за № 784/14051 (НПАОП 0.00-
1.01-07).
Роботи з використанням вантажопідіймальних кранів необхідно виконувати
відповідно до вимог: Типової інструкції з безпечного ведення робіт для
стропальників (зачіплювачів), які обслуговують вантажопідіймальні крани,
затвердженої наказом Державного комітету України по нагляду за охороною праці
від 25 вересня 1995 року № 135, зареєстрованої в Міністерстві юстиції України 10
жовтня 1995 року за № 372/908 (НПАОП 0.00-5.04-95);
Типової інструкції для осіб, відповідальних за безпечне проведення робіт з
переміщення вантажів кранами, затвердженої наказом Державного комітету
України по нагляду за охороною праці від 20 жовтня 1994 року №107,
зареєстрованої в Міністерстві юстиції України 13 березня 1995 року за № 60/596
(НПАОП 0.00-5.06-94);
Типової інструкції для осіб, відповідальних за утримання
вантажопідіймальних кранів в справному стані, затвердженої наказом Державного
комітету України по нагляду за охороною праці від 20 жовтня 1994 року № 107,

81
зареєстрованої в Міністерстві юстиції України 13 березня 1995 року за № 59/595
(НПАОП 0.00-5.07-94);
Типової інструкції для інженерно-технічних працівників, які здійснюють
нагляд за утриманням та безпечною експлуатацією вантажопідіймальних кранів,
затвердженої наказом Державного комітету України по нагляду за охороною праці
від 20 жовтня 1994 року № 107, зареєстрованої в Міністерстві юстиції України 13
березня 1995 року за № 58/594 (НПАОП 0.00-5.20-94).
Експлуатацію виробничого устаткування необхідно здійснювати відповідно
до вимог Технічного регламенту безпеки машин, затвердженого постановою
Кабінету Міністрів України від 30 січня 2013 року № 62, та ГОСТ 12.2.003-91
«ССБТ. Оборудование производственное. Общие требования безопасности».
Температура нагрітих поверхонь устаткування та огороджень не повинна
перевищувати 43°С відповідно до вимог ДСТУ EN 563-2001 «Безпечність машин.
Температури поверхонь, доступних для дотику. Ергономічні дані для встановлення
граничних значень температури гарячих поверхонь» (EN 563:1994, IDT).
Відкриті частини машин, механізмів і устаткування та частини, які рухаються,
повинні бути огороджені відповідно до вимог ГОСТ 12.2.062-81 «ССБТ.
Оборудование производственное. Ограждения защитные».
Верстати, що працюють з відкритими електродами та поливом зони обробки,
повинні мати огородження для захисту працівників від бризок електроліту та
укриття з витяжною вентиляцією.
Тип, форма та розмір огородження повинні визначатися конструкцією деталі,
що оброблюється.
У разі неможливості встановлення постійних огороджень необхідно
передбачати відкидні, поворотні або підйомні запобіжні огородження з органічного
скла з блокуванням пуску верстата.
Працівники під час виконання робіт повинні дотримуватися вимог Інструкції
з охорони праці під час виконання монтажних робіт інструментами і пристроями,
затвердженої наказом Міністерства праці та соціальної політики України від 05

