CN110238747B - 用于复杂型面叶片表面光饰的工艺方法及工装夹具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于复杂型面叶片表面光饰的工艺方法及工装夹具。该工艺方法包括：将叶片的叶根榫头端夹装在框梁结构的叶片夹具内，叶片的叶尖悬空在所述叶片夹具内，使叶片横向夹装在叶片夹具中，其中，所述叶片夹具两端沿叶片夹装横轴的外侧均设有安装转轴；将两个U型安装框架通过安装横梁架设在光饰机的振动槽内，且两个安装框架的U型托槽开口均向上，使所述两个U型安装框架之间的距离与所述叶片夹具的两个转轴的距离相当；将夹装有叶片的叶片夹具通过两个转轴自由放置在两个U型安装框架之间，使所述叶片夹具能相对所述安装框架转动；开启光饰机，通过振动槽对叶片表面进行振动光饰，光饰完成后将叶片从所述叶片夹具卸下，并对叶片表面进行清洁处理。

Description

用于复杂型面叶片表面光饰的工艺方法及工装夹具

技术领域

本发明涉及叶片表面处理技术领域，特别是涉及一种用于复杂型面叶片表面光饰的工艺方法及工装夹具。

背景技术

随着高性能发动机的发展与应用,其关键零部件叶片的外形及结构越来越复杂，研制难度也逐渐增大，特别是对叶片的表面质量要求越来越高，无论是采用精密铸造,还是五坐标铣削,叶片表面质量都不能满足设计要求,而叶片表面质量，如粗糙度、波纹度等在很大程度上影响着发动机的性能、可靠性和寿命。

航空发动机叶片的最终表面粗糙度要求一般为0.4μm以下。叶片型面的成型目前都需要利用数控加工实现，数控加工可保证叶片的轮廓尺寸与位置精度要求，但在表面质量方面，数控加工都存在球形刀具螺旋铣削形成的密排轨迹，其粗糙度值一般在1.6μm水平，表面局部地方存在接刀痕迹，即使经过表面喷丸强化其表面粗糙度也很难达到设计要求，所以叶片表面必须经过抛光与光饰加工。

由于发动机叶片的型面复杂，使得其叶片表面的抛光加工变得十分困难。目前，利用机械化的加工方式来实现叶片的光饰抛光是目前的主要发展趋势。振动光饰是一种较新的表面光饰加工工艺,该工艺不仅可降低零件表面粗糙度,而且余量去除均匀,同时可改善应力分布,提高抗疲劳强度，是一种较理想的叶片表面光饰工艺。但是目前的叶片振动光饰工艺仍然存在一些对叶片外形精度影响的问题，例如在进、排气边较薄的叶片零件放入振动光饰机进行表面光饰时，易发生叶片进、排气边卷边的现象，影响叶片的最终外形精度，甚至造成叶片零件的报废。

因此，基于现有技术存在的问题，发明人提供了一种用于复杂型面叶片表面光饰的工艺方法及工装夹具。

发明内容

本发明实施例提供了一种用于复杂型面叶片表面光饰的工艺方法及工装夹具，在较薄的叶片进行表面抛光时，可以有效避免叶片发生卷边变形问题，同时提高叶片表面光饰的效率。

第一方面，本发明的实施例提出了一种用于复杂型面叶片表面光饰的工艺方法，该方法包括：

将叶片的叶根榫头端夹装在框梁结构的叶片夹具内，叶片的叶尖悬空在所述叶片夹具内，使叶片横向夹装在叶片夹具中，其中，所述叶片夹具两端沿叶片夹装横轴的外侧均设有安装转轴；

将两个U型安装框架通过安装横梁架设在光饰机的振动槽内，且两个安装框架的U型托槽开口均向上，使所述两个U型安装框架之间的距离与所述叶片夹具的两个转轴的距离相当；

将夹装有叶片的叶片夹具通过两个转轴自由放置在两个U型安装框架之间，使所述叶片夹具能相对所述安装框架转动；

开启光饰机，振动槽内的磨料开始转动，通过磨料的转动带动叶片夹具转动，叶片随叶片夹具在磨料内转动从而对叶片表面产生光饰作用，完成后将叶片从所述叶片夹具卸下，并对叶片表面进行清洁处理。

