CN103558072A - 一种复杂结构预制裂纹加工方法 - Google Patents

Abstract

一种复杂结构预制裂纹加工方法，实现步骤如下：（1）设计工装结构的形式，首先，工装设计了一个倾斜平台，平台倾斜角与拉削角相等，保证在固定涡轮盘的同时使榫槽竖直；其次，在保证榫槽竖直后需对榫槽进行固定，设计了与涡轮榫槽匹配的与涡轮叶片榫头相同的枞树形榫头结构，用于完成涡轮榫槽定位；所述枞树形榫头由若干对榫齿构成，榫齿位置由三条榫齿基准线确定；最后，工装榫头长度不能长于榫槽长度，工装榫头长度为榫槽长度的2/3；（2）在完成设计工装的基础上，利用精密电火花加工完成了涡轮榫接这一复杂结构的角裂纹的预制。本发明所预制裂纹经检测满足工程要求，裂尖曲率半径接近线切割加工所得裂纹的裂尖曲率半径，解决了涡轮榫接复杂结构的角裂纹预制这一工程难题。

Description

一种复杂结构预制裂纹加工方法

技术领域

本发明涉及一种复杂结构的预制裂纹的加工方法，属于航空发动机涡轮等结构领域。

背景技术

航空发动机涡轮盘和涡轮叶片通常采用枞树型榫头、榫槽连接，随着损伤容限研究的深入和航空发动机经济性重视度的提高，涡轮盘榫槽的裂纹扩展研究变得越来越重要，榫槽成功预制裂纹是裂纹扩展研究的前提。传统的裂纹扩展研究多针对CT试件等简单结构，为保证裂纹尖端曲率半径趋近于零，多采用线切割的加工技术。但是线切割需要一定的拉线空间，对于航空发动机涡轮榫槽这种复杂结构只能完成贯穿裂纹的预制，不能完成角裂纹的预制。但是目前认为榫槽裂纹贯穿，则涡轮盘判废，所以贯穿裂纹的预制没有工程意义。

发明内容

本发明技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种复杂结构预制裂纹加工方法，以解决涡轮榫槽角裂纹预制困难这一问题。

本发明技术解决方案：一种复杂结构预制裂纹加工方法，其特征在于实现步骤如下：

（1）设计工装结构的形式

首先，为提高涡轮效率大部分涡轮盘榫槽均设计一定的拉削角，即榫槽中心线与轮盘中心线不平行，存在一定夹角。因此导致裂纹预制位置是倾斜的，不利于电火花加工。为此，本发明工装设计了一个倾斜平台，平台倾斜角与拉削角相等，保证在固定涡轮盘的同时使榫槽竖直，方便预制裂纹部位进行电火花加工。

其次，在保证榫槽竖直后需对榫槽进行固定。涡轮榫槽结构复杂，多为曲面。同时由于加工精度限制大部分平面不能满足定位面的精度要求，故不能用于涡轮榫槽定位。在发动机中涡轮盘与也叶片的联接多采用枞树形榫接，即采用枞树形榫槽与榫头定位。枞树形榫接定位面为每个榫齿的啮合面。基于此，本发明设计了与涡轮榫槽匹配的与涡轮叶片榫头相同的枞树形榫头结构，用于完成涡轮榫槽定位。枞树形榫头主要由若干对榫齿构成，榫齿位置由三条榫齿基准线确定。

最后，由涡轮与叶片的配合方式可以看出，涡轮榫槽通过工装的榫头插入榫槽进行定位。如果榫头过长，则榫槽预制裂纹的位置就会被榫头阻挡。因此，工装榫头长度不能长于榫槽长度。通过平衡定位效果和加工空间，工装榫头长度为榫槽长度的2/3为宜。

（2）在完成设计工装的基础上，利用精密电火花加工完成了涡轮榫槽这一复杂结构的角裂纹的预制。

本发明与现有技术相比的优点在于：利用本发明所预制裂纹经检测满足工程要求，裂尖曲率半径接近线切割加工所得裂纹的裂尖曲率半径，解决了涡轮榫接复杂结构的角裂纹预制这一工程难题。

