CN103331340B - 感应加热扭转系统及利用其进行扭转加热的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开感应加热扭转系统及利用其进行扭转加热的方法，其中感应加热扭转系统包括底座、包括感应夹头和扭转夹头的夹持装置、感应线圈、滑动装置、驱动装置和包括旋转轴的扭转装置，感应夹头固定在底座上，旋转轴可旋转架设在底座上，扭转夹头与旋转轴端部固定，扭转夹头滑动连接于底座上，感应夹头中央设置夹持口，零件穿过感应线圈，零件头端可拆卸固定在扭转夹头上，感应线圈中央控制器连接，驱动装置分别与中央控制器、扭转装置以及滑动装置连接。本发明的感应加热扭转系统结构简单、体积小、成本低、重量轻、扭曲更加均匀，可精确控制零件的局部变形，加工效率高，零件成品率高，且维护和更换方便。

Description

感应加热扭转系统及利用其进行扭转加热的方法

技术领域

本发明涉及加热系统，特别是涉及应用于飞机发动机及飞行器发动机的钛合金空心叶片感应加热扭转系统。

本发明还涉及加热方法，特别涉及利用上述感应加热扭转系统进行扭转加热的方法，特别的是利用上述感应加热扭转系统进行扭转加热制备飞机发动机及飞行器发动机钛合金空心叶片的方法。

背景技术

目前一般钛合金空心叶片的制备一般都是通过铸造或整体加温扭转制造。铸造制备的工艺简单，铸件存在重量大，使发动机能耗比较大，有效输出较小，还有铸件可能有沙眼、夹渣、内部裂纹都影响产品的质量。另外一种制备方法就是将叶片整体放入加热炉内，加温到一定的温度后将叶片取出，用专用夹具在常温状态下扭转。钛合金材料在800℃～900℃间（不同钛合金的具体温度点不同。）的塑性最佳，此种扭转方式在加温时可以准确加温至最佳温度，但是在“脱炉扭转”时的温度就会下降，这时的被扭转件可能不处在最佳塑性温度区内，这就对叶片的质量无法保证。

发明内容

本发明是为了解决上述现有技术中的不足而完成的，本发明的目的是提供结构简单、体积小、成本低、重量轻、零件扭曲更加均匀而且边扭转边局部加热，可以精确地控制零件的局部变形，加工效率高，零件成品率高，而且维护更加方便的感应加热扭转系统。

本发明的感应加热扭转系统，包括底座、夹持装置、感应线圈、滑动装置、驱动装置和扭转装置，所述扭转装置包括旋转轴，所述夹持装置包括感应夹头和扭转夹头，所述感应夹头固定在所述底座上，所述旋转轴可旋转架设在所述底座上，所述扭转夹头与所述旋转轴端部固定，所述扭转夹头通过滑动装置滑动连接于所述底座上，所述感应夹头中央设置有供零件通过并夹持零件的夹持口，所述零件穿过所述感应线圈，所述零件的头端可拆卸固定在所述扭转夹头上，所述感应线圈与中央控制器连接，所述驱动装置分别与中央控制器、扭转装置以及滑动装置连接。

本发明的感应加热扭转系统还可以是：

所述旋转轴通过扭转夹头支座架设在所述底座上，所述旋转轴可旋转设置在所述扭转夹头支座上，所述扭转夹头支座通过滑动装置滑动连接于所述底座上。

所述滑动装置包括固定在所述底座上的滑轨和丝杠，所述扭转夹头支座与所述滑轨滑动连接，所述丝杠一端与感应夹头旋转连接，所述丝杠另一端穿过所述扭转夹头支座并且所述丝杠的外周与所述扭转夹头支座螺纹旋转连接，所述丝杠与所述驱动装置连接。

