CN104889655B - 一种可升降叶片堆焊修复柔性夹具 - Google Patents

一种可升降叶片堆焊修复柔性夹具 Download PDF

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Abstract

一种可升降叶片堆焊修复柔性夹具。其包括底座、上层自适应夹头、下层自适应夹头、下层夹头升降机构、夹具左边框和夹具右边框；其中底座为水平设置的板状结构；夹具左边框和夹具右边框的下端分别固定在底座的左侧和右侧边缘上。本发明提供的可升降叶片堆焊修复柔性夹具采用上层自适应夹头对待焊接叶片进行夹持定位、冷却，并提供焊缝背部保护气氛；采用下层自适应夹头及锁紧装置固定叶片；当堆焊层达到一定高度后，可松开上层自适应夹头，由下层自适应夹头固定叶片姿态，利用下层夹头升降机构带动下层自适应夹头及叶片下移，从而减少上层自适应夹头与熔池间的距离。本发明夹具具有结构设计巧妙、夹持可靠、气保护及水冷作用明显、操作简便等优点。

Description

一种可升降叶片堆焊修复柔性夹具
技术领域
本发明属于机械设备技术领域，特别是涉及一种适用于民用航空发动机叶片堆焊修复过程中夹持、定位叶片的可升降叶片堆焊修复柔性夹具。
背景技术
叶片是航空发动机的关键部件，在使用过程中，经常因气流冲刷和外来物冲击等原因造成叶尖、前后缘等部位材料缺失，从而引起发动机喘振、燃油利用率下降等问题。为了降低发动机全寿命费用，目前通常采用多层堆焊方法来补足缺失部分的材料，然后加工成所需外形后重新装配使用。
由于叶片外形是复杂的三维曲面，尺寸跨度大，损伤部位离散性强，传统的夹具功能单一，在上述堆焊过程中不能满足叶片紧密装夹的要求；另外，钛合金材料制成的叶片在高温下会与空气发生反应，造成焊接接头性能劣化。因此，设计既能可靠夹持复杂形状叶片的夹具，同时又能够提供保护气氛并对焊缝进行强制冷却的柔性夹具，对于完成叶片堆焊修复具有重要意义。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种可升降叶片堆焊修复柔性夹具。
为了达到上述目的，本发明提供的可升降叶片堆焊修复柔性夹具包括底座、上层自适应夹头、下层自适应夹头、下层夹头升降机构、夹具左边框和夹具右边框；其中底座为水平设置的板状结构；夹具左边框和夹具右边框的下端分别固定在底座的左侧和右侧边缘上；
下层夹头升降机构包括手轮、主动锥齿轮、带螺纹孔的从动锥齿轮和丝杠；手轮的一端水平贯穿夹具左边框的下部后与位于底座上方的主动锥齿轮中心孔相连接；从动锥齿轮与主动锥齿轮相啮合；丝杠的下端设置在从动锥齿轮的螺纹孔中；
上层自适应夹头包括固定柔性夹头底座、移动柔性夹头底座、多片薄型夹头板、多根弹簧、两块限位压板、四块侧部弹性硅胶壁、两块下部弹性硅胶壁、水平滑轨和夹紧手柄；其中固定柔性夹头底座的左端固定在夹具左边框的内侧面上部，其右端部表面向下凹陷形成一个夹板设置槽，左端内部沿左右方向并排设有多根弹簧；多片薄型夹头板沿左右方向并排设置在上述夹板设置槽内，每根弹簧的外端连接一片薄型夹头板；水平滑轨贯穿夹具右边框上部，其右端连接夹紧手柄，左端连接在移动柔性夹头底座的右端面上，因此移动柔性夹头底座能够在夹紧手柄的操控下左右移动；移动柔性夹头底座的左端部表面向下凹陷形成一个夹板设置槽，右端内部沿左右方向并排设有多根弹簧；多片薄型夹头板沿左右方向并排设置在该夹板设置槽内，每根弹簧的外端连接一片薄型夹头板；两块限位压板的两端分别固定在固定柔性夹头底座和移动柔性夹头底座顶面上薄型夹头板两侧的部位，用于固定住薄型夹头板；侧部弹性硅胶壁垂直设置，两块侧部弹性硅胶壁的一端边缘分别连接在固定柔性夹头底座的右端面前后边缘，另两块侧部弹性硅胶壁的一端边缘分别连接在移动柔性夹头底座的左端面前后边缘，密封住固定柔性夹头底座和移动柔性夹头底座之间构成的空间前后端口；下部弹性硅胶壁水平设置，两块下部弹性硅胶壁的一端分别连接在固定柔性夹头底座右端面下部边缘和移动柔性夹头底座左端面下部边缘，密封住固定柔性夹头底座和移动柔性夹头底座之间构成的空间下端口；
