CN111136510A - 一种复杂型面涡轮导向叶片基准转换加工方法及转换工装 - Google Patents

一种复杂型面涡轮导向叶片基准转换加工方法及转换工装 Download PDF

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Abstract

本发明涉及航空发动机领域，具体涉及一种复杂型面涡轮导向叶片基准转换加工方法，包括以下步骤：设计、制作用于定位叶片毛坯的基准转换工装，确定转换基准所需的锡铋合金材料；将浇注盒子安装到基准转换工装上并夹紧，然后将叶片毛坯装夹到定位装夹机构上，并将定位装夹机构翻转后安装到基准转换工装的支撑框架上；浇注锡铋合金；取出工件体；完成加工；分离零件与凝固合金。本发明利用锡铋合金的熔点低、凝固快、硬度高、易击碎的特性，通过巧妙的设计，将叶片毛坯原本位于排气边的定位点转换到浇注盒子的基准平面上，在磨床上加工时，通过浇注盒子来进行装夹定位，而无需夹持叶片毛坯主体表面，从而可以有效避免压伤叶片而导致报废。

Description

一种复杂型面涡轮导向叶片基准转换加工方法及转换工装
技术领域
本发明涉及航空发动机领域，具体涉及一种复杂型面涡轮导向叶片基准转换加工方法及转换工装。
背景技术
航空发动机涡轮导向叶片经过精密铸造形成毛坯后，需要通过高精度的机械冷加工完成最终的设计图纸尺寸要求；目前，发动机涡轮导向叶片的毛坯基准定位点按照设计图纸要求大部分都分布在叶片叶身的排气边上及内通道安装板上，通常叶身排气边的厚度都很薄，并且是圆弧形状，半径不超过R0.8，见图1、图2。如果按照设计图的基准定位点来设计工装夹具，定位点都是尖点接触，在磨削过程中由于压紧力和磨削力都很大，必定会造成叶身排气边定位点处有压伤凹坑出现，造成零件批量报废，报废率较高、合格率脚底，从而难以确保叶片的按时交付，可能造成工期延长和巨大的经济损失。因此，继续找到一种能正常批量磨削叶片并且不会压伤叶片的工艺方法。
发明内容
本发明的目的是为了找到一种能正常批量磨削叶片并且不会压伤叶片的工艺方法，填补国内航空发动机涡轮导向叶片毛坯基准转换的技术空白，降低报废率，确保叶片按时交付。
本发明实现其目的采用的技术方案如下：
一种复杂型面涡轮导向叶片基准转换加工方法，包括以下步骤：
a.设计、制作用于定位叶片毛坯的基准转换工装，确保该基准转换工装具备支撑框架、定位装夹机构和以底面作为转换基准的浇注盒子，浇注盒子用于通过凝固合金材料将叶片毛坯下沿浇注在其内，并与叶片毛坯一体构成可在磨床上加工的工件体；
b.根据加工尺寸，设计转换后的叶片毛坯与浇注盒子一体构成的工件体的尺寸，并计算叶片毛坯的零件加工表面到浇注盒子的底面基准的距离；
c.确定转换基准所需的凝固合金材料及配比，所述凝固合金材料选择凝固后具有较高硬度和一定脆性的锡铋合金材料，确保其在受到一定冲击力时会破碎；
d.将浇注盒子安装到基准转换工装上并夹紧，然后将叶片毛坯装夹到定位装夹机构上，并将定位装夹机构翻转后安装到基准转换工装的支撑框架上，确保叶片毛坯下沿置于浇注盒子内；
e.浇注凝固合金材料：将配制好的凝固合金材料融化，并将液体合金浇灌到浇注盒子里，待合金凝固后，叶片毛坯与浇注盒子通过凝固的合金成为一个统一的工件体；
f.取出工件体：松开浇注盒子，取出叶片毛坯与浇注盒子形成的工件体，工件体以盒子底面为加工基准；
g.完成加工：将工件体放置在磨床的平台上并压紧，按照计算好的尺寸对零件进行磨削加工；
h.分离零件与凝固合金：加工完毕后，用铜锤敲击合金，将合金敲碎，取出零件。
进一步，凝固合金材料的成分和配比量按重量为：锡43％，铋57％。
