CN109500682A - 一种提高榫头销钉式结构转子叶片的抗疲劳方法 - Google Patents

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郭晓强
蒋学军
杨健
闫庆安
陈养惠
张振宇
谭陈林
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Abstract

本发明公开了一种提高榫头销钉式结构转子叶片的抗疲劳方法，包括以下步骤；步骤1，将衬套安装在叶片榫头部位的销钉孔内，并与其过盈配合，衬套与销钉孔轴向长度相同；步骤2，对叶片的沉头孔与衬套的接缝处截面进行磨削，将接缝处存在的凸起磨削至平整。降低了叶片销钉孔处出现裂纹或断裂的概率，提高该类型叶片的使用可靠性，提高了叶片振动疲劳寿命，继而提高了叶片的抗疲劳性。

Description

一种提高榫头销钉式结构转子叶片的抗疲劳方法
技术领域
本发明属于航空发动机抗疲劳技术探索领域，涉及一种提高榫头销钉式结构转子叶片的抗疲劳方法。
背景技术
压气机转子叶片榫头结构形式有燕尾型、纵树型和销钉式连接形式，而叶片榫头销钉式连接形式主要是为了防止转子叶片在低转速时发生一阶弯曲振动，同时在低转速下存在自定位的作用。某航空发动机风扇转子叶片榫头结构为销钉式连接结构，在使用的过程中发生了叶片从销钉孔处断裂并打伤发动机的故障，降低了产品的使用寿命。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种提高榫头销钉式结构转子叶片的抗疲劳方法，降低了叶片销钉孔处出现裂纹或断裂的概率，提高该类型叶片的使用可靠性。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种提高榫头销钉式结构转子叶片的抗疲劳方法，包括以下步骤；
步骤1，将衬套安装在叶片榫头部位的销钉孔内，并与其过盈配合，衬套与销钉孔轴向长度相同；
步骤2，对叶片的沉头孔与衬套的接缝处截面进行磨削，将接缝处存在的凸起磨削至平整。
优选的，对沉头孔与衬套的接缝处进行圆周磨削。
进一步，对沉头孔与衬套的接缝处进行圆周磨削25-30周。
再进一步，磨削量为0.001mm/s。
再进一步，磨削时间50s-80s。
优选的，步骤2中，使用夹具和定位块对叶片进行固定；
优选的，所述夹具将叶片上下表面夹装固定，定位块上表面设置有凸起，凸起部位从加工部位另一侧伸入到销钉孔内，与衬套过盈配合。
进一步，定位块的凸起部位伸入长度小于衬套轴向长度。
进一步，定位块上表面未凸起部分与榫头加工部位另一侧接触，对榫头进行支撑。
进一步，采用尼龙轮进行磨削。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明对衬套与沉头孔的接缝处进行磨削，将接缝处存在的前边凸起磨削至平整，当凸起被修理平整后，凸起形成的应力集中消失，提高了叶片振动疲劳寿命，继而提高了叶片的抗疲劳性。
进一步，使用夹具将叶片上下表面夹装固定，并使用定位块凸起部位伸入到销钉孔内与衬套过盈配合，起到定位作用，使在磨削过程中叶片榫头部位不会产生位移，影响磨削结果。
进一步，通过将定位块上表面未凸起部分与榫头加工部位另一侧接触，并对榫头进行支撑，使对加工部位进行磨削时，磨削面平整，且叶片不会因为压力弯曲，对叶片造成损害。
附图说明
图1为本发明所述的转子叶片榫头结构示意图；
图2为本发明所述的转子叶片磨削夹具示意图；
图3为本发明所述的转子叶片振动疲劳试验台示意图；
图4为显微镜下观察到的未采用本发明所述方法的销钉孔；
图5为显微镜下观察到的采用本发明所述方法的销钉孔。
其中：1-叶片；2-沉头孔；3-衬套；4-榫头；5-定位块；6-尼龙轮；7-手持式砂轮机；8-水平工装；9-顶块。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
通过对出现的故障的调查发现，故障叶片1的特征尺寸，宏观形貌，粗糙度，形位公差等均符合设计要求，随着故障的深入调查，从叶片1榫头4沉头孔2端面的微观表面质量着手，发明了一种用于某型航空发动机压气机低压第三级转子叶片1销钉式连接榫头4部位抗疲劳方法。所述的航空发动机压气机低压第三级转子叶片1榫头4部位抗疲劳制造方法是利用尼龙轮6安装在手持式砂轮机7上，进行手工磨削抛光的方法进行的，再通过试验器振动疲劳对比试验台验证方法的有效性以及提升的具体参数。
本发明所述的方法如下：
步骤1，将衬套3安装在叶片榫头部位的销钉孔内，并与其过盈配合，衬套3与销钉孔轴向长度相同；
步骤2，将叶片1固定在夹具上；
步骤3，对叶片1的沉头孔2与衬套3的接缝处截面进行圆周磨削，将接缝处存在的凸起磨削至平整，圆周磨削25-30周，磨削量为0.001mm/s，磨削时间50s-80s。
