CN109570920B

CN109570920B - 一种波瓣式扩压器基体加工方法

Info

Publication number: CN109570920B
Application number: CN201811386390.5A
Authority: CN
Inventors: 石勇; 何建桥; 魏林; 冯定艳; 肖永印
Original assignee: Sichuan Aerospace Zhongtian Power Equipment Co ltd
Current assignee: SICHUAN AEROSPACE ZHONGTIAN POWER EQUIPMENT Co.,Ltd.; Xian Aerospace Propulsion Institute
Priority date: 2018-11-20
Filing date: 2018-11-20
Publication date: 2020-07-03
Anticipated expiration: 2038-11-20
Also published as: CN109570920A

Abstract

本发明公开了一种波瓣式扩压器基体加工方法，包括如下步骤：1)分割模型，计算展开尺寸；2)采用机械加工工艺方法获得成形用坯料；3)采用模具预成形；4)模具成形；5)固溶处理消除应力；6)模具整形；7)组焊；8)依据图纸要求，完成后续机械加工；9)表面处理。本发明通过分割波瓣钣金成型加焊接的加工方式实现波瓣式扩压器基体的加工。通过合理的工艺设计、模具设计以及焊接夹具设计，最终实现满足图纸尺寸要求的产品。加工出的产品具有成本低廉、结构轻巧、质量可靠的优点。

Description

一种波瓣式扩压器基体加工方法

技术领域

本发明涉及一种发动机零部件的加工方法，具体涉及一种波瓣式扩压器基体加工方法，属于发动机加工技术领域。

背景技术

波瓣式扩压器在国外涡喷发动机中被广泛采用，在过去的几十年里，国内也开始了波瓣式扩压器在涡喷发动机的应用研究。相比传统的轴对称圆形出口喷管，波瓣式扩器可以提高200％掺混效果，其在混合增强、降低噪声和红外线屏蔽等方面也具有更为突出的表现。国外很多涡扇发动机也采用了这一种扩压器。

波瓣式扩压器由扩压器基体、扰流柱、花瓣形盖板、圆形盖板和环组焊而成(如附图1所示)，主要用于组合式发动机的燃料喷射系统。扩压器基体是扩压器装置的核心零件，材料为GH1140高温合金，由12个异型波瓣构成(如图2和3所示)。

目前波瓣式扩压器基体加工采用整体精密铸造成型，主要用于地面试验。受铸造工艺的限制，波瓣的壁厚需要满足铸造工艺对壁厚的最小壁厚要求，这样增加部件自身重量，不符合发动机轻量化的要求；此外，铸件合格率不高，外形尺寸及几何形状不易控制，也不能适应后续批量生产的要求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种成本低廉、结构轻巧、质量可靠的波瓣式扩压器基体加工方法。

本发明是这样实现的：

一种波瓣式扩压器基体加工方法，包括如下步骤：

1)分割模型，计算展开尺寸

将波瓣式扩压器基体上的12个波瓣进行分割，计算得到一个完整的波瓣展开图，按照计算的尺寸放加工余量5mm/单边得到单个波瓣展开后坯料的加工尺寸；

具体的，在实际分割时，选择相邻两个波瓣的截面中心进行分割，然后利用钣金成形分析软件DYNAFORM进行坯料的展开计算。

2)采用机械加工工艺方法获得成形用坯料

按步骤1)得到的加工尺寸进行排样，得到成形用坯料；

具体可采用激光切割或剪板下料进行坯料的加工，此加工方法较为常规，此处不详述。

3)采用模具预成形

利用预成形模具，将成形用坯料压制成形。

具体为：预成形模具安装在四柱液压机工作台面上调整好模具间隙，调整好压边力为1Mp,将外形切割好的板料放在模具的压料板上定位,压成形。

4)模具成形

利用压型模具压制成形。

具体为：将模具安装在液压机工作台面上，调整间隙均匀，放预成形好的零件在下方的凹模中，利用凸模向下压制，调整压力为2Mp,凸模向上取出压制成形好的零件。

5)固溶处理消除应力

将成形好的零件均匀平放在真空热处理炉中，抽真空，加热至1060℃保温30min,出炉空冷。

6)模具整形

将压型模具安装在液压机工作台面上，调整间隙均匀，放预固溶处理消除应力的零件在下放的凹模中，凸模向下压制，调整压力为2Mp,凸模向上取出压制成形好的零件。整形后达到用立体型面样板检测间隙不大于0.10mm。