下层自适应夹头位于上层自适应夹头下方，其包括框架、左侧下层夹头底座、右侧下层夹头底座、多个柱体、四块限位板、四个垂直导向机构、多根弹簧和两个锁紧螺钉；其中框架的底部中心部位与丝杠的上端相连；四个垂直导向机构的上端分别固定在框架的底部四角，下端固定在底座的表面，确保下层自适应夹头在丝杠的带动下只能沿垂直方向运动；左侧下层夹头底座和右侧下层夹头底座均由平行设置的两个支撑柱构成，其中两个支撑柱的左端分别固定在框架左端面上部内表面上，另两个支撑柱的右端分别固定在框架右端面上部内表面上；多个柱体分上下两排沿左右方向并排设置在左侧下层夹头底座和右侧下层夹头底座的两支撑柱之间；框架位于柱体外侧的部位安装多根与多个柱体相对应的弹簧，每根弹簧的一端连接一个柱体，另一端安装一个螺钉，可通过调节螺钉的方法调整弹簧的预紧力；四块限位板的两端分别固定在左侧下层夹头底座和右侧下层夹头底座上两个支撑柱的上下端面上；左侧下层夹头底座和右侧下层夹头底座的任一支撑柱上沿前后方向安装有一个锁紧螺钉，用于将两排柱体锁紧。
所述的固定柔性夹头底座、移动柔性夹头底座上均设有与冷却水循环系统相连的冷却水道，可通过检测回流水温来调节冷却水流量，保证堆焊区域温度不超过限定温度。
所述的柱体的截面为正方形，且外端带有球头。
所述的底座上设有连接孔，用于连接焊接变位机。
本发明提供的可升降叶片堆焊修复柔性夹具采用上层自适应夹头对待焊接叶片进行夹持定位、冷却，并提供焊缝背部保护气氛；采用下层自适应夹头及锁紧装置固定叶片；当堆焊层达到一定高度后，可松开上层自适应夹头，由下层自适应夹头固定叶片姿态，利用下层夹头升降机构带动下层自适应夹头及叶片下移，从而减少上层自适应夹头与熔池间的距离。本发明夹具具有结构设计巧妙、夹持可靠、气保护及水冷作用明显、操作简便等优点。
附图说明
图1为本发明提供的可升降叶片堆焊修复柔性夹具结构主视图；
图2为本发明提供的可升降叶片堆焊修复柔性夹具结构俯视图；
图3为本发明提供的可升降叶片堆焊修复柔性夹具下层夹头结构俯视图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明提供的可升降叶片堆焊修复柔性夹具进行详细说明。
如图1—图3所示，本发明提供的可升降叶片堆焊修复柔性夹具包括底座1、上层自适应夹头、下层自适应夹头、下层夹头升降机构、夹具左边框9和夹具右边框24；其中底座1为水平设置的板状结构；夹具左边框9和夹具右边框24的下端分别固定在底座1的左侧和右侧边缘上；
下层夹头升降机构包括手轮2、主动锥齿轮5、带螺纹孔的从动锥齿轮3和丝杠4；手轮2的一端水平贯穿夹具左边框9的下部后与位于底座1上方的主动锥齿轮5中心孔相连接；从动锥齿轮3与主动锥齿轮5相啮合；丝杠4的下端设置在从动锥齿轮3的螺纹孔中；
上层自适应夹头包括固定柔性夹头底座12、移动柔性夹头底座18、多片薄型夹头板14、多根弹簧13、两块限位压板15、四块侧部弹性硅胶壁17、两块下部弹性硅胶壁27、水平滑轨19和夹紧手柄20；其中固定柔性夹头底座12的左端固定在夹具左边框9的内侧面上部，其右端部表面向下凹陷形成一个夹板设置槽，左端内部沿左右方向并排设有多根弹簧13；多片薄型夹头板14沿左右方向并排设置在上述夹板设置槽内，每根弹簧13的外端连接一片薄型夹头板14；水平滑轨19贯穿夹具右边框24上部，其右端连接夹紧手柄20，左端连接在移动柔性夹头底座18的右端面上，因此移动柔性夹头底座18能够在夹紧手柄20的操控下左右移动；移动柔性夹头底座18的左端部表面向下凹陷形成一个夹板设置槽，右端内部沿左右方向并排设有多根弹簧13；多片薄型夹头板14沿左右方向并排设置在该夹板设置槽内，每根弹簧13的外端连接