82
червня 2001 року № 254, зареєстрованої у Міністерстві юстиції України 20 липня
2001 року за № 616/5807 (НПАОП 0.00-5.24-01).
Інструменти, які додатково використовуються під час електрохімічної
обробки металів, повинні бути обміднені або виготовлені з металу, що не
спричинює іскроутворення.
Використання абразивного інструменту необхідно здійснювати відповідно до
вимог Правил охорони праці під час роботи з абразивним інструментом,
затверджених наказом Міністерства надзвичайних ситуацій України від 22 жовтня
2012 року № 1277, зареєстрованих у Міністерстві юстиції України 08 листопада
2012 року за № 1879/22191 (НПАОП 28.0-1.30-12).
Роботи з лугом, кислотами, електролітами необхідно виконувати при
включеній загальнообмінній та місцевій вентиляції.
Баки з електролітом та пристрої для перекачування електролітів повинні
розміщуватися в окремому ізольованому приміщенні, обладнаному припливно-
витяжною вентиляцією.
Заміну електроліту, заповнення та спустошення баків і ванн необхідно
виконувати за допомогою пристроїв для перекачування або сифонних
пристосувань. Під час виконання цих операцій забороняється використовувати
відра та черпаки.
Розкриття тари з хімічними речовинами необхідно виконувати на робочих
місцях, обладнаних місцевою витяжною вентиляцією.
Роботи з електрохімічної обробки металів необхідно виконувати при
включеній загальнообмінній та місцевій вентиляції.
Заготовки для електрохімічної обробки повинні надходити знежиреними та
очищеними від задирок.
Роботи на електрохімічних верстатах необхідно виконувати відповідно до
вимог ГОСТ 12.2.009-80 «ССБТ. Станки металлообрабатывающие. Общие
требования безопасности» та ГОСТ 12.3.025-80 «ССБТ. Обработка металлов
резанием. Требования безопасности».

83
Під час обробки деталей температура та концентрація електроліту, тиск та
швидкість прокачування електроліту, щільність струму, величина робочої напруги,
швидкість подачі електрода-інструмента, зазор між електродами повинні
визначатися відповідно до класу чистоти оброблюваних деталей, їх конфігурації та
складності конструкції.
Під час роботи на електрохімічних верстатах рівень електроліту в баку
повинен регулюватися автоматично.
Забороняється припиняти подачу електроліту для забезпечення відповідного
класу чистоти обробки деталей, яка визначена технологічною документацією.
У верстатах з герметичною робочою камерою повинен бути встановлений
пристрій, який унеможливлює відкриття робочої камери до закінчення циклу
обробки та видалення газів із камери.
Для унеможливлення вибуху гримучого газу верстати та установки повинні
мати блокування та включатися в такій послідовності:
✓ вентилятор для відсмоктування водню з робочої камери;
✓ насос для подачі електроліту;
✓ вентилятор джерела живлення (електроустаткування);
✓ електродвигуни робочих головок.
Перед пуском установки необхідно перевірити справність блокування
витяжної вентиляції.
Перед установленням шліфувального круга на шпиндель верстата необхідно
виконати балансування круга.
Забороняється працювати з несправним електромагнітом на магнітному столі
заточувального та шліфувального верстатів.
Очищення електроліту необхідно виконувати на сепараторах або центрифугах
з механічним вивантаженням шламу. Кришка центрифуги повинна бути
зблокована з її пуском.

84
Загальні висновки
1. На основі виконаного аналізу літератури зроблено висновок, що наявні
інженерні розробки в вигляді зареєстрованих патентів, схем обробки, технологій
отримання електродів-інструментів, а також представлені в літературі математичні
моделі, не дозволяють аналітично досліджувати і оптимізувати процес кругової
ектрохімічної обробки лопаток компресора ГТД.
2. Запропонована циклограмма руху електродів-інструментів є основою
виконання розмірної кругової електрохімічної обробки. Особливістю даної
циклограми на відміну від існуючих схем є поділ управління електродами при
формуванні проточної частини лопатки (корита і спинки) на три етапи.
3. Запропонована математична модель побудови технологічної схеми
кругової електрохімічної обробки дозволила визначити баланс точності обробки і
сформувати вимоги до виготовлення елементів технологічної системи: майстер-
лопатки і електродів-інструментів.
4. Для практичної реалізації запропоновані методики розробки основних
елементів технологічної системи: проектування і виготовлення майстер-лопатки
для робочих поверхонь електродів-інструментів; проектування і виготовлення
електродів-інструментів.
5. Представлені експериментальні дослідження впливу форми
технологічного напруги і струму на розмірну електрохімічну обробку вказують на
необхідність ретельного підбору джерел живлення для виконання операції
електрохімічної обробки, а також на необхідність періодичного моніторингу їх
характеристик і осцилограм.
6. Експериментальні дослідження показали, що для ЕХО профілю пера
робочих лопаток компресора з титанового сплаву TA6V існує область режимів
обробки, в якій можливо одночасно забезпечити не тільки задовільні параметри
точності і середньої арифметичної висоти мікронерівностей профілю, а й
максимальну продуктивність розмірної ЕХО.
7. Проведені дослідження дозволили визначити оптимальні значення
параметрів процесу ЕХО для обробки металу TA6V і можливі діапазони зміни

