CN106694632A - 一种用于纠正轮辐式机匣变形的工艺装备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于纠正轮辐式机匣变形的工艺装备，所述工艺装备包括：底盘1、胀瓣2、限位环3、支撑环4、内压环5、外压环6、锁紧柱Ⅰ7、锁紧柱Ⅱ8、斜楔Ⅱ9、斜楔Ⅰ10、顶出螺栓11、拉杆12、螺栓Ⅰ13、螺栓Ⅱ14；本发明采用了两组定型结构，外环校形采用了整环结构，利用了工装与零件材料线膨胀系数的差异进行校形；内环校形采用了多瓣式的胀形结构，利用顶出螺栓将内环顶出产生弹性变形，该变形在热处理过程中通过应力释放实现校形的目的。本发明可以同时控制内、外环的形面轮廓，控制由于焊接变形对内外环相对位置的影响，提高零件的整体精度，满足设计图和后续机械加工的要求。

Description

一种用于纠正轮辐式机匣变形的工艺装备
技术领域
本发明属于航空发动机制造技术领域，特别提供一种用于纠正轮辐式机匣变形的工艺装备。
背景技术
轮辐式焊接结构机匣由内、外环和叶片连接而成，以往的类似机匣，设计要求并不严格，随着涡轮扇发动机设计寿命的不断增加，其设计精度在不断提高，对内、外环的形状及位置要求不断提高。而作为焊接结构机匣，其焊接变形可控制在一定的量值范围内，但很难彻底消除，特别是补焊后的机匣，其变形会继续增加，所以需要一种消除或修正焊接变形的方法。对于单层结构的环形件目前国内已经掌握其热处理校形的方法，而对于双层结构并有同轴要求的机匣，目前主要还是在研究在焊接过程中控制其变形量，没有一种好的能消除焊接变形的工艺方法及工艺装备。
发明内容
本发明针对轮辐式机匣焊接变形，提供了可在热处理过程中控制和修正焊接并行的工艺装备。该工艺装备采用了两组定型结构，外环校形采用了整环结构，利用了工装与零件材料线膨胀系数的差异进行校形；内环校形采用了多瓣式的胀形结构，利用顶出螺栓将内环顶出产生弹性变形，该变形在热处理过程中通过应力释放实现校形的目的。
本发明的技术方案是：一种用于纠正轮辐式机匣变形的工艺装备，所述轮辐式机匣包括内环101、外环102和叶片103，所述工艺装备包括：底盘1、胀瓣2、限位环3、支撑环4、内压环5、外压环6、锁紧柱Ⅰ7、锁紧柱Ⅱ8、斜楔Ⅱ9、斜楔Ⅰ10、顶出螺栓11、拉杆12、螺栓Ⅰ13、螺栓Ⅱ14；
所述底盘1为圆环状，外侧上端设有止口Ⅰ，内侧设有两个台阶状止口Ⅱ，所述底盘1上设有与叶片103对应的沟槽1a；所述外压环6设于底盘1上并压紧外环102的下端法兰边102a，通过锁紧柱Ⅰ7和与其配合的斜楔Ⅰ10进行锁紧；所述支撑环4设于底盘1内部，所述支撑环4内侧与底盘1紧靠并通过螺栓Ⅱ14与底盘1固定，所述限位环3通过支撑环4内径进行定位并通过螺栓Ⅰ13与支撑环4固定；所述限位环3下部设有止口Ⅲ，所述胀瓣2数量为多瓣，所述胀瓣2设有与台阶状止口Ⅱ及止口Ⅲ配合的凸肩Ⅰ2a和凸肩Ⅱ2b，所述胀瓣2设于底盘1、限位环3和支撑环4形成的半封闭凹槽内并可径向滑动；所述内压环5套设于限位环3外部并压紧内环101，通过锁紧柱Ⅱ8和与其配合的斜楔Ⅱ9进行锁紧；所述支撑环4上设有与胀瓣2数量相同的多组光孔和螺纹孔，所述胀瓣2内侧通过光孔连接有拉杆12，所述螺纹孔固定有顶出螺栓11。
优选的，所述胀瓣2数量为6-8瓣。
本发明具有以下有益的效果：
本发明可以同时控制内、外环的形面轮廓，控制由于焊接变形对内外环相对位置的影响，提高零件的整体精度，满足设计图和后续机械加工的要求。
附图说明
图1为轮辐式机匣的结构示意图；
图2为本发明的结构示意图；
图3为本发明中底盘的结构示意图；
图4为本发明中胀瓣的结构示意图；
图5为本发明中限位环的结构示意图；
图6为本发明中支撑环的结构示意图；