所述底座上设置至少两个滑轨，所述扭转夹头支座底端设置有至少两个滑槽，所述滑槽与对应的所述滑轨滑动连接。

所述感应线圈和感应夹头中央为矩形。

所述扭转夹头端部设置有内凹的夹持槽，所述零件头端可拆卸固定在所述夹持槽内。

所述感应夹头通过感应夹头支座固定在所述底座上，所述感应夹头固定在所述感应夹头支座上，所述感应夹头支座固定在所述底座上，所述感应夹头高度与所述扭转夹头高度一致。

本发明的感应加热扭转系统，其包括底座、夹持装置、感应线圈、滑动装置、驱动装置和扭转装置，所述扭转装置包括旋转轴，所述夹持装置包括感应夹头和扭转夹头，所述感应夹头固定在所述底座上，所述旋转轴可旋转架设在所述底座上，所述扭转夹头与所述旋转轴端部固定，所述扭转夹头通过滑动装置滑动连接于所述底座上，所述感应夹头中央设置有供零件通过并夹持零件的夹持口，所述零件穿过所述感应线圈，所述零件的头端可拆卸固定在所述扭转夹头上，所述感应线圈与中央控制器连接，所述驱动装置分别与中央控制器、扭转装置以及滑动装置连接。这样，在中央控制器的控制下，夹持装置相对扭转一预先设定的角度，进而使得零件被夹持的两个位置之间有一扭转角度差，扭转夹头带动零件水平或铅垂方向移动预设距离，然后对零件通过感应线圈进行局部加热，局部加热使得零件局部变形，当达到预设温度之后，在继续加热的前提下，在中央控制器的作用下，扭转夹头再扭转一预先设定的角度，然后中央控制器停止感应线圈局部加热，中央控制器控制驱动装置驱动滑动装置运行，进而带动扭转夹头带动零件进行一水平或铅垂位移，再启动感应线圈进行局部加热，并循环上述步骤。这样的的感应加热扭转系统相对于现有技术的优点是：结构简单，体积小，成本低，重量轻，而且由于是局部扭曲，局部加热，边扭曲边加热，因此可以精确地控制零件局部变形形状，零件的成品率高，变形更加均匀，线条更加流畅，变形没有局部突变或者应力集中，而且由于各部件独立设置，因此维护和更换更加方便。

本发明的另一目的是提供利用上述结构简单、体积小、成本低、重量轻、零件扭曲更加均匀而且边扭转边局部加热，可以精确地控制零件更局部的变形，零件成品率高，废品率低，而且维护和更换更加方便的感应加热扭转系统进行扭转加热的方法。

本发明的利用感应加热扭转系统进行扭转加热的方法，包括以下步骤：

A.将零件头端可拆卸地固定在扭转夹头上，中央控制器控制感应线圈对位于其内部和其附近的零件局部进行加热；

B．当感应线圈对零件局部加热达到预定温度后，中央控制器控制驱动装置带动旋转轴旋转预定角度，进而带动扭转夹头旋转预定角度，最终带动零件头端扭转预定角度；

C．当扭转夹头旋转预定角度后，中央控制器控制驱动装置停止旋转旋转轴，此时中央控制器控制感应线圈停止加热；

D．中央控制器控制驱动装置启动滑动装置，并使得扭转夹头在所述底座上滑动，从而带动扭转夹头以及零件在水平或铅垂方向位移预定距离，当移动预定距离后，中央控制器控制驱动装置停止滑动装置驱动，同时启动感应线圈对进入感应线圈中央的零件局部加热；

E．依次重复B、C和D步骤；

F．直至零件加工完毕。

本发明的利用感应加热扭转系统进行扭转加热的方法，由于采用了上述步骤，因此，加工后的零件扭曲角度均匀，变形均匀，变形形状变化流畅，基本无应力集中，而且出产率、成品率高，废品率较低。

