CN103111946A

CN103111946A - 整体叶盘磨粒流抛光用夹具

Info

Publication number: CN103111946A
Application number: CN2013100684868A
Authority: CN
Inventors: 蔺小军; 吴广; 张军锋; 李志山; 辛红敏
Original assignee: Northwestern Polytechnical University
Current assignee: Northwestern Polytechnical University
Priority date: 2013-03-04
Filing date: 2013-03-04
Publication date: 2013-05-22
Anticipated expiration: 2033-03-04
Also published as: CN103111946B

Abstract

本发明提出了一种整体叶盘磨粒流抛光用夹具，由上盘匣、下盘匣、外轮毂密封圈、内轮毂密封圈、叶片前缘密封垫、叶片后缘密封垫组成，上盘匣和下盘匣由内外两个同心回转体组成，盘匣内固定有密封垫基座，密封垫基座与叶片一一对应，在密封垫基座内固定有叶片前缘密封垫和叶片后缘密封垫；外轮毂密封圈和内轮毂密封圈填充上盘匣及下盘匣与待抛光整体叶盘内轮毂及外轮毂之间的间隙。本发明实现正确引导磨料流动，避免磨料在抛光过程中损毁叶片前后缘型面，避免整体叶盘在抛光过程中因上下汽缸高压推动活塞挤压磨料导致叶盘因受力过大而产生的变形，提高夹具的气密性，防止磨料外泄造成的对工作环境的污染和可能发生的人身伤害事故。

Description

整体叶盘磨粒流抛光用夹具

技术领域

本发明涉及航空发动机关键零部件抛光技术领域，具体为一种整体叶盘磨粒流抛光用夹具。

背景技术

在航空发动机中，作为关键性零件的整体叶盘由内外轮毂及若干个叶片组成，其叶片型面多为复杂自由曲面，叶身具有弯、宽、掠、扭、薄的特点。随着航空工业的发展，航空发动机所装用的整体叶盘中叶片数量越来越多，工作条件越来越恶劣，随着气体动力性能要求提高，叶片空间曲面越来越复杂，诸多因素决定了在铣削加工后，叶片表面必须进行抛光加工，以满足越来越高的叶片型面加工要求。

当前国内叶片型面抛光主要采用的传统机械专用加工设备，由工人手工完成。这种加工方式不稳定，加工精度不高，叶片质量的一致性和移植性也都难以保证，人工抛光由于是一次加工到位，磨削余量大，加工残余应力也大，还容易造成叶片烧伤而破坏叶片材质的组织结构。而一般的数控抛光设备不能适应整体叶盘的复杂结构，无法克服叶片间通道开敞性差，抛光机构在抛光过程中无法实时根据叶片型面的变化调整姿态，通过机械结构控制抛光力变化以适应加工精度需要困难等问题，不能满足航空发动机整体叶盘对抛光工序的加工要求。

采用磨粒流抛光技术是叶盘和叶片抛光技术的一个重要发展方向。但我国对该技术的研究尚处于起步阶段，针对诸如整体叶盘这样的航空发动机关键性零部件的磨粒流设备、磨料、工艺技术方案都处于技术空白的状态。而磨粒流夹具作为磨粒流抛光体系中至关重要的环节，起着保护零部件不被挤压变形、引导磨料按预先设计的方向和部位流动、保持抛光过程中零部件始终处于密闭的工作环境等作用，直接决定磨料与零部件的接触状态，对抛光效果的影响权数极大。现存的整体叶盘夹具设计简单，并没有充分考虑到磨料在夹具中实际的流动状态，导致使用磨粒流技术抛光后，整体叶盘的叶片前后缘型面毁损严重。因此迫切需要一种既能保护整体叶盘叶片前后缘型面，又便于制造与保养的磨粒流夹具。

发明内容

要解决的技术问题

本发明要解决的问题是针对航空发动机的整体叶盘设计专用的磨粒流夹具，通过该夹具实现正确引导磨料流动；避免磨料在抛光过程中损毁叶片前后缘型面；避免整体叶盘在抛光过程中因上下汽缸高压推动活塞挤压磨料导致叶盘因受力过大而产生的变形；提高夹具的气密性，防止磨料外泄造成的对工作环境的污染和可能发生的人身伤害事故。