7)组焊

先将12个零件安装在焊接夹具中，检查拼接处间隙不大于0.10mm，钳工配合，焊工在焊缝长度两端点点焊定位，组装成零件扩压器基体。

焊接拉力试样，进行力学性能检查，达到合格QJ1842A-2011技术标准中规定的Ⅱ级焊缝标准要求。

用焊接夹具压板压装后，采用焊接试片调整好的焊接参数进行12条焊缝的焊接。焊接后达到焊缝质量达到QJ1842A-2011技术标准中规定的Ⅱ级焊缝要求。

8)依据图纸要求，完成后续机械加工

包括：

a)、扩压器基体用夹具定位，车削加工两端面达图中要求长度尺寸。

b)、扩压器基体用夹具定位，上分度机构，可采用激光切割或电火花线切割加工扩压器基体中的12处30°斜面。

9)表面处理

采用酸洗的工艺方法，对零件的表明进行氧化物的去除，使基体表面达到光亮。

更进一步的方案是：

步骤1)中，所述坯料外形根据塑性变形体积不变原理利用软件计算获得钣金展开图，沿周边预留加工余量；

更进一步的方案是：

步骤2)中，按钣金展开图激光切割下料。

更进一步的方案是：

步骤3)中，用模具预成形，便于步骤4)中零件定位。

更进一步的方案是：

步骤4)中，模具的设计应着重考虑零件的定位、防止坯料成形时无序流动导致起皱。通过试验确定毛坯余量，尽可能减小坯料尺寸。利用DYNAFORM钣金仿真软件进行成型仿真分析，计算材料回弹，预留回弹量。

更进一步的方案是：

步骤5)中，通过固溶处理消除步骤4)中产生的应力，为6)模具整形贴模提供保证；

更进一步的方案是：

步骤6)中，利用模具整形成单片波瓣最终型面。为了保证间隙均匀，对凸模在长方向限位。

更进一步的方案是：

步骤7)中，利用焊接夹具进行单片波瓣的组焊。

更进一步的方案是：

步骤8)中针对成形后零件余量依据图纸要求，完成后续机械加工，并进行步骤9)表面处理。

为了使本领域技术人员能更清楚本发明的技术方案，下面对本发明采用的部分模具进行说明。

本发明采用的预成形模具包括下模板和上模，在下模板上设置有凸模固定板和凸模，在上模下方设置有压料板，压料板下方通过导柱和导套与下模板(31)连接，上模与凸模相对的对应位置与凸模外形相匹配；工作时顶杆向上顶压料板使压料板上平面高过凸模最高处，放板料到压料板上调整顶压压力后成形零件。

压型模具包括上模板和下模板，以及分别设置在上模板上的凸模和下模板上的凹模，在凹模上方通过螺栓固定设置有防止毛坯无序流动的限位板。

焊接夹具包括底座、定位板、压锥、轴、定位盘、压盖、螺母、内锥压紧螺母、定位销、螺钉、垫圈、吊环组成，在底座上均匀设置有12个定位板，底座中间设置有压锥，在压锥的中心设置有一个轴，在轴的上方依次设置有定位盘和压盖，定位盘上方设置有内锥压紧螺母，在压盖上方设置有螺母，在定位板下方设置有定位销，通过垫圈、螺钉和定位销配合将零件固定在定位板上，在底座的圆周边沿还设置有四个吊环。

在定位盘的圆周方向镶嵌有紫铜条用于焊接导热并防止粘接。

本发明采用了“分割波瓣钣金成型+焊接”的技术方案，即先将零件模型从适当位置分割成12等份，每一等份形状见图3。利用DYNAFORM钣金仿真软件进行成型仿真分析后，用压型模压制单片波瓣，加工后再将12件单片波瓣用焊接夹具组焊成扩压器。

本发明的有益效果是：通过“分割波瓣钣金成型+焊接”的加工方式实现波瓣式扩压器基体的加工。通过合理的工艺设计、模具设计以及焊接夹具设计，最终实现满足图纸尺寸要求的产品。加工出的产品具有成本低廉、结构轻巧、质量可靠的优点。

