CN108015134B - 一种与热处理匹配的发动机承力支柱件的校形工装 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种与热处理匹配的发动机承力支柱件的校形工装是由底座、校正组件、压板组件和定位角向销构成，底座为一中部带凸台的圆盘，凸台中部开有一轴向台阶通孔；校正组件与承力支柱匹配，至少为4个，均布固连于底座凸台周围的盘面上，压板组件也与承力支柱匹配，也至少为4个，均布固连于底座凸台通孔的台阶上；当焊接好的承力支柱件按设计要求校形装配于校形工装上后，一起进行热处理，然后冷却即可。本发明提供的校形工装结构简单，制造容易，校形效果非常好，可使承力支柱变形由校形前的3mm减少至0.3mm以及以下，不仅使焊接零件满足了设计使用要求，且减少废品率，降低生产成本，同时还填补了承力支柱件校形工装的空白。

Description

一种与热处理匹配的发动机承力支柱件的校形工装

技术领域

本发明属于航空发动机部件的制造工具技术领域，具体涉及一种与热处理匹配的发动机承力支柱件的校形工装。

背景技术

我国某型发动机的内承力环与8个均布的承力支柱之间的连接是采用氩弧焊接来完成。但是当内承力环与8个承力支柱焊接后，出现了承力支柱外端面上需要正确加工的4处安装孔的位置经加工后，其到该端面外轮廓的壁厚与设计图的要求差异较大，无法满足设计使用要求的状况。

经过分析发现，出现这种状况的原因是，内承力环与这8个均布的承力支柱因都是采用的TC4钛合金材料来制造的，而这种钛合金材料在焊接过程中出现的熔池较宽，因而焊缝在熔合和再凝固过程中就会产生焊接变形，加之承力支柱外端面上需要后加工的这4处安装孔距焊接部位较远，焊接部位微小变形都将会导致待加工的这4处安装孔所在位置的承力支柱端部发生较大偏离。假设焊接后承力支柱的正确位置用实线表示，如图1、2所示，这时承力支柱外端面上需要后加工的这4处安装孔到支柱外轮廓边缘的距离就满足设计图和安装的要求。假设承力支柱焊接变形后的位置用实线表示，焊接变形后承力支柱外端面上需要后加工的这4处安装孔到支柱外轮廓边缘的距离就发生了较大偏离，如图4(图4中实线是实际变形后的，虚线是正确的或设计上的位置)，即按正确位置加工的4处安装孔呈现出到支柱外轮廓边缘距离不等的情况。如果承力支柱端部变形进一步增大，则有可能使后续按正常设计位置加工的4处安装孔有一边的孔已经部分或全部不在支柱端部的实体材料上，即此时有的安装孔已经无法加工出来了。更为严重的是，由于这种焊接变形是随机的，因而每一个承力支柱的焊接变形程度和偏离方向可能都还不完全一样，如图3 所示，如果不予以校正处理，焊接后变形的内承力环与承力支柱就只能报废了，这无疑要形成极大的浪费。因此，设计一种与之匹配的校形工装就显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的是针对现有采用TC4钛合金材料制造的内承力环与承力支柱在焊接后出现的变形，提供一种与热处理匹配的发动机承力支柱件的校形工装。

本发明提供的一种与热处理匹配的发动机承力支柱件的校形工装，其特征在于该校形工装是由底座、校正组件、压板组件和定位角向销构成，底座为一中部带凸台的圆盘，凸台中部开有一轴向台阶通孔，凸台上表面一侧开有一销孔，该销孔与内承力环底面上的销孔匹配，并通过定位角向销连接定位；校正组件与承力支柱匹配，至少为4个，均布固连于底座凸台周围的盘面上，压板组件也与承力支柱匹配，也至少为4个，均布固连于底座台阶通孔的台阶上；当焊接好的承力支柱件按设计要求校形装配于校形工装上后，一起进行热处理，然后冷却即可。

以上校形工装中所述的校正组件是由固定支撑柱、左校正块、右校正块、楔钉和压紧螺钉组成，固定支撑柱的截面形状呈“L”形，水平段的柱面上开有安装孔，可通过连接件固连于底座的盘面上，竖直段柱面的中上部开有上、下、左、右共4 个倾斜通孔，倾斜通孔均朝向中心轴线倾斜，倾斜角度α为5-30°，楔钉为4颗，分别位于倾斜通孔中；左、右校正块均为矩形块，其一端通过连接件水平对称固连在固定支撑柱竖直段的上半部两侧，另一端上开有螺孔，压紧螺钉的前半部穿过螺孔，后半部位于螺孔中。