技术方案

本发明的技术方案为：

所述一种整体叶盘磨粒流抛光用夹具，其特征在于：由上盘匣、下盘匣、外轮毂密封圈、内轮毂密封圈、叶片前缘密封垫、叶片后缘密封垫组成；上盘匣由内外两个同心回转体组成，在上盘匣内外两个同心回转体之间固定有上密封垫基座，上密封垫基座个数等于待抛光整体叶盘中的叶片个数，且上密封垫基座位置与叶片位置对应，在上密封垫基座内固定有叶片前缘密封垫；下盘匣也由内外两个同心回转体组成，在下盘匣内外两个同心回转体之间固定有下密封垫基座，下密封垫基座个数等于待抛光整体叶盘中的叶片个数，且下密封垫基座位置与叶片位置对应，在下密封垫基座内固定有叶片后缘密封垫；叶片前缘密封垫的顶部贴合面与叶片前缘型面贴合，叶片后缘密封垫的顶部贴合面与叶片后缘型面贴合；外轮毂密封圈和内轮毂密封圈均为环型结构，外轮毂密封圈和内轮毂密封圈填充上盘匣及下盘匣与待抛光整体叶盘内轮毂及外轮毂之间的间隙。

所述一种整体叶盘磨粒流抛光用夹具，其特征在于：上盘匣、下盘匣采用高速钢材料；外轮毂密封圈、内轮毂密封圈、叶片前缘密封垫、叶片后缘密封垫采用氢化丁腈橡胶材料。

有益效果

本发明通过盘匣内的密封垫基座和密封垫，实现了正确引导磨料流动，避免磨料在抛光过程中损毁叶片前后缘型面；通过设置盘匣避免整体叶盘在抛光过程中因上下汽缸高压推动活塞挤压磨料导致叶盘因受力过大而产生的变形；通过采用外轮毂密封圈和内轮毂密封圈，提高夹具的气密性，防止磨料外泄造成的对工作环境的污染和可能发生的人身伤害事故。

附图说明

图1：整体叶盘的叶片示意图；

图2：整体叶盘结构示意图；

图3：本发明整体结构图

图4：叶片、前后缘密封垫、密封垫基座装夹示意图；

图5：内、外轮毂密封环与内、外轮毂装夹示意图；

图6：整体叶盘磨粒流专用夹具拆分示意图；

其中：1.整体叶盘叶片前缘；2.整体叶盘叶片后缘；3.整体叶盘叶片叶盆；4.整体叶盘叶片叶背；5.整体叶盘叶片；6.整体叶盘外轮毂；7.整体叶盘内轮毂；8.上盘匣；9.密封垫基座；10.下盘匣；11.叶片前缘密封垫；12.叶片后缘密封垫；13.内轮毂密封圈；14.外轮毂密封圈；15.下盘匣耳边。

具体实施方式

下面结合具体实施例描述本发明：

本实施例中的整体叶盘磨粒流抛光用夹具由上盘匣8、下盘匣10、外轮毂密封圈14、内轮毂密封圈13、叶片前缘密封垫11、叶片后缘密封垫12组成。上盘匣、下盘匣采用具有抗冲压不易变形特性的高速钢材料；外轮毂密封圈、内轮毂密封圈、叶片前缘密封垫、叶片后缘密封垫采用具有抗腐蚀、抗撕裂和抗压缩变形特性的氢化丁腈橡胶材料。

上盘匣8由内外两个同心回转体组成，上盘匣8剖面呈倒立的“凹”字形，在上盘匣内外两个同心回转体之间固定有上密封垫基座，上密封垫基座个数等于待抛光整体叶盘中的叶片个数，且上密封垫基座位置与叶片位置对应，叶片前缘密封垫11根部植入上密封垫基座的槽腔内，其截面的边界线近似平行于叶片流道线的延长线，叶片前缘密封垫的顶部贴合面与叶片前缘型面完全贴合。

上盘匣的作用是：①通过上盘匣上的上密封垫基座固定叶片前缘密封垫11（如图4），保证叶片前缘密封垫完全裹覆叶片前缘1型面，从而避免在抛光过程中磨料对叶片前缘1型面的毁损；②承受磨粒流设备垂直作用于整体叶盘上端面的压力，避免整体叶盘的内轮毂7和外轮毂6轴向变形，避免外轮毂6、内轮毂7和叶片5受磨料挤压而产生残余应力，保证外轮毂6、内轮毂7的疲劳特性；③与上密封垫基座、叶片前缘密封垫11共同组成磨料“顶部导流堰”，导引磨料沿叶盆和叶背3型面流动。降低磨料在夹具内流动时受到的阻力。

下盘匣10也由内外两个同心回转体组成，下盘匣10呈“凹”字形，在下盘匣内外两个同心回转体之间固定有下密封垫基座，下密封垫基座个数等于待抛光整体叶盘中的叶片个数，且下密封垫基座位置与叶片位置对应，叶片后缘密封垫12根部植入下密封垫基座的槽腔内，其截面的边界线近似平行于叶片流道线的延长线，叶片后缘密封垫的顶部贴合面与叶片后缘型面完全贴合。