附图说明

图1为波瓣式扩压器三维图及爆炸图。

图2为波瓣式扩压器基体三维图。

图3为分割后单片波瓣三维图。

图4为单片波瓣成形模平面图及三维图。

图5为组焊波瓣焊接夹具平面图及三维图。

图6为进行波瓣分割的示意图及分割后波瓣的理论展开图。

图7为单片波瓣的下料示意图。

图8为单片波瓣切割示意图。

图9为预成形磨具结构示意图。

图10为成形后单个波瓣零件示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。详细阐述波瓣式扩压器基体加工的核心技术问题。

具体工艺流程如下：

1)分割模型，计算展开尺寸

通过分析，为了零件好成形，选择在图6中所示的(A-B),(C-D)线进行分割，利用钣金成形分析软件DYNAFORM进行坯料的展开计算,按计算的理论尺寸放加工余量5mm/单边，并简化。计算得到下料坯料的具体尺寸，如附图7所示。

2)采用机械加工工艺方法获得成形用坯料

按上面尺寸进行排样，可采用激光切割或剪板下料进行坯料的加工。

激光切割具体流程：如附图8所示进行排样、剪板(171.8×1000)、切割外形、去毛刺。

3)采用模具预成形

预成形模具安装在四柱液压机工作台面上调整好模具间隙，调整好压边力为1Mp，将外形切割好的板料放在模具的压料板上定位，压成形。

4)模具成形

参见附图4，将压型模具安装在液压机工作台面上，调整间隙均匀，放预成形好的零件在下模中，凸模向下压制，调整压力为2Mp,凸模向上取出压制成形好的零件。

5)固溶处理消除应力

将成形好的零件均匀平放在真空热处理炉中，抽真空，加热1060℃保温30min,出炉空冷。

6)模具整形

参见附图4，将压型模具安装在液压机工作台面上，调整间隙均匀，放预固溶处理消除应力的零件在下模中，凸模向下压制，调整压力为2Mp,凸模向上取出压制成形好的零件。整形后达到用立体型面样板检测间隙不大于0.10mm。整形后零件的形状如附图10所示。

7)组焊

8)依据图纸要求，完成后续机械加工

后续机械加工包括：

9)表面处理

作为优选的技术方案：步骤1)中，所述坯料外形根据塑性变形体积不变原理利用软件计算获得钣金展开图，沿周边预留加工余量；

作为优选的技术方案：步骤2)中，按钣金展开图激光切割下料。

作为优选的技术方案：步骤3)中，用模具预成形，便于步骤4)中零件定位。

作为优选的技术方案：步骤4)中，模具的设计应着重考虑零件的定位、防止坯料成形时无序流动导致起皱。通过试验确定毛坯余量，尽可能减小坯料尺寸。利用DYNAFORM钣金仿真软件进行成型仿真分析，计算材料回弹，预留回弹量。

作为优选的技术方案：步骤5)中，通过固溶处理消除步骤4)中产生的应力，为6)模具整形贴模提供保证；

作为优选的技术方案：步骤6)中，利用模具整形成单片波瓣最终型面。为了保证间隙均匀，对凸模在长方向限位。

作为优选的技术方案：步骤7)中，利用焊接夹具进行单片波瓣的组焊。

作为优选的技术方案：步骤8)中针对成形后零件余量依据图纸要求，完成后续机械加工，并进行步骤9)表面处理。

本发明采用的预成形模具如附图9所示，包括下模板31和上模32，在下模板31上设置有凸模固定板34和凸模37，在上模下方设置有压料板38，压料板下方通过导柱35和导套36与下模板31连接，上模与凸模相对的对应位置与凸模外形相匹配；工作时顶杆33向上顶压料板38使压料板38上平面高过凸模最高处，放板料40到压料板38上调整顶压压力后成形零件。

压型模具如附图4所示，包括上模板24和下模板21，以及分别设置在上模板上的凸模23和下模板上的凹模22，在凹模上方通过螺栓26固定设置有防止毛坯无序流动的限位板25。

焊接夹具如附图5所示，包括底座1、定位板2、压锥3、轴4、定位盘5、压盖6、螺母7、内锥压紧螺母8、定位销9、螺钉10、垫圈11、吊环12组成，在底座1上均匀设置有12个定位板2，底座中间设置有压锥3，在压锥的中心设置有一个轴4，在轴的上方依次设置有定位盘5和压盖6，定位盘上方设置有内锥压紧螺母8，在压盖上方设置有螺母7，在定位板下方设置有定位销9，通过垫圈11、螺钉10和定位销9配合将零件固定在定位板上，在底座的圆周边沿还设置有四个吊环12。