附图说明

图1本发明感应加热扭转系统实施例示意图。

图2本发明感应加热扭转系统实施例夹持零件示意图。

图3本发明感应加热扭转系统实施例零件扭转角度示意图。

图4本发明感应加热扭转系统实施例零件扭转夹头水平或铅垂位移示意图。

图5本发明感应加热扭转系统实施例零件加工后示意图。

图6本发明感应加热扭转系统另一实施例示意图。

图7本发明感应加热扭转系统另一实施例另一角度示意图。

图号说明

1…底座2…感应夹头3…扭转夹头

4…感应夹头支座5…扭转夹头支座6…感应线圈

7…夹持口8…丝杠9…滑轨

10…旋转轴11…滑槽12…夹持槽

13…驱动装置14…中央控制器15…零件

具体实施方式

下面结合附图的图1至图7对本发明的感应加热扭转系统及利用其进行扭转加热的方法作进一步详细说明。

本发明的感应加热扭转系统，请参考图1至图7，包括底座1、夹持装置、感应线圈6、滑动装置、驱动装置13和扭转装置，所述扭转装置包括旋转轴10，所述夹持装置包括感应夹头2和扭转夹头3，所述感应夹头2固定在所述底座1上，所述旋转轴10可旋转架设在所述底座1上，所述扭转夹头3与所述旋转轴10端部固定，所述扭转夹头3通过滑动装置滑动连接于所述底座1上，所述感应夹头2中央设置有供零件15通过并夹持零件15的夹持口7，所述零件15穿过所述感应线圈6，所述零件15的头端可拆卸固定在所述扭转夹头3上，所述感应线圈6与中央控制器14连接，所述驱动装置13分别与中央控制器14、扭转装置以及滑动装置连接。这样，在中央控制器14的控制下，夹持装置相对扭转一预先设定的角度，进而使得零件15被夹持的两个位置之间有一扭转角度差，扭转夹头带动零件15水平或铅垂移动预设距离，然后对零件15通过感应线圈6进行局部加热，局部加热使得零件15局部变形，当达到预设温度之后，在继续加热的前提下，在中央控制器14的作用下，扭转夹头3再扭转一预先设定的角度，然后中央控制器14停止感应线圈6局部加热，中央控制器14控制驱动装置13驱动滑动装置运行，进而带动扭转夹头3带动零件15进行一水平或铅垂位移，再启动感应线圈6进行局部加热，并循环上述步骤。这样的的感应加热扭转系统相对于现有技术的优点是：结构简单，体积小，成本低，重量轻，而且由于是局部扭曲，局部加热，边扭曲边加热，因此可以精确地控制零件15局部变形形状，零件15的成品率高，废品率低，变形更加均匀，线条更加流畅，变形没有局部突变或者应力集中，而且由于各部件独立设置，因此维护和更换更加方便。进而本发明的感应加热扭转系统应用于飞机发动机及飞行器发动机的钛合金空心叶片，成本低，成品率高。