一种复杂型面涡轮导向叶片基准转换工装，包括支撑框架、用于装夹定位叶片毛坯并翻转固定在所述支撑框架上的定位装夹机构，以及可通过凝固合金材料浇注将叶片毛坯下沿浇注在内的浇注盒子，所述支撑框架两侧设有用于紧固定位所述浇注盒子的紧固机构。
进一步，所述定位装夹机构包括盖板、固定在所述盖板上的套筒件，所述套筒件的中心固定有调节螺栓，所述调节螺栓上设有可上下调节并置于所述套筒件内的圆筒压板，所述圆筒压板内侧与所述套筒件之间设有套设在所述调节螺栓上的弹簧，所述调节螺栓端部螺接有用于调节和压紧所述圆筒压板的蝶形螺母；所述盖板上还设有定位销、右定位块、左定位块和下定位块。
进一步，所述支撑框架包括底板和支承架，所述底板上还设有用于放置所述浇注盒子的定位板条，所述紧固机构为设置在所述支撑架上的紧固螺钉。
本发明的有益效果：本发明利用锡铋合金的熔点低、凝固快、硬度高、易击碎的特性，通过巧妙的设计，将叶片毛坯原本位于排气边的定位点转换到浇注盒子的基准平面上，在磨床上加工时，通过浇注盒子来进行装夹定位，而无需夹持叶片毛坯主体表面，从而可以有效避免叶片因叶身排气边定位点处的压伤而报废，极大的降低了报废率，保障了合格率，从而便于叶片的按时交付，避免造成工期延长和经济损失。
附图说明
图1为现有的定位方式中排气边定位点的示意图；
图2为现有的定位方式中定位点的截面示意图；
图3为本发明实施例中定位装夹机构装夹叶片毛坯的示意图；
图4为本发明实施例中基准转换工装的结构示意图；
图5为图4中A-A向的截面示意图；
图6为本发明实施例中形成的工件体的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的说明，但本发明要求保护的范围并不局限于此。
参照图3-6，一种复杂型面涡轮导向叶片基准转换加工方法，包括以下步骤：
a.设计、制作用于定位叶片毛坯Q的基准转换工装，确保该基准转换工装具备支撑框架、定位装夹机构和以底面作为转换基准的浇注盒子5，浇注盒子5用于通过凝固合金材料4将叶片毛坯Q下沿浇注在其内，并与叶片毛坯Q一体构成可在磨床上加工的工件体，该工件体以浇注盒子5的底面C为基准面。
b.根据加工尺寸，设计转换后的叶片毛坯Q与浇注盒子5一体构成的工件体的尺寸，并计算叶片毛坯Q的零件加工表面到浇注盒子5的底面基准的距离，包括两端高点到基准面的距离A和B，以便于最终在磨床上进行定位和以新的基准面进行加工。
c.确定转换基准所需的凝固合金材料及配比，所述凝固合金材料4选择凝固后具有较高硬度和一定脆性的锡铋合金材料，确保其在受到一定冲击力时会破碎；具体地，锡铋合金材料的成分和配比量按重量为：锡43％，铋57％，经过试验验证，这个配比的锡铋合金熔点不超过200℃、凝固快，能在15分钟内凝固，从而可以缩短转换时间，提高效率。
d.将浇注盒子5安装到基准转换工装上并夹紧，然后将叶片毛坯Q装夹到定位装夹机构上，并将定位装夹机构翻转后安装到基准转换工装的支撑框架上，确保叶片毛坯下沿置于浇注盒子5内。
e.浇注凝固合金材料：将配制好的凝固合金材料融化，并将液体合金浇灌到浇注盒子里，待合金凝固后，叶片毛坯与浇注盒子通过凝固的合金成为一个统一的工件体。由于采用的锡铋合金熔点不超过200℃，便于融化，从而可以快速的进行浇注，便于提高融化、浇注的效率。
f.取出工件体：松开浇注盒子，取出叶片毛坯与浇注盒子形成的工件体，工件体以盒子底面为加工基准。
g.完成加工：将工件体放置在磨床的平台上并压紧，按照计算好的尺寸对零件进行磨削加工。
h.分离零件与凝固合金：加工完毕后，用铜锤敲击合金，将合金敲碎，取出零件。