以上校形工装中所述的楔钉为光面钉，钉的前端有一与轴线呈5-30°夹角α的斜面，钉的端头为圆头。

以上校形工装中所述的压板组件是由压板、压紧螺杆、压紧螺帽和固定支撑调节杆组成，压板为一矩形板，板面沿长度方向一侧的中部开有一两端倒圆的矩形滑孔，板面沿长度方向另一侧的下表面中部开有一两端开放的滑槽；压紧螺杆的一端通过其上的螺纹固连于底座台阶通孔的台阶上，其另一端穿过压板上的矩形滑孔与压紧螺帽相连；固定支撑调节杆通过一端开有的螺纹固连于底座台阶通孔的台阶上，其另一端端头位于压板下表面中部开的滑槽中。

由于校形的承力支柱是用TC4钛合金材料制备的，因而制备本发明校形工装所用材料应具备较高的室温抗拉强度、持久的强度极限及蠕变极限，并具有良好的抗氧化性，同时还应与TC4钛合金的热膨胀系数要尽量接近。为此，如本发明校形工装的材料选用1Cr11Ni2W2MoV，而这种材料为马氏体型热强不锈钢，室温抗拉强度、持久强度极限及蠕变极限均较高，并具有良好的抗氧化性，且与TC4钛合金热膨胀系数非常接近。这样，以上校形工装匹配的热处理温度为650-750℃，热处理时间为 1.5-4.5小时。

本发明与现有技术相比，具有以下积极效果：

1、由于本发明提供的的校形工装是根据已经焊接且又会出现承力支柱的变形情况来设计的与之匹配的夹具，加之还根据所用的制备材料匹配了适宜的热处理温度和时间，因而校形效果非常好，可使承力支柱变形由校形前的3mm减少至0.3mm以及以下，不仅使焊接零件满足了设计使用要求，且减少废品率，降低生产成本。

2、由于本发明提供的校形工装结构简单，制造容易，因而制造成本和维护维修费用都较低，也易于推广使用。

3、本发明提供的校形工装不仅设计构思巧妙，校形原理简单，操作使用方便、可靠性高，而且还填补了承力支柱校形工装的空白。

附图说明

图1为设计需达到的焊接校形后承力支柱件的俯视结构和其A-A向剖面结构示意图；

图2为图1中设计需达到的承力支柱的C向结构示意图；

图3为焊接变形后待校形的承力支柱件的俯视结构示意图；

图4为图3中承力支柱焊接变形后的C向结构示意图；

图5为本发明提供的校形工装的俯视结构示意图；

图6为图5的A-A向剖面结构示意图；

图7为图5中校正组件的B向放大结构示意图；

图8为图6中压板组件的放大结构示意图；

图9为图6中压板组件的俯视放大结构示意图；

图10为本发明提供的校形工装中楔钉的主视结构示意图；

图11为本发明提供的校形工装左右校形工作原理示意图；

图12为本发明提供的校形工装上下校形工作原理示意图；

图13为校形后承力支柱件位于本发明提供的校形工装上的位置关系示意图；

图14为图13的A-A向剖面位置关系示意图。

图中：1-底座、2-凸台、3-台阶通孔、4-销孔、5固定支撑柱、6-安装孔、7-上倾斜通孔、8-下倾斜通孔、9-左倾斜通孔、10-右倾斜通孔、11-左校正块、12-右校正块、 13-压紧螺钉、14-楔钉、15-压板、16-滑孔、17-滑槽、18-紧固螺帽、19-压紧螺杆、 20-压紧螺帽、21-固定支撑杆、22-定位角向销。

具体实施方式

下面结合附图给出实施例，以对本发明进行具体的描述，有必要在此指出的是以下实施例只用于对本发明作进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术熟练人员根据上述本发明的内容和设计思想所作出的非本质的改进和调整，仍应属于本发明的保护范围。

实施例1

本实施例提供的一种与热处理匹配的发动机承力支柱件的校形工装是根据某型发动机的内承力环与8个均布的承力支柱之间焊接后，因出现变形需要进行校形来设计的。由于其焊接位置有8处，如图1所示，因而设计的校形工装的结构如图5 所示，具体是由底座1、校正组件、压板组件和定位角向销22构成。

其中底座1为一中部带凸台2的圆盘，凸台2中部开有一轴向台阶通孔3，凸台 2上表面一侧开有一销孔4，该销孔与内承力环底面上的销孔ΦC匹配，并通过定位角向销22连接定位，见图5、6、13。