在定位盘5的圆周方向镶嵌有紫铜条用于焊接导热并防止粘接。

尽管这里参照本发明的解释性实施例对本发明进行了描述，上述实施例仅为本发明较佳的实施方式，本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。

Claims

1.一种波瓣式扩压器基体加工方法，其特征在于包括如下步骤：

1)分割模型，计算展开尺寸

将波瓣式扩压器基体上的12个波瓣进行分割，计算得到一个完整的波瓣展开图，按照计算的尺寸放加工余量5mm/单边得到加工尺寸；

2)采用机械加工工艺方法获得成形用坯料

按步骤1)得到的加工尺寸进行排样，得到成形用坯料；

3)采用模具预成形

利用预成形模具，将成形用坯料压制成形；

4)模具成形

利用压型模具压制成形；

5)固溶处理消除应力

将成形好的零件均匀平放在真空热处理炉中，抽真空，加热至1060℃保温30min,出炉空冷；

6)模具整形

将压型模具安装在液压机工作台面上，调整间隙均匀，放预固溶处理消除应力的零件在下模中，凸模向下压制，调整压力为2Mp,凸模向上取出压制成形好的零件；整形后达到用立体型面样板检测间隙不大于0.10mm；

7)组焊

先将12个零件安装在焊接夹具中，检查拼接处间隙不大于0.10mm，钳工配合，焊工在焊缝长度两端点点焊定位，组装成零件扩压器基体；

8)依据图纸要求，完成后续机械加工

9)表面处理

2.根据权利要求1所述波瓣式扩压器基体加工方法，其特征在于：

步骤1)中，计算得到一个完整的波瓣展开图，是根据塑性变形体积不变原理利用软件计算获得坯料外形的展开图，并沿周边预留加工余量。

3.根据权利要求1所述波瓣式扩压器基体加工方法，其特征在于：

步骤2)中，是通过激光切割下料获得成型用坯料。

4.根据权利要求1所述波瓣式扩压器基体加工方法，其特征在于：

步骤8)中，后续机械加工包括：

a)、扩压器基体用夹具定位，车削加工两端面达要求长度尺寸；

b)、扩压器基体用夹具定位，上分度机构，采用激光切割或电火花线切割加工扩压器基体中的12处30°斜面。

5.根据权利要求1所述波瓣式扩压器基体加工方法，其特征在于：

所述预成形模具包括下模板(31)和上模(32)，在下模板(31)上设置有凸模固定板(34)和凸模(37)，在上模下方设置有压料板(38)，压料板下方通过导柱(35)和导套(36)与下模板(31)连接，上模与凸模相对的对应位置与凸模外形相匹配；工作时顶杆(33)向上顶压料板(38)使压料板(38)上平面高过凸模最高处，放板料(40)到压料板(38)上调整顶压压力后成形零件。

6.根据权利要求1所述波瓣式扩压器基体加工方法，其特征在于：

所述压型模具包括上模板(24)和下模板(21)，以及分别设置在上模板上的凸模(23)和下模板上的凹模(22)，在凹模上方通过螺栓(26)固定设置有防止毛坯无序流动的限位板(25)。

7.根据权利要求1所述波瓣式扩压器基体加工方法，其特征在于：

所述焊接夹具包括底座(1)、定位板(2)、压锥(3)、轴(4)、定位盘(5)、压盖(6)、螺母(7)、内锥压紧螺母(8)、定位销(9)、螺钉(10)、垫圈(11)、吊环(12)，在底座(1)上均匀设置有12个定位板(2)，底座中间设置有压锥(3)，在压锥的中心设置有一个轴(4)，在轴的上方依次设置有定位盘(5)和压盖(6)，定位盘上方设置有内锥压紧螺母(8)，在压盖上方设置有螺母(7)，在定位板下方设置有定位销(9)，通过垫圈(11)、螺钉(10)和定位销(9)配合将零件固定在定位板上，在底座的圆周边沿还设置有四个吊环(12)。

8.根据权利要求7所述波瓣式扩压器基体加工方法，其特征在于：

在定位盘(5)的圆周方向镶嵌有紫铜条用于焊接导热并防止粘接。