CN108145325A - 一种夹具及基于夹具的加工半封闭狭窄型腔内小孔的方法 - Google Patents

一种夹具及基于夹具的加工半封闭狭窄型腔内小孔的方法 Download PDF

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李文涛
温嵘
耿军儒
阮成勇
王辉明
朱红钢
张立辉
丰雷明
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    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/36Removing material
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    • B23K26/382Removing material by boring or cutting by boring
    • B23K26/384Removing material by boring or cutting by boring of specially shaped holes

Abstract

本发明公开一种夹具及基于夹具的加工半封闭狭窄型腔内小孔的方法,属于航空发动机涡轮叶片技术领域,夹具包括第一定位块、拧紧螺钉、第二定位块、第三定位块、支板和底板;支板安装在底板上,第一定位块的和第三定位块的铰接,第三定位块安装在支板上,第三定位块和第一定位块上均设置有定位槽,第二定位块连接于第三定位块的一侧,拧紧螺钉贯穿第一定位块和第三定位块。通过试验获取加工半封闭狭窄型腔内小孔的工艺参数,根据工艺参数编制加工程序,将叶片榫头安装在夹具的榫槽中,然后将夹具安装在激光设备的工作台上,加工半封闭狭窄型腔内小孔,定位准确,加工精度高,并且能够避免加工时击伤叶片其他部位。