校正组件因需与承力支柱匹配，因而本实施例的校正组件为8个，均布固连于底座凸台周围的盘面上，见图4。每个校正组件均是由固定支撑柱 5、左校正块11、右校正块12、楔钉14和压紧螺钉13组成。固定支撑柱5的截面形状呈“L”形，见图7，水平段的柱面上开有安装孔6，可通过连接件固连于底座的盘面上，本实施例开的安装孔有三个，中间一个为螺孔，左右两个为销孔，分别通过连接件螺钉和销钉将固定支撑柱5固连在底座凸台2周围的盘面上。固定支撑柱5的竖直段柱面的中上部开有上、下、左、右共4个倾斜通孔7、8、9、10，倾斜通孔均朝向中心轴线倾斜，本实施例的倾斜角度α为10°。楔钉14为4颗，分别位于倾斜通孔中。左、右校正块11、12均为矩形块，其一端通过连接件螺钉水平对称固连在固定支撑柱5竖直段的上半部两侧，另一端上开有螺孔，压紧螺钉13的前半部穿过螺孔，后半部位于螺孔中。位于倾斜通孔中的楔钉14为光面钉，钉的前端为一与轴线呈10°夹角α的斜面，钉的端头为圆头，见图10。

压板组件也因需与承力支柱匹配，因而本实施例的压板组件也为8个，均布固连于底座台阶通孔3的台阶上，见图5、6。每个压板组件均是由压板15、压紧螺杆 19、压紧螺帽20和固定支撑杆21组成，见图8、9。压板15为一矩形板，板面沿长度方向一侧的中部开有一两端倒圆的矩形滑孔16，板面沿长度方向另一侧的下表面中部开有一两端开放的滑槽17。压紧螺杆19的两边为螺纹，中间为光面，其一端通过其上的螺纹固连于底座台阶通孔3的台阶上，为了防止松动，其上还加有一个紧固螺帽18锁紧，另一端穿过压板上的矩形滑孔16与压紧螺帽20相连。固定支撑杆 21通过一端开有的螺纹固连于底座台阶通孔3的台阶上，为了防止松动，其上也加有一个紧固螺帽18锁紧，其另一端端头位于压板15下表面中部开的滑槽17中。

使用时，第一步是安装8个校正组件，第二步安装定位角向销和8个压板组件，第三步才将待校形零件安装到夹具上。安装承力支柱于校形工装上时，要注意先将内承力环上的角向孔ΦC套接在底座凸台2上的定位角向销22上，然后将每一个压板组件中的压板15调整使其矩形滑孔16前端的压头压在内承力环下端的内台阶面上，拧紧压紧螺杆19上的压紧螺帽20，继后再根据设计使用要求，判定每一个承力支柱是否变形和朝哪个方向变形，并通过校正组件对其进行校正。如某个承力支柱焊接后是向右发生的变形且变形位于校正组件中没有超过起始楔钉14的圆头位置，如图11所示那样，一方面即可敲击位于固定支撑柱5右倾斜通孔10中的楔钉14，这时楔钉14的圆头会顶住承力支柱端沿，使其向左偏离，当继续敲击楔钉14，承力支柱的端沿会滑过楔钉14的圆头，使楔钉14斜面开始与承力支柱外轮廓侧面接触，并使承力支柱继续向左偏离且位于左右两个楔钉之间。如果向左的偏离还不能使承力支柱达到设计使用要求，还可以再继续敲击楔钉14直至达到设计使用要求。当通过敲击位于固定支撑柱右倾斜通孔10中的楔钉14就可使承力支柱回复到设计使用要求的位置，即可直接将承力支柱和校形工装一起进行热处理。通过热处理，这种由楔钉14给予的外力所形成的承力支柱变形将在热处理过程中稳定下来，待热处理完成并冷却至室温后去除楔钉等校形工装部件，承力支柱也不会再回复至最初未校形状态。

如果当承力支柱变形幅度超过了楔钉14端头的中心线，这时就需要沿承力支柱变形相反方向再施加一个外力来使其变形量小于楔钉14端头的中心线，这个外力的施加是通过旋进右校正块12上的压紧螺钉13来实现。即通过旋进右校正块中的压紧螺钉，压紧螺钉13的端头就可以抵紧在承力支柱外轮廓旁侧产生向左的挤压校形外力，推动承力支柱沿图中箭头方向移动，直至同时敲击的楔钉14斜面与承力支柱外轮廓侧面接触并使承力支柱的偏离位置达到设计使用要求，撤去外力并热处理，冷却至室温后撤去楔钉等校形工装部件，此时承力支柱也不会回复至未校形状态。或通过旋进压紧螺钉13推动承力支柱沿图中箭头方向移动，只至楔钉14的圆头顶住承力支柱端沿即可撤去外力，然后再按照持续敲击楔钉14的方法来使承力支柱的偏离位置达到设计使用要求，最后热处理并冷却至室温后撤去楔钉等校形工装部件。