本发明的感应加热扭转系统，请参考图1至图7，在前面技术方案的基础上具体可以是所述旋转轴10通过扭转夹头支座5架设在所述底座1上，所述旋转轴10可旋转设置在所述扭转夹头支座5上，所述扭转夹头支座5通过滑动装置滑动连接于所述底座1上。当然还可以是其他结构的架体将所述旋转轴10可旋转地架设在所述底座1上。而本实施例旋转轴10套设在所述扭转夹头支座5上的通孔内，所述旋转轴10在通孔内可旋转，是旋转轴10端部设置卡接装置，使得旋转轴10的水平或铅垂位置不能移动，即所述旋转轴10只能绕自身旋转，而不能从通孔内掉下。而扭转夹头支座5通过滑动装置可滑动连接于底座1上，当然在感应夹头2通过感应夹头支座4固定在底座上时，丝杠8的一端是可旋转连接在感应夹头支座4上的，进而间接与感应夹头2旋转连接。这样，扭转夹头支座5可以带动旋转轴10，进而带动扭转夹头3带动零件15水平或铅垂发生位移，即水平或铅垂可以移动一定距离。进一步优选的技术方案为所述滑动装置包括固定在所述底座1上的滑轨9和丝杠8，所述扭转夹头支座5与所述滑轨9滑动连接，所述丝杠8一端与感应夹头2旋转连接，所述丝杠8另一端穿过所述扭转夹头支座5并且所述丝杠8的外周与所述扭转夹头支座5螺纹旋转连接，所述丝杠8与所述驱动装置13连接。使用时，中央控制器14控制驱动装置13运行，丝杠8旋转但是丝杠8仅仅是旋转不发生水平或铅垂方向位移，由于丝杠8与所述扭转夹头支座5相互之间螺纹旋转连接，因此扭转夹头支座5在丝杠8旋转作用力的作用下，扭转夹头支座5被带动沿水平或铅垂方向前进或者后退即水平或铅垂方向发生位移。由于扭转夹头支座5在水平或铅垂方向发生了位移，进而带动其上的旋转轴10水平或铅垂同步位移，而由于旋转轴10与扭转夹头3固定，因此扭转夹头3沿水平或铅垂移动一定距离，当移动至预定距离后，中央控制器14控制驱动装置13停止运行，扭转夹头支座5停止滑动，进行下一步骤。更进一步优选的技术方案为所述底座1上设置至少两个滑轨9，所述扭转夹头支座5底端设置有至少两个滑槽11，所述滑槽11与对应的所述滑轨9滑动连接。这样设置至少两个滑轨9和滑槽11的作用是，当扭转夹头支座5的两个滑槽11与对应的两个滑轨9滑动连接的时候，扭转夹头支座5的水平滑行更加平稳，避免扭转夹头3带动零件15发生不必要的晃动。进一步保证零件15产出的成品率。本发明的感应加热扭转系统可以是立式的也可以是卧式的，如图1-图4所示为卧式感应加热扭转系统，其扭转夹头3是沿水平方向运动的，而如图6和图7显示的是立式感应加热扭转系统，其扭转夹头3是沿铅垂方向上下移动的。立式感应扭转系统中其他部件均与卧式感应扭转体统相同，不同之处仅仅是滑轨9为铅垂设置在底座1上，底座1上左右两端各设置一根滑轨9，优选左右两端分别设置两根滑轨9，扭转夹头支座5滑动设置在滑轨9上，丝杠8与滑轨9平行设置，丝杠8穿过所述扭转夹头支座5并与扭转夹头支座5旋转连接，丝杠8与驱动装置13连接，驱动装置13带动丝杠8旋转，进而带动扭转夹头支座5在滑轨9上滑动，进而带动夹持有零件15的扭转夹头3产生铅垂方向的位移。而扭转夹头3通过旋转轴10与驱动装置13连接，驱动装置驱动旋转轴10旋转，进而带动扭转夹头3旋转，使得零件15产生预定角度的扭转，进而实现扭转感应加热。

本发明的感应加热扭转系统，请参考图1至图7，在前面所述的技术方案的基础上，还可以是所述感应线圈6和感应夹头2中央为矩形。中央为矩形的优点是感性线圈局部加热更加均匀，可控性更好，而感应夹头2中央即夹持口7为矩形的优点是零件15夹持更加均匀有利。还可以是所述扭转夹头3端部设置有内凹的夹持槽12，所述零件15头端可拆卸固定在所述夹持槽12内。这样，加工零件15的时候可以将零件15头端夹持在夹持槽12内固定，零件15加工的过程中，扭转夹头3旋转或者水平或铅垂位移时均带动零件15头端扭转或发生水平或铅垂位移。还可以是，所述感应夹头2通过感应夹头支座4固定在所述底座1上，所述感应夹头2固定在所述感应夹头支座4上，所述感应夹头支座4固定在底座1上，所述感应夹头2高度与所述扭转夹头3高度一致。本发明的感应加热扭转系统可以是立式的也可以是卧式的，如图1-图4所示为卧式感应加热扭转系统，其扭转夹头3是沿水平方向运动的，而如图6和图7显示的是立式感应加热扭转系统，其扭转夹头3是沿铅垂方向上下移动的。在立式感应加热扭转系统中，感应夹头2固定在感应夹头支座4上，而感应夹头支座4固定在铅垂设置的滑轨上部，这样，就可以将感应夹头2固定在底座上保证两者之间的铅垂距离不改变。上述这两种结构都可以使得扭转和位移位置更加精确，加工零件15变形更均匀，完全可以实现局部加热，局部变形，整体加工后零件15变形均匀。另外所述驱动装置包括位移电机及位移减速器和扭转电机及扭转减速器，所述扭转电机通过扭转减速器与所述旋转轴连接，驱动所述旋转轴旋转，所述位移电机通过位移减速器与所述丝杠8连接，驱动所述丝杠8旋转。