进一步地，所述叶片夹具包括相对设置的两个侧盘和2个连接杆，所述2个连接杆对称地分别设在两侧盘的中轴外侧，用于连接两侧盘，形成内部为空心的框梁结构。

进一步地，在一个所述侧盘的内侧中心设有可拆卸的榫头夹装组件，用于夹装叶片的根部榫头，所述榫头夹装组件包括2个对合的夹板和调节螺钉，2个夹板的对合型面形成与榫头结构相匹配的榫头装夹槽，所述调节螺钉设在所述夹板上，用于调节2个夹板的距离。

进一步地，在另一个所述侧盘的内侧中心设有柔性挡板，用于在拆装叶片时保护叶片，所述挡板与叶片的叶尖端留有足够间隙。

进一步地，所述2个侧板均为圆盘，在所述圆盘的非安装盘面上开有多个孔，以减轻所述叶片夹具的整体重量。

进一步地，所述U型安装框架的开口端两侧分别对称的伸出一安装横梁，用于将U型安装框架横向架设在光饰机的振动槽框上。

进一步地，所述U型安装框架的中间U型托槽外侧与安装横梁之间设有支撑斜梁，形成三角形加强稳定结构。

第二方面，提供了一种用于复杂型面叶片表面光饰的工装夹具，该工装夹具包括叶片夹具和两个U型安装框架，所述叶片夹具包括相对设置的两个侧盘和2个连接杆，所述2个连接杆对称地分别设在两侧盘的中轴外侧，用于连接两侧盘，形成内部为空心的框梁结构，在一个侧盘的内侧中心设有榫头夹装组件，用于夹装叶片的根部榫头，在另一个侧盘的内侧中心设有柔性挡板，用于在拆装叶片时保护叶片，在两个侧盘的外侧均设有安装转轴，用于将工装夹具安装在所述U型安装框架的U型槽底；所述U型安装框架的开口端两侧分别对称的伸出一安装横梁，用于将U型安装框架横向架设在光饰机的振动槽框上。

综上，本发明通过用于复杂型面叶片表面光饰的工艺方法及工装夹具，不仅可降低零件表面粗糙度,使余量去除均匀,而且，在进、排气边这类较薄的叶片零件放入振动光饰机进行表面光饰时，解决了叶片卷边变形的技术难题，还可改善应力分布,提高抗疲劳强度，实现了叶片高精度、长寿命、高效率、低成本的表面光饰工艺方法，促进先进航空发动机的研制和生产。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例的一种用于复杂型面叶片表面光饰的工艺方法应用场景示意图。

图2是本发明实施例的叶片夹装在叶片夹具内的结构示意图。

图3是本发明实施例的叶片夹具安装在U型安装框架内的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本发明的原理，但不能用来限制本发明的范围，即本发明不限于所描述的实施例，在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了零件、部件和连接方式的任何修改、替换和改进。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参照附图并结合实施例来详细说明本申请。

图1是本发明实施例的一种用于复杂型面叶片表面光饰的工艺方法应用场景示意图。如图1所示，该工艺方法至少包括了以下步骤S110～步骤S140：

步骤S110：将叶片1的叶根榫头端夹装在框梁结构的叶片夹具2内，叶片1的叶尖悬空在所述叶片夹具2内，使叶片1横向夹装在叶片夹具2中，其中，所述叶片夹具2两端沿叶片1夹装横轴的外侧均设有安装用的转轴6。具体操作时，将叶片1榫头插入榫头夹装组件7的装夹槽内，可通过拧紧榫头装夹槽螺钉9，保证叶片1不晃动。

步骤S120：将两个U型安装框架3通过安装横梁10架设在光饰机的振动槽4内，且两个安装框架的U型托槽12开口均向上，使所述两个U型安装框架3之间的距离与所述叶片夹具2的两个转轴6的距离相当。具体需依据叶片夹具2尺寸固定两个U型安装框架3在光饰机中的装夹位置，依靠装夹部位的螺钉9可实现两者的相对固定。