Description

一种夹具及基于夹具的加工半封闭狭窄型腔内小孔的方法
技术领域
[0001]本发明涉及航空发动机涡轮叶片技术领域,具体为一种夹具及基于夹具的加工半 封闭狭窄型腔内小孔的方法。
背景技术
[0002]涡轮部件是航空发动机中热负荷和机械负荷最大的部件,涡轮工作叶片的工作环 境尤为恶劣,在发动机循环中,它承受着燃烧后的高温高压燃气冲击,其制造技术也被列为 现代航空发动机的关键技术,而气膜孔冷却技术大大提高了涡轮工作叶片的性能。
[0003]祸轮工作叶片米用高温合金材料无余量铸造而成。其前缘、叶身型面等部位设计 了大量的气膜孔,孔径一般在〇0.2_-〇0.8_,空间角度复杂。其中在叶片尾缘部位,需在 一个半封闭狭窄型腔内加工多个气膜孔,三个气膜孔空间角度复杂,出口距离零件内壁非 常近,很容易击伤内腔扰流柱,加工困难。此外,由于零件气膜孔孔径小,只能采取离焦点脉 冲式加工保证气膜孔孔径,而脉冲加工的不稳定性可能导致部分气膜孔孔径偏小,需要二 次装夹补孔加工,要求夹具保证二次装夹的一致性非常高。因此,亟需一种专门的夹具及半 封闭狭窄型腔内小孔的加工方法。
发明内容
[0004]针对现有技术中存在的问题,本发明提供一种夹具及基于夹具的加工半封闭狭窄 型腔内小孔的方法,夹装定位精度高,加工半封闭狭窄型腔内小孔时,不会击伤叶片其他部 位。
[0005] 本发明是通过以下技术方案来实现:
[0006] —种夹具,包括第一定位块、拧紧螺钉、第二定位块、第三定位块、支板和底板; [0007]所述支板安装在底板上,第一定位块的和第三定位块的铰接,第三定位块安装在 支板上,第三定位块和第一定位块上均设置有定位槽,第三定位块和第一定位块上的定位 槽形成榫槽,榫槽用于安装叶片榫头,第二定位块连接于第三定位块的一侧,第二定位块用 于限制叶片榫头在榫槽中的位置,拧紧螺钉贯穿第一定位块和第三定位块,用于使第一定 位块和第三定位块压紧叶片榫头。
[0008]可选的,所述支板和底板垂直设置,支板和底板通过螺栓连接。
[0009]可选的,所述第一定位块和第三定位块均为L形结构,第一定位块和第三定位块通 过连接轴铰接,第一定位块能够绕连接轴转动。
[0010] 一种加工半封闭狭窄型腔内小孔的方法,包括:
[0011 ]步骤S1,获取加工半封闭狭窄型腔内小孔的工艺参数,所述工艺参数包括激光脉 冲能量、脉冲频率和脉冲宽度;
[0012] 步骤S2,根据步骤S1中获取的激光脉冲能量、脉冲频率和脉冲宽度,编写加工程 序;
[0013] 步骤S3,将叶片榫头夹持在榫槽中,调节拧紧螺钉,压紧叶片榫头,将夹具安装在 激光设备的工作台上,使激光设备的激光发射头对准预打孔位置;
[0014] 步骤S4,启动激光设备,根据步骤S2编制的加工程序,由激光设备向预打孔位置发 射激光束,加工半封闭狭窄型腔内小孔。
[0015] 可选的,步骤S1中获取半封闭狭窄型腔内小孔的工艺参数包括:
[0016] 根据所需加工的半封闭狭窄型腔内小孔的实际尺寸,选取参数试验装置;
[0017] 在所述参数试验装置上,进行打孔试验,获得半封闭狭窄型腔内小孔的工艺参数。 [0018]可选的,所述参数试验装置包括第一试板、第二试板和磁力块规,所述第一试板和 第二试板平行设置于磁力块规的两侧;
[0019]试验时使用激光设备在第一试板上打试验孔,所述试验孔为和所需加工的半封闭 狭窄型腔内小孔尺寸相同的小孔,当第一试板上的试验孔合格且未击伤第二试板时,记录 激光设备的工艺参数。
[0020]可选的,步骤S2中选取离焦点脉冲式加工方法。
[0021]与现有技术相比,本发明具有以下有益的技术效果:
[0022]本发明公开一种夹具,包括第一定位块、拧紧螺钉、第二定位块、第三定位块、支板 和底板;支板安装在底板上,第一定位块的和第三定位块的铰接,第三定位块安装在支板 上,第三定位块和第一定位块上均设置有定位槽,第三定位块和第一定位块上的定位槽形 成榫槽,榫槽用于安装叶片榫头,第二定位块连接于第三定位块的一侧,第二定位块用于限 制叶片榫头在榫槽中的位置,拧紧螺钉贯穿第一定位块和第三定位块,用于使第一定位块 和第三定位块压紧叶片榫头。实现了在叶片加工半封闭狭窄型腔内小孔时对叶片的精准定 位,提高了加工精度。
[0023]本发明公开一种加工半封闭狭窄型腔内小孔的方法,通过试验获取加工半封闭狭 窄型腔内小孔的工艺参数,根据工艺参数编制加工程序,将叶片榫头安装在夹具的榫槽中, 然后将夹具安装在激光设备的工作台上,加工半封闭狭窄型腔内小孔,定位准确,加工精度 高,并且能够避免加工时击伤叶片其他部位。
[0024]进一步的,通过参数试验装置试验得到工艺参数,避免加工时击伤叶片内部扰流 柱。
附图说明
[0025]图1为一种叶片的结构示意图;
[0026]图2为图1中叶片的B向视图;
[0027]图3为图1中叶片的C向视图;
[0028]图4为图1中叶片的D向剖视图;
[0029]图5为本发明实施例提供的一种夹具的示意图;
[0030]图6为本发明实施例提供的另一种夹具的示意图;
[0031]图7为本发明实施例提供的一种参数试验装置的示意图。
[0032]图中:1 •第一定位块、2 •拧紧螺钉、3 •支板、4.底板、5 •第二定位块、6.第三定位块、 21.第一试板、22.磁力块规、23 •第二试板。
具体实施方式
[0033]下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明,所述是对本发明的解释而 不是限定。
[0034]如图5和图6所示,一种夹具,包括第一定位块1、拧紧螺钉2、第二定位块5、第三定 位块6、支板3和底板4;
[0035]支板3安装在底板4上,第一定位块1的和第三定位块6的铰接,第三定位块6安装在 支板3上,第三定位块6和第一定位块1上均设置有定位槽,第三定位块6和第一定位块1上的 定位槽形成榫槽,榫槽用于安装叶片榫头,第二定位块5连接于第三定位块6的一侧,第二定 位块5用于限制叶片榫头在榫槽中的位置,拧紧螺钉2贯穿第一定位块1和第三定位块6,用 于使第一定位块1和第三定位块6压紧叶片榫头。
[0036]其中,支板3和底板4垂直设置,支板3和底板4通过螺栓连接。第一定位块1的和第 三定位块6均为L形结构,第一定位块1的和第三定位块6通过连接轴铰接,第一定位块1能够 绕连接轴转动。
[0037]使用时,松开拧紧螺钉2,沿连接轴转动第一定位块1,打开夹具,然后将叶片榫头 安装在榫槽中,压紧第一定位块1,拧紧拧紧螺钉2,通过底板4将夹具安装在激光设备上,进 行激光加工。
[0038] —种加工半封闭狭窄型腔内小孔的方法,包括:
[0039]步骤S1,获取半封闭狭窄型腔内小孔的工艺参数,该工艺参数包括激光脉冲能量、 脉冲频率和脉冲宽度;
[0040]步骤S2,根据步骤S1中获取的激光脉冲能量、脉冲频率和脉冲宽度,编写加工程 序;
[0041] 步骤S3,将叶片榫头夹持在榫槽中,调节拧紧螺钉2,压紧叶片榫头,将夹具安装在 激光设备的工作台上,使激光设备的激光发射头对准预打孔位置;
[0042] 步骤S4,启动激光设备,根据步骤S2编制的加工程序,由激光设备向预打孔位置发 射激光束,半封闭狭窄型腔内小孔。
[0043]步骤S1中获取半封闭狭窄型腔内小孔的工艺参数包括:
[0044]根据所需加工的半封闭狭窄型腔内小孔的实际尺寸,选取参数试验装置;在所述 参数试验装置上,进行打孔试验,获得半封闭狭窄型腔内小孔的工艺参数。
[0045]如图7所示,参数试验装置包括第一试板21、第二试板23和磁力块规22,所述第一 试板21和第二试板23平行设置于磁力块规22的两侧;
[0046]试验时使用激光设备在第一试板21上打试验孔,所述试验孔为和所需加工的半封 闭狭窄型腔内小孔尺寸相同的小孔,当第一试板21上的试验孔合格且未击伤第二试板23 时,记录激光设备的工艺参数。
[0047] ^骤似中选取离焦点脉冲式加工方法。
[0048]示例的,如图1至图4所示的叶片,其前缘、叶身型面等部位设计了大量的气膜孔, 孔^ 一般在〇)〇_8ram,空间角度复杂。其中在叶片尾缘部位,需在一个半封闭狭窄 型腔内加壬三个①0.25mm的气膜孔,型腔深约3.5tnm,所需加工孔的部位宽度为0.5mm-5mm。气膜孔轴线与壁面呈一定夹角,且出口距离零件内壁非常近,很容易击伤内腔扰流 柱,由于叶片内腔为封闭结构,无法观察是否击伤,根据叶片型腔的结构特点,通过一个类 似的打孔部位的参数试验装置,装置包括第一试板21、第二试板23和磁力块规22,可根据实 际情况灵活调节磁力块规22的尺寸,并添加塞尺,控制第一试板21和第二试板23之间的距 禺,保证和实际零件的加工情况一致。根据叶片的材料及预加工处的厚度,在第一试板2i上 按要求采用脉冲加工三个孔,保证气膜孔孔径的同时不能击伤试板,利用能量穿透检测技 术,试验得出程序可调式的工艺参数,所得到的工艺参数为:打孔方式为脉冲打孔,激光脉 冲能量为5 • 5_6 •叮,脉冲频率为3〇HZ,脉冲宽度为0.4ms。根据上述参数和所需加工的孔的 形状编制加工程序。启动激光设备,由激光设备向预打孔位置发射激光束,加工半封闭狭窄 型腔内小孔。
[0049]本发明所举的具体实施例仅是对此发明精神的诠释,本发明技术领域的技术人员 可以对描述的具体实施例进行修改或类似的方法替代,并不偏离本发明的精神。

