Лопатка — ключевая деталь современных авиадвигателей. Ее создание требует сложных расчетов при проектировании, высокой точности в производстве, а также дорогостоящего оборудования и редких металлов. При изготовлении лопаток газотурбинных двигателей инженеры сталкиваются с проблемой несоответствия размеров получаемых изделий с заложенными размерами по техническому процессу — толщина превосходит номинальную на 20 процентов.

Это влечет за собой использование дополнительных ресурсов: обработка на большинстве машиностроительных предприятий производится вручную, временные затраты значительно увеличиваются, ручной труд не дает стабильных размеров.

Ученые ПНИПУ разработали модель для определения причин возникновения отклонений размеров лопатки после штамповки и предложили способ предотвращения этой проблемы. Исследование поможет повысить точность геометрии изделий, уменьшить стоимость производства и затрачиваемые ресурсы.

Результаты исследований опубликованы в сборнике Всероссийской научно-технической конференции «Аэрокосмическая техника, высокие технологии и инновации». Исследование выполнено в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».

Лопатки газотурбинного двигателя изготавливают методом горячей объемной штамповки. При этом способе изделия производят с помощью специальных инструментов – штампов. Нагретую до ковочной температуры металлическую заготовку помещают между ними, «зажимают» и таким образом получают необходимую форму.

Рабочие поверхности штампов испытывают большие нагрузки. Из-за этого возникают деформации в инструменте, что негативно сказывается на точности геометрии получаемых лопаток. Эффект влечет за собой использование дополнительных человеко-часов, операций по обработке изделий и дорогостоящего оборудования, что, в конечном счете, отрицательно влияет на время изготовления продукта.

Прогнозирование и предупреждение нежелательных эффектов на начальных этапах производства поможет минимизировать затраты на устранение несоответствий получаемых лопаток.

Ученые Пермского Политеха разработали модель, которая дает возможность определить и исследовать причины возникновения деформаций при горячей объемной штамповке лопатки газотурбинного двигателя, а также детально рассмотреть движение металла и заполнение им ручья штампа – поверхности, которая служит для получения заготовки.