85
основних параметрів процесу для отримання необхідної точності, середньої висоти
мікронерівностей не більше 1 мкм при максимальній продуктивності
Умовні позначення
I - струм, А;
Ia - амплітудний струм, А;
t - час, сек;
δ - міжелектродний проміжок, мм;
δmin - мінімальний міжелектродний проміжок, мм;
а - зазор в місці змикання електродів-інструментів, мм;
r - радіус сполучення поверхні профілю і кромки на ЕІ, мм;
Sе - величина переміщення електрода-інструменту, мм;
Δзаг - похибка заготовки лопатки, мм;
ΔЕІ - похибка електродів-інструментів з попередніми робочим профілем, мм;
Δлоп. - сумарна похибка виготовлення лопатки, мм;
δ1 - похибка ЕІ, мм;
δ2 - похибка базування ЕІ, мм;
δ3 - похибка настройки обладнання, мм;
δ4 - похибка ЕХО, мм;
δ5 - похибка майстер-лопатки, мм;
δ6 - похибка базування майстер-лопатки на електрохімічному верстаті, мм;
δ7 - похибка копіювання майстер-лопатки, мм;
Тл - заданий технологічний допуск, мм
U - середня напруга, В;
Uост - залишкове значення середньої напруги, В;
Ra - середня висота мікронерівностей поверхні, мкм;
П - продуктивність обробки, мм / хв;
Р - різниця тисків електроліту і повітря на вході в змішувач верстата, Мпа;
δ - величина міжелектродного зазору, мм;
θ - температура електроліту, ° С;
E - величина розкиду результатів, мм
σ - величина середнього відхилення по перерізах, мм
е1 - товщина вхідної кромки лопатки, мм
Е - максимальна товщина профілю в перерізі, мм
е2 - товщина вихідної кромки лопатки, мм
Raт - середня технологічна висота мікронерівностей поверхні, мкм;
Ет - допустима величина розкиду результатів, мм;
σт - величина допустимого технологічного відхилення, мм;

86
Список використаної літератури
1. Ключников Ю. В., Сердітов О. Т., Дубнюк В. Л. Авіаційні матеріали та їх
технології : конспект лекцій. Київ : КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2022. 244 с.
2. Ключников Ю. В., Сердітов О. Т., Дубнюк В. Л. Авіаційні матеріали та їх
технології : практикум [Електронний ресурс]. Київ : КПІ ім. Ігоря Сікорського,
2022.
3. Ключников Ю. В. Електрофізичні та електрохімічні методи обробки.
Лабораторний практикум [Електронний ресурс]. Київ : КПІ ім. Ігоря Сікорського,
2024.
4. Добрянський С. С. та ін. Технологічні основи машинобудування
[Електронний ресурс]. Київ : КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2020.
5. Плахотний С. О. Підвищення продуктивності електрохімічної обробки
поверхонь складного профілю імпульсним струмом : дис. ... канд. техн. наук. Київ,
2021.
6. Плахотний С. О. Підвищення продуктивності електрохімічної обробки
поверхонь складного профілю імпульсним струмом : автореф. дис. ... канд. техн.
наук. Київ, 2021.
7. Бик М. В., Фроленкова С. В., Букет О. І., Васильєв Г. С. Технічна
електрохімія. Частина 2. Хімічні джерела струму [Електронний ресурс]. Київ : КПІ
ім. Ігоря Сікорського, 2018. 321 с.

