CN111633368A - 一种承力框架焊接热处理一体化工装夹具及其装配方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种承力框架焊接热处理一体化工装夹具及其装配方法，涉及工装夹具技术领域，该工装夹具包括：下定位板、芯轴、盖板以及多个定位型块；下定位板、芯轴以及盖板同轴线设置，多个定位型块沿下定位板的周向间隔设置并且定位型块沿下定位板的径向与下定位板滑动连接；下定位板上设有与芯轴同轴线设置的环形的定位止口，沿定位止口的周向设有多第一压紧件，下定位板的中心还设有支板定位组件；盖板的外缘设有多个第二压紧件，本发明解决了现有工装夹具装夹困难，成本较高的问题，并且该工装夹具能在焊接和热处理过程中对零件起到良好的约束作用，保证零件质量。

Description

一种承力框架焊接热处理一体化工装夹具及其装配方法

技术领域

本发明涉及工装夹具技术领域，具体涉及一种一种承力框架焊接热处理一体化工装夹具及其装配方法。

背景技术

进气承力框架是发动机不可或缺的重要单元体之一，主要由外机匣、多个进气支板以及内机匣组成。进气支板数量多，与外机匣焊机时焊缝数众多、分布广、焊接量大，焊接过程势必产生很大的焊接应力，需要进行热处理来消除焊接应力，为保证零件焊接热处理后尺寸变形在可接受范围内，需要设计一套专用装置。目前国内该类工装有两种方案：1、采用焊接热处理两套工装，这种工装的缺点是，零件焊接后会产生变形，在装入热处理工装时会出现装不进去的现象，增加了装夹难度。2、采用焊接热处理一体化工装，工装材料选取与零件母材同样材料，对于材料成本较高的零件，工装成本也会相应增加。

发明内容

本发明的目的在于提供一种承力框架焊接热处理一体化工装夹具及其装配方法，以解决现有工装夹具装夹困难，成本较高的问题，该工装夹具能在焊接和热处理过程中对零件起到良好的约束作用，保证零件质量。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种承力框架焊接热处理一体化工装夹具，包括：下定位板、芯轴、盖板以及多个定位型块；下定位板、芯轴以及盖板同轴线设置并且下定位板和盖板分别设置在芯轴的两端，多个定位型块沿下定位板的周向间隔设置并且定位型块沿下定位板的径向与下定位板滑动连接；下定位板上设有与芯轴同轴线设置的环形的定位止口，沿定位止口的周向设有多第一压紧件，多个第一压紧件沿下定位板的径向与下定位板滑动连接，下定位板的中心还设有支板定位组件；盖板的外缘设有多个第二压紧件，多个第二压紧件沿盖板的径向与盖板滑动连接。

承力框架包括外机匣、内机匣以及设置在外机匣以及内机匣之间的类似于“扇叶”的进气支板，本方案所介绍的一体化工装夹具主要用于外机匣和进气支板焊接和热处理过程。外机匣的下端设置在定位止口中，并通过弧形压条以及第一压紧件压紧，盖板设置在外机匣的上端面并通过第二压紧件压紧，进气支板通过支板定位组件固定，由于定位组件设置在下定位板的中心位置，因此定位止口以及支板定位组件保证和了进气支板和外机匣的同轴度，盖板则保证了外机匣的轴向尺寸，即外机匣的高度；下定位板上设有定位型块，焊接时，定位型块抵触在外机匣的内壁上，对外机匣起到良好的支撑作用，热处理前，首先根据零件以及该工装夹具的线膨胀系数计算出两者在最高热处理温度时的尺寸差，将定位型块预先调整到预定位置，热处理时，外机匣收缩，其内壁正好抵触在定位型块上，定位型块对外机匣的变形起到限制作用。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，工装夹具的材料的线膨胀系数大于承力框架的材料的线膨胀系数。