通过上述方法，利用锡铋合金的熔点低、凝固快、硬度高、易击碎的特性，通过巧妙的设计，将叶片毛坯原本位于排气边的定位点转换到浇注盒子的基准平面上，在磨床上加工时，通过浇注盒子来进行装夹定位，而无需夹持叶片毛坯主体表面，从而可以有效避免叶片因叶身排气边定位点处的压伤而报废，极大的降低了报废率，保障了合格率，从而便于叶片的按时交付，避免造成工期延长和经济损失；同时，本方法也填补了国内航空发动机涡轮导向叶片毛坯基准转换的技术空白，还可用于定位点与加工面在零件同一侧时零件无法实现定位加工的情况，避免因定位点与加工面同侧而无法加工。
一种复杂型面涡轮导向叶片基准转换工装，包括支撑框架、用于装夹定位叶片毛坯并翻转固定在所述支撑框架上的定位装夹机构，以及可通过凝固合金材料4浇注将叶片毛坯下沿浇注在内的浇注盒子5，所述支撑框架两侧设有用于紧固定位所述浇注盒子5的紧固机构6，紧固机构6用于紧固定位浇注盒子，防止其在浇注时移动，而在浇注完毕后，叶片毛坯Q与浇注盒子5就成为了一个整体的工件体，从而可以松开定位装夹机构，取出在磨床上进行加工，最终得到叶片。凝固合金材料4选择熔点不超过200℃、凝固快且凝固后具有较高硬度和一定脆性的锡铋合金材料，锡铋合金材料的成分和配比量按重量为：锡43％，铋57％，以确保其能在15分钟内凝固，并在受到一定冲击力时会破碎，便于在加工完成后击碎合金取出叶片。
具体地，所述定位装夹机构包括盖板13、固定在所述盖板13上的两个套筒件7，所述套筒件7的中心固定有调节螺栓8，所述调节螺栓8上设有可上下调节并置于所述套筒件7内的圆筒压板9，所述圆筒压板9内侧与所述套筒件7之间设有套设在所述调节螺栓8上的弹簧16，所述调节螺栓8端部螺接有用于调节和压紧所述圆筒压板9的蝶形螺母15；所述盖板13上还设有定位销10、右定位块11、左定位块12和下定位块14。通过将定位装夹机构设置为这样的结构，便于压紧定位叶片毛坯Q，通过将圆筒压板9可上下调节的置于套筒件7内，移动的稳定性高，且通过蝶形螺母15来压紧，操作方便，而内部的弹簧16又可在松开蝶形螺母15后自动将圆筒压板9弹开复位；同时，通过定位销10、右定位块11、左定位块12和下定位块14定位在叶片毛坯Q的排气边上，结合圆筒压板9压紧其两端，定位稳定性高，可有效的防止其在浇注过程中移动，从而保障最终形成的工件体的一致性。
支撑框架的具体结构为：包括底板1和支承架2，所述底板1上还设有用于放置所述浇注盒子5的定位板条3，以便将浇注盒子5定位在其上，便于拆卸时拿取，紧固机构6为设置在所述支撑架2上的紧固螺钉，以便于紧固定位浇注盒子。
操作时，将叶片毛坯Q按照设计图给定的定位点，装夹在定位装夹机构上，具体为将叶片毛坯Q的排气边上分别定位在定位块11、12、14上，然后通过圆筒压板9压在叶片毛坯Q的两端，拧紧蝶形螺母15，叶片毛坯Q就被固定在了定位装夹机构上。之后将浇注盒子5装到定位板条3上，并拧紧两边的紧固机构6压紧浇注盒子5的两侧，实现浇注盒子5的定位。浇注盒子5定位好之后，将装夹好叶片毛坯Q的定位装夹机构整体翻转，并安装到支撑框架的支承架2上，使叶片毛坯Q的两端下沿置于浇注盒子5内；最后将融化的液体锡铋合金浇注到浇注盒子5的凹槽内，待合金冷却凝固后，叶片毛坯Q与浇注盒子5即通过凝固的合金成为一个统一的工件体，再将蝶形螺母15松开，将定位装夹机构与叶片毛坯Q分离开，取出工件体，即可将工件体放置在磨床的平台上压紧定位，然后按照设计尺寸对叶片毛坯进行磨削加工，最终得到叶片；加工完成后用铜锤敲击合金，将合金敲碎，即可取出加工完成的叶片。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围。