下盘匣的作用：①通过下盘匣上的下密封垫基座固定叶片后缘密封垫12（如图4），保证叶片后缘密封垫12完全裹覆叶片后缘2型面，从而避免在抛光过程中磨料对叶片后缘2型面的毁损；②承受磨粒流设备垂直作用于整体叶盘下端面的压力，避免整体叶盘的内轮毂7和外轮毂6轴向变形，避免外轮毂6、内轮毂7和叶片受5磨料挤压而产生残余应力，保证外轮毂6、内轮毂7的疲劳特性；③与下密封垫基座、叶片后缘密封垫12共同组成磨料“底部导流堰”，导引磨料沿叶盆4和叶背3型面流动。降低磨料在夹具内流动时受到的阻力。④另外，下盘匣10上的定位耳片15保证上下盘匣装夹时同轴同心（如图6），避免在抛光过程中盘匣受磨粒流设备挤压发生径向滑移。

外轮毂密封圈和内轮毂密封圈均为环型结构，内轮毂密封环13的半径等于内轮毂7内轮毂到整体叶盘回转轴的最大距离，外轮毂密封环14的半径等于外轮毂6外轮廓到整体叶盘回转中心的最小距离；其截面轮廓线为夹具与盘匣所围腔体的截面线。外轮毂密封圈和内轮毂密封圈填充上盘匣及下盘匣与待抛光整体叶盘内轮毂及外轮毂之间的间隙。

外轮毂密封圈与内轮毂密封圈的作用：①填充夹具内壁与内、外轮毂外表面间形成的腔体，防止磨料流入该腔体损毁整体叶盘的非抛光作业区域。②对整体叶盘外轮毂6与内轮毂7起到径向支撑的作用，增加夹具刚性；降低夹具整体对高速钢的使用量。③防止高温磨料沿盘匣接缝处喷射污染工作环境和对操作人员的人身伤害。

叶片前缘密封垫11与叶片后缘密封垫12的作用是①构成顶部和尾部导流堰，引导磨料流动。②通过完全裹覆叶片前缘1、后缘2，防止磨料对其型面的毁损。③定位和固定整体叶盘在夹具中的位置。由于整体叶盘的气动外形，在受流体作用后会绕叶盘回转中心旋转。利用叶片前缘密封垫11、叶片后缘密封垫12可杜绝此状况的发生。

整体叶盘专用磨粒流夹具的装夹方法如下：

第一步：先将隶属于下盘匣10的下密封垫基座的叶片后缘密封垫12安装就位。

第二步：先将整体叶盘下端面与下盘匣10对接，再将内轮毂密封环13与外轮毂密封环14套于整体叶盘内外轮毂的凹槽内（如图5）。

第三步：先将隶属于上盘匣8的上密封垫基座的叶片前缘密封垫11安装就位，再将整体叶盘上端面端面与上盘匣8对接。

安装完毕后可将工件连同夹具一并置于磨粒流加工设备的工作台上，完成磨粒流抛光工序。

Claims

1.一种整体叶盘磨粒流抛光用夹具，其特征在于：由上盘匣、下盘匣、外轮毂密封圈、内轮毂密封圈、叶片前缘密封垫、叶片后缘密封垫组成；上盘匣由内外两个同心回转体组成，在上盘匣内外两个同心回转体之间固定有上密封垫基座，上密封垫基座个数等于待抛光整体叶盘中的叶片个数，且上密封垫基座位置与叶片位置对应，在上密封垫基座内固定有叶片前缘密封垫；下盘匣也由内外两个同心回转体组成，在下盘匣内外两个同心回转体之间固定有下密封垫基座，下密封垫基座个数等于待抛光整体叶盘中的叶片个数，且下密封垫基座位置与叶片位置对应，在下密封垫基座内固定有叶片后缘密封垫；叶片前缘密封垫的顶部贴合面与叶片前缘型面贴合，叶片后缘密封垫的顶部贴合面与叶片后缘型面贴合；外轮毂密封圈和内轮毂密封圈均为环型结构，外轮毂密封圈和内轮毂密封圈填充上盘匣及下盘匣与待抛光整体叶盘内轮毂及外轮毂之间的间隙。

2.根据权利要求1所述一种整体叶盘磨粒流抛光用夹具，其特征在于：上盘匣、下盘匣采用高速钢材料；外轮毂密封圈、内轮毂密封圈、叶片前缘密封垫、叶片后缘密封垫采用氢化丁腈橡胶材料。