步骤S130：将夹装有叶片1的叶片夹具2通过两个转轴6自由放置在两个U型安装框架3之间，使所述叶片夹具2能相对所述安装框架转动。

步骤S140：开启光饰机，动槽内的磨料开始转动，通过磨料的转动带动叶片夹具2转动，叶片1随叶片夹具2在磨料内转动从而对叶片1表面产生光饰作用，光饰完成后将叶片1从所述叶片夹具2卸下，并对叶片1表面进行清洁处理。具体实践中，开启光饰机后，可以设置振动光饰时间2h、频率40Hz等工艺参数进行叶片1零件表面振动光饰。振动光饰完成后，从振动光饰机的振动槽4内将叶片夹具2取出，然后松开叶片夹具2榫头装夹槽的螺钉9，从夹具上将叶片1卸下，并用清水冲洗干净后擦干。最终叶片1表面粗糙度可以达到0.4μm以下。

具体地，参见图2所示，所述叶片夹具2包括相对设置的两个侧盘13和2个连接杆5，所述2个连接杆5对称地分别设在两侧盘13的中轴外侧，用于连接两侧盘13，形成内部为空心的框梁结构。也可以根据工程实际需要设置2个以上的连接杆5，与侧盘13的连接方式可以采用螺栓、销轴等紧固件可拆卸连接，也可以采用焊接等固定式连接方式，只要能使叶片1在该框梁结构的叶片夹具2中方便夹装和拆卸即可。

作为一种优选实施例，在叶片夹具2的一个所述侧盘13的内侧中心设有可拆卸的榫头夹装组件7，用于夹装叶片1的根部榫头，所述榫头夹装组件7包括2个对合的夹板和调节螺钉9，2个夹板的对合型面形成与榫头结构相匹配的榫头装夹槽，所述调节螺钉9设在所述夹板上，用于调节2个夹板的距离，以便更好的适应叶片1榫头安装。需要说明的是，夹板的对合型面需根据叶片1尺寸设计，针对不同尺寸的叶片1，设计相应的夹板对合型面，使用时，只需要更换相匹配的榫头夹装组件7即可，因此，采用螺钉9、螺栓等连接紧固件实现了榫头夹装组件7的可拆卸安装方式。

优选地，在另一个所述侧盘13的内侧中心设有柔性挡板8，用于在拆装叶片1时保护叶片1，所述挡板8与叶片1的叶尖端留有足够间隙。实践中，挡板8可以采用树脂材料制备，不会使叶尖在拆装过程中被碰撞变形。

作为另一种优选方式，所述2个侧板均为圆盘，在所述圆盘的非安装盘面上开有多个孔，以减轻所述叶片夹具2的整体重量。本实施例中，连接侧盘13的2个连接杆5也可采用树脂材质，进一步减轻可叶片夹具2的整体重量。以便在振动光饰处理时，叶片夹具2能随振动转动，提高了叶片1表面振动光饰效率。

参见图3所示，作为其他优选实施例，所述U型安装框架3的开口端两侧分别对称的伸出一安装横梁10，用于将U型安装框架3横向架设在光饰机的振动槽4框上。并且，在U型安装框架3的中间U型托槽12外侧与安装横梁10之间设有支撑斜梁11，形成了三角形加强稳定结构。

第二方面，本发明还提供了一种用于复杂型面叶片表面光饰的工装夹具，该工装夹具采用能够用于第一方面的工艺方法，该工装夹具包括叶片夹具2和两个U型安装框架3，所述叶片夹具2包括相对设置的两个侧盘13和2个连接杆5，所述2个连接杆5对称地分别设在两侧盘13的中轴外侧，用于连接两侧盘13，形成内部为空心的框梁结构，在一个侧盘13的内侧中心设有榫头夹装组件7，用于夹装叶片1的根部榫头，在另一个侧盘13的内侧中心设有柔性挡板8，用于在拆装叶片1时保护叶片1，在两个侧盘13的外侧均设有安装转轴6，用于将工装夹具安装在所述U型安装框架3的U型槽底；所述U型安装框架3的开口端两侧分别对称的伸出一安装横梁10，用于将U型安装框架3横向架设在光饰机的振动槽4框上。