87
8. Основи процесів осадження і розчинення металів : практикум [Електронний
ресурс]. Київ : КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2022.
9. Нормування показників якості поверхневого шару деталей машин та
технологій для обробки деталей машин [Електронний ресурс]. Київ : КПІ ім. Ігоря
Сікорського, 2020.
10. Балалаєв А. В., Дорошенко К. В. Ефект стріловидності лопаток в
дозвукових компресорах і вентиляторах газотурбінних двигунів. Промислова
гідравліка і пневматика. 2020.
11. Дорошенко К. В., Терещенко Ю. Ю. Газодинамічний вплив на аеропружні
коливання лопаток компресорів газотурбінних двигунів. Промислова гідравліка і
пневматика. 2016.
12. Ластівка І. О., Терещенко Ю. Ю. Числове моделювання режиму запирання
течії у дворядній компресорній решітці. Промислова гідравліка і пневматика. 2016.
13. McGeough J. A. Principles of Electrochemical Machining. London : Chapman
and Hall, 1974. 255 p.
14. McGeough J. A. Advanced Methods of Machining. London : Chapman and Hall,
1988. 318 p.
15. Rajurkar K. P., Sundaram M. M., Malshe A. P. Review of Electrochemical and
Electrodischarge Machining. Procedia CIRP. 2013. Vol. 6. P. 13-26.

88
16. Ruszaj A. The State of the Art in Electrochemical Machining Process
Capabilities and Future Developments. AIP Conference Proceedings. 2018. Vol. 2017.
020029.
17. Saxena K. K., Qian J., Reynaerts D. A Review on Process Capabilities of
Electrochemical Micromachining and Its Hybrid Variants. International Journal of
Machine Tools and Manufacture. 2018. Vol. 127. P. 28-56.
18. Klocke F., Zeis M., Harst S. et al. Modeling and Simulation of the
Electrochemical Machining (ECM) Material Removal Process for the Manufacture of
Aero Engine Components. Procedia CIRP. 2013. Vol. 8. P. 265-270.
19. Klocke F., Zeis M., Klink A., Veselovac D. Technological and Economical
Comparison of Roughing Strategies via Milling, EDM and ECM for Titanium- and
Nickel-based Blisks. CIRP Journal of Manufacturing Science and Technology. 2013. Vol.
6, No. 4. P. 231-239.
20. Klocke F., Klink A., Veselovac D. et al. Turbomachinery Component
Manufacture by Application of Electrochemical, Electro-discharge and Advanced
Mechanical Machining Processes. CIRP Annals. 2014. Vol. 63, No. 2. P. 703-726.
21. Bergs T., Schubert A., Klocke F. et al. Development and Outlook of (P)ECM-
Manufacturing Technologies of Components for Aero Engine Production. Production
Engineering. 2024. Vol. 18. P. 1-18.

89
22. Bergs T., Schubert A., Klocke F. et al. Simulation Assisted Cathode Design for
the Manufacturing of Compressor Blades by Electrochemical Machining. Procedia CIRP.
2020. Vol. 87. P. 125-130.
23. Xu Z., Wang Y. Electrochemical Machining of Complex Components of Aero-
Engines: Developments, Trends, and Technological Advances. Chinese Journal of
Aeronautics. 2021. Vol. 34, No. 1. P. 39-63.
24. Liu J., Tang Y., Xu Z. An Electrochemical Machining Method for Aero-engine
Blades with Leading and Trailing Edges. Chinese Journal of Aeronautics. 2023. Vol. 36,
No. 6. P. 264-279.
25. Wang H., Xu Z., Liu J. Improving the Accuracy of the Blade Leading/Trailing
Edges in Electrochemical Machining by Using a Tangential Feeding Method. Computer-
Aided Design. 2019. Vol. 115. P. 129-141.
26. Zong Y., Xu Z., Tang Y. Improving Blade Accuracy via Local Electrochemical
Machining for Small Allowances. Robotics and Computer-Integrated Manufacturing.
2022. Vol. 76. 102326.
27. Jiang T., Tang Y., Xu Z. Electrochemical Trepanning with an Auxiliary
Electrode for Aero-engine Blade Manufacturing. Chinese Journal of Aeronautics. 2021.
Vol. 34, No. 9. P. 114-126.