一片薄型夹头板14；两块限位压板15的两端分别固定在固定柔性夹头底座12和移动柔性夹头底座18顶面上薄型夹头板14两侧的部位，用于固定住薄型夹头板14；侧部弹性硅胶壁17垂直设置，两块侧部弹性硅胶壁17的一端边缘分别连接在固定柔性夹头底座12的右端面前后边缘，另两块侧部弹性硅胶壁17的一端边缘分别连接在移动柔性夹头底座18的左端面前后边缘，密封住固定柔性夹头底座12和移动柔性夹头底座18之间构成的空间前后端口；下部弹性硅胶壁27水平设置，两块下部弹性硅胶壁27的一端分别连接在固定柔性夹头底座12右端面下部边缘和移动柔性夹头底座18左端面下部边缘，密封住固定柔性夹头底座12和移动柔性夹头底座18之间构成的空间下端口；
下层自适应夹头位于上层自适应夹头下方，其包括框架7、左侧下层夹头底座25、右侧下层夹头底座26、多个柱体11、四块限位板21、四个垂直导向机构22、多根弹簧10和两个锁紧螺钉23；其中框架7的底部中心部位与丝杠4的上端相连；四个垂直导向机构22的上端分别固定在框架7的底部四角，下端固定在底座1的表面，确保下层自适应夹头在丝杠4的带动下只能沿垂直方向运动；左侧下层夹头底座25和右侧下层夹头底座26均由平行设置的两个支撑柱构成，其中两个支撑柱的左端分别固定在框架7左端面上部内表面上，另两个支撑柱的右端分别固定在框架7右端面上部内表面上；多个柱体11分上下两排沿左右方向并排设置在左侧下层夹头底座25和右侧下层夹头底座26的两支撑柱之间；框架7位于柱体11外侧的部位安装多根与多个柱体11相对应的弹簧10，每根弹簧10的一端连接一个柱体11，另一端安装一个螺钉，可通过调节螺钉的方法调整弹簧10的预紧力；四块限位板21的两端分别固定在左侧下层夹头底座25和右侧下层夹头底座26上两个支撑柱的上下端面上；左侧下层夹头底座25和右侧下层夹头底座26的任一支撑柱上沿前后方向安装有一个锁紧螺钉23，用于将两排柱体11锁紧。
所述的固定柔性夹头底座12、移动柔性夹头底座18上均设有与冷却水循环系统相连的冷却水道16，可通过检测回流水温来调节冷却水流量，保证堆焊区域温度不超过限定温度。
所述的柱体11的截面为正方形，且外端带有球头。
所述的底座1上设有连接孔，用于连接焊接变位机。
现将本发明提供的可升降叶片堆焊修复柔性夹具使用方法阐述如下：首先由工作人员向下转动夹紧手柄20至图1中的实线位置，使水平滑轨19、移动柔性夹头底座18及其上的部件一起右移，在固定柔性夹头底座12和移动柔性夹头底座18之间形成间隙，然后将叶片8放在该间隙处，使待焊接部位露出上层自适应夹头上方约1mm，之后向上转动夹紧手柄20至图1中的虚线位置，使水平滑轨19、移动柔性夹头底座18及其上的部件一起左移，直到利用固定柔性夹头底座12和移动柔性夹头底座18上的多片薄型夹头板14前端将叶片8夹住；利用下层自适应夹头的左侧下层夹头底座25和右侧下层夹头底座26上的多个柱体11外端夹住叶片8的中部，可利用转动手轮2以通过主动锥齿轮5及从动锥齿轮3使丝杠4转动的方式调节下层自适应夹头的高度，以便牢牢固定住叶片8，然后就可以开始进行堆焊操作。在堆焊过程中，可将来自冷却水循环系统的冷却水通过冷却水道16提供给固定柔性夹头底座12和移动柔性夹头底座18，对固定柔性夹头底座12和移动柔性夹头底座18进行冷却，保证堆焊区域温度不超过限定温度；同时可在由固定柔性夹头底座12、移动柔性夹头底座18、四块侧部弹性硅胶壁17和两块下部弹性硅胶壁27之间构成的空间内通入高纯氩气，形成焊缝背部保护气氛，防止叶片8焊缝根部出现氧化。当堆焊层达到一定高度后，由于上层自适应夹头与熔池的距离增大，冷却作用减弱，这时可按照上述方法松开移动柔性夹头底座18，只由锁紧的下层自适应夹头固定住叶片8的姿态，利用下层夹头升降机构带动下层自适应夹头及叶片8下移一定距离，然后再夹紧上层自适应夹头，达到减少上层自适应夹头与熔池间距离的目的。