图7为本发明中内压环的结构示意图；
图8为本发明中外压环的结构示意图；
图9为本发明中锁紧柱Ⅰ和锁紧柱Ⅱ的结构示意图；
图10为本发明中斜楔Ⅱ和斜楔Ⅰ的结构示意图；
图11为本发明中拉杆的结构示意图；
图中：1、底盘；1a、沟槽；1b、止口Ⅰ圆柱面；1c、止口Ⅰ端面；1d、上端止口Ⅱ的下端面；1e、下端止口Ⅱ的圆柱面；2、胀瓣；2a、凸肩Ⅰ；2b、凸肩Ⅱ；3、限位环；4、支撑环；5、内压环；6、外压环；7、锁紧柱Ⅰ；8、锁紧柱Ⅱ；9、斜楔Ⅱ；10、斜楔Ⅰ；11、顶出螺栓；12、拉杆；13、螺栓Ⅰ；14、螺栓Ⅱ；101、内环；102、外环；103、叶片；102a、下端法兰边。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细描述。
轮辐式焊接机匣结构如图1所示，由内环101、外环102和几十到100多个叶片103组成，内环101为开口向内的U形截面环形件，外环102为开口向外U形截面环形件，叶片103与外环102采用焊接方式连接，叶片103与内环之间为插接结构，叶片103的数量决定了外环102的焊缝数量，由于焊缝多，焊接应力产生的变形无法消除，所以需要在焊后对机匣进行校形，
本发明主要针对带有内、外环的轮辐式焊接机匣的焊后变形问题，在焊后热处理过程中通过工艺装备对变形部位进行校正，消除或纠正其焊接过程对内、外环的形面、尺寸和相对位置的破坏，达到满足设计意图，实现合格交付的目的。
为解决机匣焊接和焊后热处理变形，在工艺和工装上采取一定技术措施，对变形量加以修正，具体措施如下：
1、工艺方面
在机匣工艺设计过程中，对机匣内环101制造留有一定的校形余量，即在内环101的制造过程中，其直径要小于设计图的最终尺寸，在后期的热处理过程中通过热校形将内环尺寸胀大到设计图的最终尺寸，其它零件按设计图的最终尺寸加工焊接。
2、工艺装备结构
本工艺装备对获得最终结果意义重大，工装结构中采用了两组定型结构，两种结构设计到同一底盘上，用以控制机匣内、外环的相对位置，外环校形结构与底盘设计为一体，内环校形结构设计为多胀瓣的胀形结构，胀形结构通过三个环形件固定在底盘上，并通过一个限位环控制其胀形量。零件在常温下装入工装内，将内胀瓣胀出到计算的胀形位置上，然后将夹具连同零件一同送入真空炉内进行校形，其原理主要是：其外环利用工装材料线膨胀系数大于零件线膨胀系数的特点，在热过程中对内外环膨胀施力，在给定合理胀形量的情况下，获得需要的最终尺寸扩形状；内环校形结构采用胀瓣结构，利用顶出螺栓的顶出力对内环施力，将直径胀形到计算的位置，即限位环的位置，然后利用与外环相同的原理对内环进行校形。
采用该方法和工装可在一套夹具在一次热处理过程中对机匣进行内外环同时校形，保证内、外环直径和形状的同时可控制其相对位置。
一种用于纠正轮辐式机匣变形的工艺装备，如图2-11所示，包括：底盘1、胀瓣2、限位环3、支撑环4、内压环5、外压环6、锁紧柱Ⅰ7、锁紧柱Ⅱ8、斜楔Ⅱ9、斜楔Ⅰ10、顶出螺栓11、拉杆12、螺栓Ⅰ13、螺栓Ⅱ14；
底盘1为圆环状，底盘1中将用于机匣外环102校形的结构设计为一体，即底盘1外侧上端的止口Ⅰ，止口Ⅰ圆柱面1b用于对外环102进行校形，止口Ⅰ端面1c用于控制机匣外环102轴向高度；底盘1内侧设有两个台阶状止口Ⅱ，上端止口Ⅱ的下端面1d用于限制机匣内环101的轴向高度，下端止口Ⅱ的圆柱面1e用于控制胀瓣2的的直径尺寸和轴向位置，底盘1上开有与叶片103数量相同的沟槽1a用于躲开机匣上的叶片103。
胀瓣2的作用主要是对内环101进行胀形和校形，为分瓣结构，一般设计为6～8瓣或更多。胀瓣2在底盘1、限位环3和支撑环4构成的半封闭凹槽内可径向滑动，目的主要是在机匣装入工装前必须先躲开机匣内环101本身存在的向内的翻边。