需要明确的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。对于工装夹具的实施例而言，相关之处可参见工艺方法的部分说明。本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定步骤和结构。并且，为了简明起见，这里省略对已知方法技术的详细描述。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不限制于本申请。在不脱离本发明的范围的情况下对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围内。

Claims (7)

1.用于复杂型面叶片表面光饰的工艺方法，其特征在于，所述工艺方法包括：

将叶片的叶根榫头端夹装在框梁结构的叶片夹具内，叶片的叶尖悬空在所述叶片夹具内，使叶片横向夹装在叶片夹具中，其中，所述叶片夹具两端沿叶片夹装横轴的外侧均设有安装转轴；所述叶片夹具包括相对设置的两个侧盘和2个连接杆，所述2个连接杆对称地分别设在两侧盘的中轴外侧，用于连接两侧盘，形成内部为空心的框梁结构；

将两个U型安装框架通过安装横梁架设在光饰机的振动槽内，且两个安装框架的U型托槽开口均向上，使所述两个U型安装框架之间的距离与所述叶片夹具的两个转轴的距离相当；

将夹装有叶片的叶片夹具通过两个转轴自由放置在两个U型安装框架之间，两个转轴位于U型托槽的槽底，使所述叶片夹具能相对所述安装框架转动；

开启光饰机，振动槽内的磨料开始转动，通过磨料的转动带动叶片夹具转动，叶片随叶片夹具在磨料内转动从而对叶片表面产生光饰作用，光饰完成后将叶片从所述叶片夹具卸下，并对叶片表面进行清洁处理。

2.根据权利要求1所述的用于复杂型面叶片表面光饰的工艺方法，其特征在于，在一个所述侧盘的内侧中心设有可拆卸的榫头夹装组件，用于夹装叶片的根部榫头，所述榫头夹装组件包括2个对合的夹板和调节螺钉，2个夹板的对合型面形成与榫头结构相匹配的榫头装夹槽，所述调节螺钉设在所述夹板上，用于调节2个夹板的距离。

3.根据权利要求1所述的用于复杂型面叶片表面光饰的工艺方法，其特征在于，在另一个所述侧盘的内侧中心设有柔性挡板，用于在拆装叶片时保护叶片，所述挡板与叶片的叶尖端留有足够间隙。

4.根据权利要求1所述的用于复杂型面叶片表面光饰的工艺方法，其特征在于，所述2个侧盘均为圆盘，在所述圆盘的非安装盘面上开有多个孔，以减轻所述叶片夹具的整体重量。

5.根据权利要求1所述的用于复杂型面叶片表面光饰的工艺方法，其特征在于，所述U型安装框架的开口端两侧分别对称的伸出一安装横梁，用于将U型安装框架横向架设在光饰机的振动槽框上。

6.根据权利要求5所述的用于复杂型面叶片表面光饰的工艺方法，其特征在于，所述U型安装框架的中间U型托槽外侧与安装横梁之间设有支撑斜梁，形成三角形加强稳定结构。

7.用于复杂型面叶片表面光饰的工装夹具，适用于权利要求1所述的工艺方法，其特征在于，所述工装夹具包括叶片夹具和两个U型安装框架，所述叶片夹具包括相对设置的两个侧盘和2个连接杆，所述2个连接杆对称地分别设在两侧盘的中轴外侧，用于连接两侧盘，形成内部为空心的框梁结构，在一个侧盘的内侧中心设有榫头夹装组件，用于夹装叶片的根部榫头，在另一个侧盘的内侧中心设有柔性挡板，用于在拆装叶片时保护叶片，在两个侧盘的外侧均设有安装转轴，用于将工装夹具安装在所述U型安装框架的U型槽底；所述U型安装框架的开口端两侧分别对称的伸出一安装横梁，用于将U型安装框架横向架设在光饰机的振动槽框上。

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