本发明所述方法使用的夹具将叶片1上下表面夹装固定，定位块5凸起部位从加工部位另一侧伸入到销钉孔内，与衬套3过盈配合，伸入长度小于衬套3轴向长度，起到定位作用，使在磨削过程中叶片1榫头4部位不会产生位移，从而影响磨削结果；定位块5上表面未凸起部分与榫头4加工部位另一侧接触，对榫头4进行支撑，使对加工部位进行磨削时，不会因为压力弯曲，对叶片1造成损害。
具体实施方式为：
实施例一：为了验证发明的方法，对榫头4沉头孔2端面未采用抗疲劳制造方法的低压第三级转子叶片1进行试验器振动疲劳试验和显微观察销孔表面质量状态，用于与采用抗疲劳制造后的叶片1形成对比。
1)叶片试验器振动疲劳试验
(1)试验件夹紧方式
试验工装采用销孔水平工装8，120°加宽V型顶块9。试验叶片顶紧力矩70N·m，销孔水平工装8固持叶片1榫头4部位和V型顶块9，通过后顶螺栓将V型顶块9顶在叶片1凸耳底面，保证V型顶块9与叶片1凸耳底面接触面均匀。
(2)试验条件
低压第三级转子叶片1疲劳强度试验在二阶振型条件下开展，叶尖振幅控制为4.5mm，试验叶片1疲劳循环数越出1×107未出现裂纹停止试验。
(3)试验结果如表1所示：
表1
2)显微观察销孔表面质量状态
抽取一片(叶片编号1601156)完成上述试验的叶片1解剖进行显微观察，如图4所示，榫头4部位基体与衬套3交角处存在尖边凸起。
实施例二：按本发明步骤进行。
1).叶片1装夹，使用夹具将叶片1上下表面夹装固定，定位块5凸起部位从加工部位另一侧伸入到销钉孔内，与衬套3过盈配合，伸入长度小于衬套3轴向长度，定位块5上表面未凸起部分与榫头4加工部位另一侧接触，对榫头4进行支撑。
2).确定叶片1修理参数，即将尼龙轮6安装在手持式砂轮机7上，用尼龙轮6绕沉头孔2壁即沉头孔2与衬套3的接缝处截面进行圆周磨削抛光25～30周，磨削量为0.001mm/s，抛修时间50S～80S。
3).确定验收要求，即每加工100～200件零件抽1件进行显微观察沉头孔2表面质量，同时修理处的粗糙度应满足图纸要求。
4).确定合格标准，即通过与标准样件比对确定抛修是否合格，合格标准为榫头4部位基体与衬套3交角处无尖边凸起存在。
按上述方法加工10片叶片1，抽取1件(叶片编号1601 196)进行解剖显微观察，如图5所示，叶片1沉头孔2端面无挤压尖边凸起，叶片1内孔与衬套3交角处呈平直或小圆角特征，表面完整性较好。
5).对上述加工的叶片1进行试验验证，即对抛修合格的叶片1进行试验器振动疲劳对比试验，试验件夹紧方式和试验条件与实施例一相同，试验结果如表2所示，根据试验结果给出试验结论。
表2
对加工与未加工的叶片1疲劳试验结果对比分析可知，叶片1沉头孔2端面抛修后较未抛修的叶片1最小循环数提高约3倍，平均循环数提高约3.4倍，说明该方法可以有效提高叶片1销孔部位的疲劳寿命。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种提高榫头销钉式结构转子叶片的抗疲劳方法，其特征在于，包括以下步骤；
步骤1，将衬套(3)安装在叶片榫头部位的销钉孔内，并与其过盈配合，衬套(3)与销钉孔轴向长度相同；
步骤2，对叶片(1)的沉头孔(2)与衬套(3)的接缝处截面进行磨削，将接缝处存在的凸起磨削至平整。
2.根据权利要求1所述的一种提高榫头销钉式结构转子叶片的抗疲劳方法，其特征在于，对沉头孔(2)与衬套(3)的接缝处进行圆周磨削。
3.根据权利要求2所述的一种提高榫头销钉式结构转子叶片的抗疲劳方法，其特征在于，对沉头孔(2)与衬套(3)的接缝处进行圆周磨削25-30周。
4.根据权利要求3所述的一种提高榫头销钉式结构转子叶片的抗疲劳方法，其特征在于，磨削量为0.001mm/s。
5.根据权利要求4所述的一种提高榫头销钉式结构转子叶片的抗疲劳方法，其特征在于，磨削时间50s-80s。
6.根据权利要求1所述的一种提高榫头销钉式结构转子叶片的抗疲劳方法，其特征在于，步骤2中，使用夹具和定位块(5)对叶片进行固定。
7.根据权利要求6所述的一种提高榫头销钉式结构转子叶片的抗疲劳方法，其特征在于，所述夹具将叶片(1)上下表面夹装固定，定位块(5)上表面设置有凸起，凸起部位从加工部位另一侧伸入到销钉孔内，与衬套(3)过盈配合。
8.根据权利要求6所述的一种提高榫头销钉式结构转子叶片的抗疲劳方法，其特征在于，定位块(5)的凸起部位伸入长度小于衬套(3)轴向长度。
9.根据权利要求6所述的一种提高榫头销钉式结构转子叶片的抗疲劳方法，其特征在于，定位块(5)上表面未凸起部分与榫头(4)加工部位另一侧接触，对榫头(4)进行支撑。
10.根据权利要求1所述的一种提高榫头销钉式结构转子叶片的抗疲劳方法，其特征在于，采用尼龙轮(6)进行磨削。
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