Claims (7)

1. 一种夹具,其特征在于,包括第一定位块(1)、拧紧螺钉(2)、第二定位块(5)、第三定 位块⑹、支板⑶和底板⑷; 所述支板(3)安装在底板(4)上,第一定位块(1)的和第三定位块(6)的铰接,第三定位 块(6)安装在支板(3)上,第三定位块(6)和第一定位块(1)上均设置有定位槽,第三定位块 ⑹和第一定位块⑴上的定位槽形成榫槽,榫槽用于安装叶片榫头,第二定位块连接于 第三定位块<;6)的一侧,第二定位块(5)用于限制叶片榫头在榫槽中的位置,拧紧螺钉⑵贯 穿第一定位块(1)和第三定位块(6),用于使第一定位块(1)和第三定位块(6)压紧叶片榫 头。
2.如权利要求1所述的一种夹具,其特征在于,所述支板(3)和底板(4)垂直设置,支板 ⑶和底板⑷通过螺栓连接。
3.如权利要求1所述的一种夹具,其特征在于,所述第一定位块(1)和第三定位块(6)均 为L形结构,第一定位块(1)和第三定位块(6)通过连接轴铰接,第一定位块(1)能够绕连接 轴转动。
4.基于权利要求1 _3所述任一项夹具的加工半封闭狭窄型腔内小孔的方法,其特征在 于,包括: 步骤S1,获取加工半封闭狭窄型腔内小孔的工艺参数,所述工艺参数包括激光脉冲能 量、脉冲频率和脉冲宽度; 步骤S2,根据步骤S1中获取的激光脉冲能量、脉冲频率和脉冲宽度,编写加工程序; 步骤S3,将叶片榫头夹持在榫槽中,调节拧紧螺钉(2),压紧叶片榫头,将夹具安装在激 光设备的工作台上,使激光设备的激光发射头对准预打孔位置; 步骤S4,启动激光设备,根据步骤S2编制的加工程序,由激光设备向预打孔位置发射激 光束,加工半封闭狭窄型腔内小孔。
5. 如权利要求4所述的方法,其特征在于,步骤S1中获取半封闭狭窄型腔内小孔的工艺 参数包括: 根据所需加工的半封闭狭窄型腔内小孔的实际尺寸,选取参数试验装置; 在所述参数试验装置上,进行打孔试验,获得半封闭狭窄型腔内小孔的工艺参数。
6. 如权利要求5所述的方法,其特征在于,所述参数试验装置包括第一试板(21)、第二 试板(23)和磁力块规(22),所述第一试板(21)和第二试板(23)平行设置于磁力块规(22)的 两侧; 试验时使用激光设备在第一试板(21)上打试验孔,所述试验孔为和所需加工的半封闭 狭窄型腔内小孔尺寸相同的小孔,当第一试板(21)上的试验孔合格且未击伤第二试板(23) 时,记录激光设备的工艺参数。
7. 如权利要求4所述的方法,其特征在于,步骤S2中选取离焦点脉冲式加工方法。
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