附图说明

图1为涡轮盘拉削角说明图；

图2为预制裂纹位置说明图；

图3为轮盘榫槽定位面说明图；

图4为榫头结构说明图；

图5为预制裂纹工装正视图；

图6为预制裂纹工装仰视图；

图7为预制裂纹工装左视图。

其中：

1：涡轮盘中心线，2：榫槽中心线，3：裂纹预制位置，4：涡轮盘啮合面，5：榫齿，6：榫齿基准线，7：榫齿齿底基准线，8：榫齿齿顶基准线，9：齿宽，10：槽宽，11：枞树形榫头，12：涡轮盘榫槽定位起始点，13：涡轮盘榫槽定位结束点，14：倾斜平台，15：倾斜平台倾斜角。

具体实施方式

本发明具体实施步骤如下：

（1）设计工装结构的形式

如图1所示，为提高涡轮效率大部分涡轮盘榫槽均设计一定的拉削角，即榫槽中心线2与轮盘中心线1不平行，存在一定夹角，此夹角即为拉削角。因此，在涡轮盘水平放置情况下，榫槽是倾斜的，不利于电火花加工。为此，本发明工装设计了一个倾斜平台14，如图6和图7所示，平台倾斜角与拉削角相等。某发动机涡轮盘拉削角为10°，故平台倾斜角15为10°。倾斜平台14保证了在固定涡轮盘的同时使榫槽竖直，方便对预制裂纹位置3（图2所示）进行电火花加工。

其次，在保证榫槽竖直后需对榫槽进行固定。涡轮榫槽结构复杂，多为曲面。同时由于加工精度限制大部分平面不能满足定位面的精度要求，故不能用于涡轮榫槽定位。在发动机中涡轮盘与也叶片的联接多采用枞树形榫接，如图3所示，即采用枞树形榫槽与榫头定位。枞树形榫接定位面为每个榫齿的啮合面4。基于此，本发明设计了与涡轮榫槽匹配的与涡轮叶片榫头相同的枞树形榫头11结构，如图5所示，用于完成涡轮榫槽定位。如图4所示枞树形榫头11，主要由若干对榫齿5构成，榫齿位置由榫齿三对基准线确定，基准线6决定每个齿的齿宽9和槽宽10；每个齿齿顶与基准线8共线，齿底与基准线7相切，故基准线7和8决定每个齿的齿厚。某发动机涡轮榫槽有四对榫齿5，故工装榫头也设计有四个榫齿，加工精度要求与涡轮叶片榫头精度要求相同。

最后，由涡轮与叶片的配合方式（图3）可以看出，涡轮榫槽通过工装的榫头插入榫槽进行定位。如果榫头过长，则榫槽预制裂纹位置3就会被榫头阻挡。因此，工装榫头长度即图6中涡轮盘榫槽定位起始点12与涡轮盘榫槽定位结束点13之间的长度，不能长于榫槽长度。通过平衡定位效果和加工空间，工装榫头长度为榫槽长度的2/3为宜。某发动机涡轮盘榫槽长度为74.5mm，故工装榫头长度即图6中涡轮盘榫槽定位起始点12与涡轮盘榫槽定位结束点13之间的长度为49.5mm。

（2）在完成设计工装的基础上，利用精密电火花加工完成了涡轮榫接这一复杂结构的角裂纹的预制。

在合理设计工装的基础上，利用精密电火花加工完成了涡轮榫接这一复杂结构的角裂纹的预制，解决了涡轮榫接复杂结构的角裂纹预制这一工程难题。

本发明未详细阐述部分属于本领域技术人员的公知技术。

以上虽然描述了本发明的具体实施方法，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，在不背离本发明原理和实现的前提下，可以对这些实施方案做出多种变更或修改，因此，本发明的保护范围由所附权利要求书限定。

Claims (1)

1.一种复杂结构预制裂纹加工方法，其特征在于实现步骤如下：

（1）设计工装结构的形式

首先，工装设计了一个倾斜平台，平台倾斜角与拉削角相等，保证在固定涡轮盘的同时使榫槽竖直；

其次，在保证榫槽竖直后需对榫槽进行固定，设计了与涡轮榫槽匹配的与涡轮叶片榫头相同的枞树形榫头结构，用于完成涡轮榫槽定位；所述枞树形榫头由若干对榫齿构成，榫齿位置由三条榫齿基准线确定；

最后，工装榫头长度不能长于榫槽长度，工装榫头长度为榫槽长度的2/3；

（2）在完成设计工装的基础上，利用精密电火花加工完成了涡轮榫接这一复杂结构的角裂纹的预制。

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