Claims (5)

1.一种复杂型面涡轮导向叶片基准转换加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
a.设计、制作用于定位叶片毛坯的基准转换工装，确保该基准转换工装具备支撑框架、定位装夹机构和以底面作为转换基准的浇注盒子，浇注盒子用于通过凝固合金材料将叶片毛坯下沿浇注在其内，并与叶片毛坯一体构成可在磨床上加工的工件体；
b.根据加工尺寸，设计转换后的叶片毛坯与浇注盒子一体构成的工件体的尺寸，并计算叶片毛坯的零件加工表面到浇注盒子的底面基准的距离；
c.确定转换基准所需的凝固合金材料，所述凝固合金材料选择凝固后具有较高硬度和一定脆性的锡铋合金材料，确保其在受到一定冲击力时会破碎；
d.将浇注盒子安装到基准转换工装上并夹紧，然后将叶片毛坯装夹到定位装夹机构上，并将定位装夹机构翻转后安装到基准转换工装的支撑框架上，确保叶片毛坯下沿置于浇注盒子内；
e.浇注凝固合金材料：将配制好的凝固合金材料融化，并将液体合金浇灌到浇注盒子里，待合金凝固后，叶片毛坯与浇注盒子通过凝固的合金成为一个统一的工件体；
f.取出工件体：松开浇注盒子，取出叶片毛坯与浇注盒子形成的工件体，工件体以盒子底面为加工基准；
g.完成加工：将工件体放置在磨床的平台上并压紧，按照计算好的尺寸对零件进行磨削加工；
h.分离零件与凝固合金：加工完毕后，用铜锤敲击合金，将合金敲碎，取出零件。
2.根据权利要求1所述的复杂型面涡轮导向叶片基准转换加工方法，其特征在于，凝固合金材料的成分和配比量按重量为：锡43％，铋57％。
3.一种用于权利要求1或2所述复杂型面涡轮导向叶片基准转换加工方法的基准转换工装，其特征在于，包括支撑框架、用于装夹定位叶片毛坯并翻转固定在所述支撑框架上的定位装夹机构，以及可通过凝固合金材料(4)浇注将叶片毛坯下沿浇注在内的浇注盒子(5)，所述支撑框架两侧设有用于紧固定位所述浇注盒子(5)的紧固机构(6)。
4.根据权利要求3所述的复杂型面涡轮导向叶片基准转换工装，其特征在于，所述定位装夹机构包括盖板(13)、固定在所述盖板(13)上的套筒件(7)，所述套筒件(7)的中心固定有调节螺栓(8)，所述调节螺栓(8)上设有可上下调节并置于所述套筒件(7)内的圆筒压板(9)，所述圆筒压板(9)内侧与所述套筒件(7)之间设有套设在所述调节螺栓(8)上的弹簧(16)，所述调节螺栓(8)端部螺接有用于调节和压紧所述圆筒压板(9)的蝶形螺母(15)；所述盖板(13)上还设有定位销(10)、右定位块(11)、左定位块(12)和下定位块(14)。
5.根据权利要求3所述的复杂型面涡轮导向叶片基准转换工装，其特征在于，所述支撑框架包括底板(1)和支承架(2)，所述底板(1)上还设有用于放置所述浇注盒子(5)的定位板条(3)，所述紧固机构(6)为设置在所述支撑架(2)上的紧固螺钉。
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