本发明的利用前述的感应加热扭转系统进行扭转加热的方法，请参考图1至图5，包括以下步骤：

A.将零件15头端可拆卸地固定在扭转夹头3上，中央控制器14控制感应线圈6对位于其内部和其附近的零件15局部进行加热；

B．当感应线圈6对零件15局部加热达到预定温度后，中央控制器14控制驱动装置13带动旋转轴10旋转预定角度，进而带动扭转夹头3旋转预定角度，最终带动零件15头端扭转预定角度；

C．当扭转夹头3旋转预定角度后，中央控制器14控制驱动装置13停止旋转旋转轴10，此时中央控制器14控制感应线圈6停止加热；

D．中央控制器14控制驱动装置13启动滑动装置，并使得扭转夹头3在所述底座1上滑动，从而带动扭转夹头3以及零件15在水平或铅垂方向位移预定距离，当移动预定距离后，中央控制器14控制驱动装置13停止滑动装置驱动，同时启动感应线圈6对进入感应线圈6中央的零件15局部加热；

E．依次重复B、C和D步骤；

F．直至零件15加工完毕。

经过上述步骤，加工后的零件15扭曲角度均匀，变形均匀，变形形状变化流畅，基本无应力集中，而且出产率、成品率高，废品率较低。

本发明的利用前述的感应加热扭转系统进行扭转加热的方法，请参考图1至图5，在前面技术方案的基础上还可以是所述扭转夹头3端部设置有内凹的夹持槽12，所述零件15头端可拆卸固定在所述夹持槽12内，所述A步骤为所述零件15头端可拆卸固定于所述夹持槽12内。这样，夹持更加方便，固定更加牢固。还可以是所述滑动装置包括固定在所述底座1上的滑轨9和丝杠8，所述扭转夹头支座5与所述滑轨9滑动连接，所述丝杠8一端与感应夹头2旋转连接，所述丝杠8另一端穿过所述扭转夹头支座5并且所述丝杠8的外周与所述扭转夹头支座5螺纹旋转连接，所述D步骤中，中央控制器14控制驱动装置13带动丝杠8旋转运动，丝杠8旋转使得扭转夹头支座5发生水平或铅垂位移，所述扭转夹头支座5底部的滑槽11沿所述底座1上的滑轨9滑动。当然在感应夹头2通过感应夹头支座4固定在底座上时，丝杠8的一端是可旋转连接在感应夹头支座4上的，进而间接与感应夹头2旋转连接。这样，驱动装置13驱动丝杠8旋转，而丝杠8与感应夹头2之间不发生水平或铅垂位移，因此丝杠8旋转的过程中其水平或铅垂方向不发生移动，在螺旋作用的，扭转夹头支座5沿水平或铅垂方向向前或向后移动，进而带动零件15头端向前或向后移动。

上述仅对本发明中的几种具体实施例加以说明，但并不能作为本发明的全部保护范围，凡是依据本发明中的设计精神所作出的等效变化或修饰或等比例放大或缩小等，均应认为落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.感应加热扭转系统，其特征在于：包括底座、夹持装置、感应线圈、滑动装置、驱动装置和扭转装置，所述扭转装置包括旋转轴，所述夹持装置包括感应夹头和扭转夹头，所述感应夹头固定在所述底座上，所述旋转轴可旋转架设在所述底座上，所述扭转夹头与所述旋转轴端部固定，所述扭转夹头通过滑动装置滑动连接于所述底座上，所述感应夹头中央设置有供零件通过并夹持零件的夹持口，所述零件穿过所述感应线圈，所述零件的头端可拆卸固定在所述扭转夹头上，所述感应线圈与中央控制器连接，所述驱动装置分别与中央控制器、扭转装置以及滑动装置连接。