如果承力支柱是向其它方向变形，如朝左(只是与图11显示的校形工作原理方向相反而已)或朝上或者朝下(其校形工作原理见图12)，也可按照上述方法对其进行相应的校形后再热处理即可，不同的只是敲击的楔钉14是位于不同倾斜通孔中，校形原理都相同。

当焊接好的承力支柱件按设计要求校形装配于校形工装上后，见图13、14，再一起放入真空炉中于650℃下热处理4.5小时，然后冷却即可。

实施例2

本实施例提供的校形工装其结构与实施例1基本相同，所不同的是：1)本实施例的校正组件和压板组件分别为4个；2)倾斜通孔的倾斜角度α为30°，楔钉前端斜面与轴线的夹角α也为30°；3)热处理温度为700℃，热处理时间为3小时。

实施例3

本实施例提供的校形工装其结构与实施例1基本相同，所不同的是：1)本实施例的校正组件和压板组件分别为6个；2)倾斜通孔的倾斜角度α为20°，楔钉前端斜面与轴线的夹角α也为20°；3)热处理温度为750℃，热处理时间为1.5小时。

Claims (5)

1.一种与热处理匹配的发动机承力支柱件的校形工装，其特征在于该校形工装是由底座(1)、校正组件、压板组件和定位角向销(22)构成，底座(1)为一中部带凸台(2)的圆盘，凸台(2)中部开有一轴向台阶通孔(3)，凸台(2)上表面一侧开有一销孔(4)，该销孔(4)与内承力环底面上的销孔匹配，并通过定位角向销(22)连接定位；校正组件与承力支柱匹配，至少为4个，均布固连于底座凸台(2)周围的盘面上，压板组件也与承力支柱匹配，也至少为4个，均布固连于底座台阶通孔(3)的台阶上；当焊接好的承力支柱件按设计要求校形装配于校形工装上后，一起进行热处理，然后冷却即可；

该校形工装中所述的校正组件是由固定支撑柱(5)、左校正块(11)、右校正块(12)、楔钉(14)和压紧螺钉(13)组成，固定支撑柱(5)的截面形状呈“L”形，水平段的柱面上开有安装孔(6)，可通过连接件固连于底座(1)的盘面上，竖直段柱面的中上部开有上、下、左、右共4个倾斜通孔(7、8、9、10)，倾斜通孔均朝向中心轴线倾斜，倾斜角度α为5-30°，楔钉(14)为4颗，分别位于倾斜通孔(7、8、9、10)中；左、右校正块(11、12)均为矩形块，其一端通过连接件水平对称固连在固定支撑柱(5)竖直段的上半部两侧，另一端上开有螺孔，压紧螺钉(13)的前半部穿过螺孔，后半部位于螺孔中。

2.根据权利要求1所述的与热处理匹配的发动机承力支柱件的校形工装，其特征在于该校形工装中所述的楔钉(14)为光面钉，钉的前端有一与轴线呈5-30°夹角α的斜面，钉的端头为圆头。

3.根据权利要求1或2所述的与热处理匹配的发动机承力支柱件的校形工装，其特征在于该校形工装中所述的压板组件是由压板(15)、压紧螺杆(19)、压紧螺帽(20)和固定支撑杆(21)组成，压板(15)为一矩形板，板面沿长度方向一侧的中部开有一两端倒圆的矩形滑孔(16)，板面沿长度方向另一侧的下表面中部开有一两端开放的滑槽(17)；压紧螺杆(19)的一端通过其上的螺纹固连于底座台阶通孔(3)的台阶上，其另一端穿过压板(15)上的矩形滑孔(16)与压紧螺帽(20)相连；固定支撑杆(21)通过一端开有的螺纹固连于底座台阶通孔(3)的台阶上，其另一端端头位于压板下表面中部开的滑槽(17)中。

4.根据权利要求1或2所述的与热处理匹配的发动机承力支柱件的校形工装，其特征在于与以上校形工装匹配的热处理温度为700±50℃，热处理时间为1.5-4.5小时。

5.根据权利要求3所述的与热处理匹配的发动机承力支柱件的校形工装，其特征在于与以上校形工装匹配的热处理温度为700±50℃，热处理时间为1.5-4.5小时。