90
28. Zhang J., Xu Z., Zhu D. Improvement of Trailing Edge Accuracy in Blisk
Electrochemical Machining. Sensors and Actuators A: Physical. 2016. Vol. 247. P. 379-
387.
29. Xu Z., Zhu D., Qu N. Electrochemical Machining of High-temperature Titanium
Alloy TB8 Blisk Channels. Procedia CIRP. 2016. Vol. 42. P. 742-747.
30. Li H. Y., Qu N. S., Xu Z. Y. Experimental Study on the ECM and PECM of
Pressed and Casted γ-TiAl Alloys for Aero Engine Applications. Procedia CIRP. 2018.
Vol. 68. P. 334-339.
31. Tchoupe Sambou E., Bergs T., Klink A. Investigating Workpiece Deflection in
Precise Electrochemical Machining of Turbine Blades. Designs. 2024. Vol. 8, No. 4. Art.
138.
32. Jo C. H., Kim B. H., Chu C. N. Micro Electrochemical Machining for Complex
Internal Features. CIRP Annals. 2009. Vol. 58, No. 1. P. 181-184.
33. Rajurkar K. P., Zhu D., McGeough J., Kozak J., De Silva A. New Developments
in Electro-Chemical Machining. CIRP Annals. 1999. Vol. 48, No. 2. P. 567-579.
34. Klink A., Schwedt A., Veselovac D., Klocke F. Process Signatures of EDM and
ECM Processes - A Comparative Study. Procedia CIRP. 2016. Vol. 42. P. 240-245.
35. Davim J. P. (ed.). Machining and Machine-tools: Research and Development.
Oxford : Woodhead Publishing, 2013. 264 p.

91
36. Davim J. P. (ed.). Machining: Fundamentals and Recent Advances. London :
Springer, 2008. 266 p.
37. ASM Handbook. Vol. 16: Machining. Materials Park, OH : ASM International,
1989. 1087 p.
38. Boyce M. P. Gas Turbine Engineering Handbook. 4th ed. Oxford : Elsevier,
2012. 956 p.
39. Giampaolo T. Gas Turbine Handbook: Principles and Practices. 4th ed. Lilburn,
GA : Fairmont Press, 2013. 620 p.
40. Wells C. The Forging of Compressor and Turbine Blades. In: Forming of
Superalloys. Dordrecht : Springer, 1980. P. 177-201.
41. Totten G. E. (ed.). Handbook of Mechanical Alloy Design. 2nd ed. Boca Raton
: CRC Press, 2018. 744 p.
42. Leyens C., Peters M. Titanium and Titanium Alloys: Fundamentals and
Applications. Weinheim : Wiley-VCH, 2003. 532 p.
43. Donachie M. J. Titanium: A Technical Guide. 2nd ed. Materials Park, OH : ASM
International, 2000. 381 p.
44. Reed R. C. The Superalloys: Fundamentals and Applications. Cambridge :
Cambridge University Press, 2006. 372 p.

92
45. Sims C. T., Stoloff N. S., Hagel W. C. Superalloys II. New York : Wiley, 1987.
615 p.
46. Dieter G. E., Bacon D. Mechanical Metallurgy. 3rd ed. New York : McGraw-
Hill, 1986. 751 p.
47. Kalpakjian S., Schmid S. Manufacturing Engineering and Technology. 7th ed.
Boston : Pearson, 2014. 1198 p.
48. Groover M. P. Fundamentals of Modern Manufacturing: Materials, Processes,
and Systems. 7th ed. Hoboken, NJ : Wiley, 2020. 1025 p.
49. Campbell F. C. Manufacturing Technology for Aerospace Structural Materials.
Oxford : Elsevier, 2006. 617 p.
50. Campbell F. C. Elements of Metallurgy and Engineering Alloys. Materials Park,
OH : ASM International, 2008. 656 p.
51. Schulze V. (ed.). Modern Mechanical Surface Treatment: States, Stability,
Effects. Weinheim : Wiley-VCH, 2006. 392 p.
52. Whitehouse D. Surfaces and Their Measurement. London : Butterworth-
Heinemann, 2002. 432 p.
53. Thomas T. R. Rough Surfaces. 2nd ed. London : Imperial College Press, 1999.
278 p.