2.根据权利要求1所述的感应加热扭转系统，其特征在于：所述旋转轴通过扭转夹头支座架设在所述底座上，所述旋转轴可旋转设置在所述扭转夹头支座上，所述扭转夹头支座通过滑动装置滑动连接于所述底座上。

3.根据权利要求2所述的感应加热扭转系统，其特征在于：所述滑动装置包括固定在所述底座上的滑轨和丝杠，所述扭转夹头支座与所述滑轨滑动连接，所述丝杠一端与感应夹头旋转连接，所述丝杠另一端穿过所述扭转夹头支座并且所述丝杠的外周与所述扭转夹头支座螺纹旋转连接，所述丝杠与所述驱动装置连接。

4.根据权利要求3所述的感应加热扭转系统，其特征在于：所述底座上设置至少两个滑轨，所述扭转夹头支座底端设置有至少两个滑槽，所述滑槽与对应的所述滑轨滑动连接。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的感应加热扭转系统，其特征在于：所述感应线圈和感应夹头中央为矩形。

6.根据权利要求1或2或3或4所述的感应加热扭转系统，其特征在于：所述扭转夹头端部设置有内凹的夹持槽，所述零件头端可拆卸固定在所述夹持槽内。

7.根据权利要求1或2或3或4所述的感应加热扭转系统，其特征在于：所述感应夹头通过感应夹头支座固定在所述底座上，所述感应夹头固定在所述感应夹头支座上，所述感应夹头支座固定在所述底座上，所述感应夹头高度与所述扭转夹头高度一致。

8.利用权利要求1或2或3或4所述的感应加热扭转系统进行扭转加热的方法，其特征在于：包括以下步骤：

A.将零件头端可拆卸地固定在扭转夹头上，中央控制器控制感应线圈对位于其内部和其附近的零件局部进行加热；

B.当感应线圈对零件局部加热达到预定温度后，中央控制器控制驱动装置带动旋转轴旋转预定角度，进而带动扭转夹头旋转预定角度，最终带动零件头端扭转预定角度；

C.当扭转夹头旋转预定角度后，中央控制器控制驱动装置停止旋转旋转轴，此时中央控制器控制感应线圈停止加热；

D.中央控制器控制驱动装置启动滑动装置，并使得扭转夹头在所述底座上滑动，从而带动扭转夹头以及零件在水平或铅垂方向位移预定距离，当移动预定距离后，中央控制器控制驱动装置停止滑动装置驱动，同时启动感应线圈对进入感应线圈中央的零件局部加热；

E.依次重复B、C和D步骤；

F.直至零件加工完毕。

9.根据权利要求8所述的利用感应加热扭转系统进行扭转加热的方法，其特征在于：所述扭转夹头端部设置有内凹的夹持槽，所述零件头端可拆卸固定在所述夹持槽内，步骤A为所述零件头端可拆卸固定于所述夹持槽内。

10.根据权利要求8所述的利用感应加热扭转系统进行扭转加热的方法，其特征在于：所述滑动装置包括固定在所述底座上的滑轨和丝杠，所述扭转夹头支座与所述滑轨滑动连接，所述丝杠一端与感应夹头旋转连接，所述丝杠另一端穿过所述扭转夹头支座并且所述丝杠的外周与所述扭转夹头支座螺纹旋转连接，所述D步骤中，中央控制器控制驱动装置带动丝杠旋转运动，丝杠旋转使得扭转夹头支座发生水平或铅垂位移，所述扭转夹头支座底部的滑槽沿所述底座上的滑轨滑动。