Claims (4)

1.一种可升降叶片堆焊修复柔性夹具，其特征在于：其包括底座(1)、上层自适应夹头、下层自适应夹头、下层夹头升降机构、夹具左边框(9)和夹具右边框(24)；其中底座(1)为水平设置的板状结构；夹具左边框(9)和夹具右边框(24)的下端分别固定在底座(1)的左侧和右侧边缘上；
下层夹头升降机构包括手轮(2)、主动锥齿轮(5)、带螺纹孔的从动锥齿轮(3)和丝杠(4)；手轮(2)的一端水平贯穿夹具左边框(9)的下部后与位于底座(1)上方的主动锥齿轮(5)中心孔相连接；从动锥齿轮(3)与主动锥齿轮(5)相啮合；丝杠(4)的下端设置在从动锥齿轮(3)的螺纹孔中；
上层自适应夹头包括固定柔性夹头底座(12)、移动柔性夹头底座(18)、多片薄型夹头板(14)、多根弹簧(13)、两块限位压板(15)、四块侧部弹性硅胶壁(17)、两块下部弹性硅胶壁(27)、水平滑轨(19)和夹紧手柄(20)；其中固定柔性夹头底座(12)的左端固定在夹具左边框(9)的内侧面上部，其右端部表面向下凹陷形成一个夹板设置槽，左端内部沿左右方向并排设有多根弹簧(13)；多片薄型夹头板(14)沿左右方向并排设置在上述夹板设置槽内，每根弹簧(13)的外端连接一片薄型夹头板(14)；水平滑轨(19)贯穿夹具右边框(24)上部，其右端连接夹紧手柄(20)，左端连接在移动柔性夹头底座(18)的右端面上，因此移动柔性夹头底座(18)能够在夹紧手柄(20)的操控下左右移动；移动柔性夹头底座(18)的左端部表面向下凹陷形成一个夹板设置槽，右端内部沿左右方向并排设有多根弹簧(13)；多片薄型夹头板(14)沿左右方向并排设置在该夹板设置槽内，每根弹簧(13)的外端连接一片薄型夹头板(14)；两块限位压板(15)的两端分别固定在固定柔性夹头底座(12)和移动柔性夹头底座(18)顶面上薄型夹头板(14)两侧的部位，用于固定住薄型夹头板(14)；侧部弹性硅胶壁(17)垂直设置，两块侧部弹性硅胶壁(17)的一端边缘分别连接在固定柔性夹头底座(12)的右端面前后边缘，另两块侧部弹性硅胶壁(17)的一端边缘分别连接在移动柔性夹头底座(18)的左端面前后边缘，密封住固定柔性夹头底座(12)和移动柔性夹头底座(18)之间构成的空间前后端口；下部弹性硅胶壁(27)水平设置，两块下部弹性硅胶壁(27)的一端分别连接在固定柔性夹头底座(12)右端面下部边缘和移动柔性夹头底座(18)左端面下部边缘，密封住固定柔性夹头底座(12)和移动柔性夹头底座(18)之间构成的空间下端口；
下层自适应夹头位于上层自适应夹头下方，其包括框架(7)、左侧下层夹头底座(25)、右侧下层夹头底座(26)、多个柱体(11)、四块限位板(21)、四个垂直导向机构(22)、多根弹簧(10)和两个锁紧螺钉(23)；其中框架(7)的底部中心部位与丝杠(4)的上端相连；四个垂直导向机构(22)的上端分别固定在框架(7)的底部四角，下端固定在底座(1)的表面，确保下层自适应夹头在丝杠(4)的带动下只能沿垂直方向运动；左侧下层夹头底座(25)和右侧下层夹头底座(26)均由平行设置的两个支撑柱构成，其中两个支撑柱的左端分别固定在框架(7)左端面上部内表面上，另两个支撑柱的右端分别固定在框架(7)右端面上部内表面上；多个柱体(11)分上下两排沿左右方向并排设置在左侧下层夹头底座(25)和右侧下层夹头底座(26)的两支撑柱之间；框架(7)位于柱体(11)外侧的部位安装多根与多个柱体(11)相对应的弹簧(10)，每根弹簧(10)的一端连接一个柱体(11)，另一端安装一个螺钉，可通过调节螺钉的方法调整弹簧(10)的预紧力；四块限位板(21)的两端分别固定在左侧下层夹头底座(25)和右侧下层夹头底座(26)上两个支撑柱的上下端面上；左侧下层夹头底座(25)和右侧下层夹头底座(26)的任一支撑柱上沿前后方向安装有一个锁紧螺钉(23)，用于将两排柱体(11)锁紧。
2.根据权利要求1所述的可升降叶片堆焊修复柔性夹具，其特征在于：所述的固定柔性夹头底座(12)、移动柔性夹头底座(18)上均设有与冷却水循环系统相连的冷却水道(16)，可通过检测回流水温来调节冷却水流量，保证堆焊区域温度不超过限定温度。
3.根据权利要求1所述的可升降叶片堆焊修复柔性夹具，其特征在于：所述的柱体(11)的截面为正方形，且外端带有球头。
4.根据权利要求1所述的可升降叶片堆焊修复柔性夹具，其特征在于：所述的底座(1)上设有连接孔，用于连接焊接变位机。
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