限位环3的作用是与底盘1的两个台阶状止口Ⅱ共同控制胀瓣2的工作状态，即当胀瓣2向外胀出到最外侧时，胀瓣2的两个凸肩Ⅰ2a和凸肩Ⅱ2b必须同时与底盘1的两个台阶状止口Ⅱ和限位环的止口Ⅲ接触，保证胀瓣2在设计的理论位置上。
支撑环4的作用包括：通过其内径对限位环3定位，控制限位环3的止口Ⅲ与底盘各止口同轴；支撑环4上设有与胀瓣2数量相同的多组光孔和螺纹孔，光孔用于拉杆12穿过，用于胀瓣2的回退，螺纹孔用于顶出螺栓11的固定，顶出螺栓11通过螺纹孔对胀瓣2施力胀形和校形。
内压环5用于压紧机匣内环101，避免在热处理过程中内环101轴向串动和避免翻边翘起。
外压环6用于压紧机匣外环102的下端法兰边102a，控制其轴向变形。
锁紧柱Ⅰ7和锁紧柱Ⅱ8为中间带楔形孔的圆柱，分别固定在底盘1和限位环3上，用于固定压紧外压环6、内压环5的斜楔。
斜楔Ⅱ9和斜楔Ⅰ10分别用于压紧内压环5和外压环6，采用斜楔压紧便于拆装，可避免螺栓压紧在热处理后无法分解的问题。
顶出螺栓11通过螺纹固定在支撑环4上，作用是将胀瓣2沿径向顶出。
拉杆12通过螺纹连接方式固定在胀瓣2上，用于胀瓣2的径向回退.
具体操作过程如下：
1、取下斜楔Ⅱ9和斜楔Ⅰ10及内压环5和外压环6，利用拉杆12将胀瓣2向内侧拉回使胀瓣2内径与支撑环4外径接触。
2、装入图1所示零件，叶片103应落入底盘1上对应沟槽1a。
3、利用顶出螺栓11将胀瓣2顶出使胀瓣2两个凸肩Ⅰ2a和凸肩Ⅱ2b与底盘1的两个台阶状止口Ⅱ和限位环的止口Ⅲ贴合，装入内压环5并在其上端将斜楔Ⅱ9穿入锁紧柱Ⅱ8的楔形孔内，楔紧。
4、装入外压环6，在锁紧柱Ⅰ7内穿入斜楔Ⅰ10，楔紧完成外压环6的压紧。
按上述步骤完成零件装夹后，将机匣连同工装一起装入真空热处理炉，通过加热利用工装与零件线膨胀系数差异对机匣进行校形。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种用于纠正轮辐式机匣变形的工艺装备，所述轮辐式机匣包括内环(101)、外环(102)和叶片(103)，其特征在于，所述工艺装备包括：底盘(1)、胀瓣(2)、限位环(3)、支撑环(4)、内压环(5)、外压环(6)、锁紧柱Ⅰ(7)、锁紧柱Ⅱ(8)、斜楔Ⅱ(9)、斜楔Ⅰ(10)、顶出螺栓(11)、拉杆(12)、螺栓Ⅰ(13)、螺栓Ⅱ(14)；
所述底盘(1)为圆环状，外侧上端设有止口Ⅰ，内侧设有两个台阶状止口Ⅱ，所述底盘(1)上设有与叶片(103)对应的沟槽(1a)；所述外压环(6)设于底盘(1)上并压紧外环(102)的下端法兰边(102a)，通过锁紧柱Ⅰ(7)和与其配合的斜楔Ⅰ(10)进行锁紧；所述支撑环(4)设于底盘(1)内部，所述支撑环(4)内侧与底盘(1)紧靠并通过螺栓Ⅱ(14)与底盘(1)固定，所述限位环(3)通过支撑环(4)内径进行定位并通过螺栓Ⅰ(13)与支撑环(4)固定；所述限位环(3)下部设有止口Ⅲ，所述胀瓣(2)数量为多瓣，所述胀瓣(2)设有与台阶状止口Ⅱ及止口Ⅲ配合的凸肩Ⅰ(2a)和凸肩Ⅱ(2b)，所述胀瓣(2)设于底盘(1)、限位环(3)和支撑环(4)形成的半封闭凹槽内并可径向滑动；所述内压环(5)套设于限位环(3)外部并压紧内环(101)，通过锁紧柱Ⅱ(8)和与其配合的斜楔Ⅱ(9)进行锁紧；所述支撑环(4)上设有与胀瓣(2)数量相同的多组光孔和螺纹孔，所述胀瓣(2)内侧通过光孔连接有拉杆(12)，所述螺纹孔固定有顶出螺栓(11)。
2.按照权利要求1所述的一种用于纠正轮辐式机匣变形的工艺装备，其特征在于，所述胀瓣(2)数量为6-8瓣。
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