93
54. Leach R. Characterisation of Areal Surface Texture. Berlin : Springer, 2013. 366
p.
55. Bralla J. G. (ed.). Handbook of Product Design for Manufacturing. 2nd ed. New
York : McGraw-Hill, 1998. 1360 p.
56. Montgomery D. C. Design and Analysis of Experiments. 10th ed. Hoboken, NJ
: Wiley, 2019. 752 p.
57. Montgomery D. C. Introduction to Statistical Quality Control. 8th ed. Hoboken,
NJ : Wiley, 2020. 768 p.
58. Myers R. H., Montgomery D. C., Anderson-Cook C. M. Response Surface
Methodology: Process and Product Optimization Using Designed Experiments. 4th ed.
Hoboken, NJ : Wiley, 2016. 856 p.
59. Bendsoe M. P., Sigmund O. Topology Optimization: Theory, Methods, and
Applications. Berlin : Springer, 2003. 370 p.
60. Schlichting H., Gersten K. Boundary-Layer Theory. 9th ed. Berlin : Springer,
2017. 805 p.
61. Versteeg H. K., Malalasekera W. An Introduction to Computational Fluid
Dynamics: The Finite Volume Method. 2nd ed. Harlow : Pearson, 2007. 503 p.
62. Patankar S. V. Numerical Heat Transfer and Fluid Flow. Boca Raton : CRC
Press, 1980. 197 p.

94
63. Anderson J. D. Fundamentals of Aerodynamics. 6th ed. New York : McGraw-
Hill, 2017. 1168 p.
64. ISO 1302:2002. Geometrical Product Specifications (GPS) - Indication of
Surface Texture in Technical Product Documentation.
65. ISO 21920-1:2021. Geometrical Product Specifications (GPS) - Surface Texture:
Profile - Part 1: Indication of Surface Texture.
66. ISO 21920-2:2021. Geometrical Product Specifications (GPS) - Surface Texture:
Profile - Part 2: Terms, Definitions and Surface Texture Parameters.
67. ISO 21920-3:2021. Geometrical Product Specifications (GPS) - Surface Texture:
Profile - Part 3: Specification Operators.
68. ISO 3274:1996. Geometrical Product Specifications (GPS) - Surface Texture:
Profile Method - Nominal Characteristics of Contact (Stylus) Instruments.
69. ISO 4288:1996. Geometrical Product Specifications (GPS) - Surface Texture:
Profile Method - Rules and Procedures for the Assessment of Surface Texture.
70. ISO 2177:2021. Metallic Coatings - Measurement of Coating Thickness -
Coulometric Method by Anodic Dissolution.
71. ISO 6507-1:2023. Metallic Materials - Vickers Hardness Test - Part 1: Test
Method.

95
72. ISO 6892-1:2019. Metallic Materials - Tensile Testing - Part 1: Method of Test
at Room Temperature.
73. ISO 6892-2:2018. Metallic Materials - Tensile Testing - Part 2: Method of Test
at Elevated Temperature.
74. ASTM E384-22. Standard Test Method for Microindentation Hardness of
Materials.
75. ASTM E112-13(2021). Standard Test Methods for Determining Average Grain
Size.
76. ASTM E8/E8M-24. Standard Test Methods for Tension Testing of Metallic
Materials.
77. ASTM B487-85(2023). Standard Test Method for Measurement of Metal and
Oxide Coating Thickness by Microscopical Examination of Cross Section.
78. ДСТУ 8302:2015. Інформація та документація. Бібліографічне посилання.
Загальні положення та правила складання.
79. ДСТУ 3008:2015. Інформація та документація. Звіти у сфері науки і
техніки. Структура та правила оформлювання.
80. ДСТУ 4163:2020. Державна уніфікована система документації.
Уніфікована система організаційно-розпорядчої документації. Вимоги до
оформлення документів.
81. ISO 643:2019. Steels - Micrographic Determination of the Apparent Grain Size.

ChSTU repository

ChSTU repository preserves and enables easy and open access to all types of digital content including text, images, moving images, mpegs and data sets