工装夹具的材料选用与承力框架材料不同，当承力框架材料成本较高时，工装夹具的材料也不受承力框架材料限制，工装夹具材料选择范围广，有利于降低工装夹具的成本，并且工装夹具的材料的线膨胀系数要大于承力框架材料的线膨胀系数，保证在热处理时，定位型块可以抵触在承力框架中外机匣的内壁上。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，定位型块呈“L”型，包括：定位底座以及垂直设置在定位底座一端的支撑板，定位底座上设有沿下定位板径向延伸设置的调节槽，调节槽中设有锁紧螺钉。

定位型块中的底座用于将定位型块固定在下定位板上，支撑板则抵触在外机匣的内壁上，定位底座上设有沿下定位板径向方向延伸的调节槽，调节槽中设有锁紧螺钉，从而可在该调节槽中沿径向调节定位型块的位置，位置调整好后通过锁紧螺钉锁紧。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，下定位板上还设有与定位型块一一对应设置的限位块，限位块设置在定位型块和芯轴之间。

在工装夹具以及承力框架的材料和尺寸确定的情况下，热处理时定位型块沿径向调整的距离相等，则通过设置限位块，可作为定位型块调整到位的依据，当定位型块抵触到限位块时，则表示其调整到位，并且通过设置限位块可以更好的保证多个定位型块调整时的外轮廓的圆度。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，第一压紧件包括第一压紧块以及第一压紧螺钉，第一压紧块上设有沿下定位板径向延伸设置的压紧槽，第一压紧螺钉设置在压紧槽中；第二压紧件为C型卡箍，C型卡箍和盖板之间设有第二压紧螺钉。

同定位型块的调整方式类似，第一压紧块也可以通过压紧槽沿径向调整位置，从而使第一压紧块的下表面压紧在弧形压条上，第一压紧块的侧壁可以抵触在外机匣的外壁上；第二压紧件同样可以进行径向位置调整，从而压紧外机匣的外壁。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，支板定位组件包括：与芯轴同轴线设置的底座以及与底座可拆卸连接的支板盖板，底座上沿底座的周向设有多个支板安装槽。

支板定位组件用于固定进气支板，多个进气支板沿周向间隔设置，底座与芯轴同轴线设置，定位止口也与芯轴同轴线设置，则保证了进气支板与外机匣的同轴度，多个进气支管沿圆周方向均匀固定在底座的支板安装槽中。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，下定位板上设有多个与支板安装槽一一对应设置的夹紧件，夹紧件设置在限位块和芯轴之间，夹紧件包括两个相对设置的夹紧板，夹紧板之间设有多组夹紧柱。

夹紧件用于夹紧每个进气支板，保证焊接时进气支板的稳定性。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，定位型块和夹紧件之间设有多个与夹紧件一一对应设置的挡板件，挡板件包括两个开口相对设置的C型挡板，挡板的下端设有分别设有挡板安装座，挡板安装座上设有沿周向方向延伸的挡板安装槽，挡板安装槽中设有挡板锁紧螺钉。

挡板件用于保护零件上其他位置，避免焊接时焊束伤及其他零件。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，芯轴上设有凸台以及可拆卸设置的楔形压紧块，盖板设置在凸台和楔形压紧块之间。

盖板设置在凸台上，并通过楔形压紧块锁紧从而限制的下定位板和盖板之间的距离，也就是限制了外机匣的高度。

一种承力框架焊接热处理一体化工装夹具的装配方法，采用承力框架焊接热处理一体化工装夹具进行装配，包括以下步骤：

S1、将承力框架的外机匣的下端面安装于定位止口中，并通过多个第一压紧件压紧承力框架的外机匣的下凸缘；

S2、将承力框架的多个进气支板的一端分别固定到支板定位组件上；

S3、调整定位型块，使定位型块抵触在承力框架的外机匣的内壁面；

S4、将盖板固定在芯轴上，并用第二压紧件将承力框架的外机匣的上凸缘压紧；

S5、焊接承力框架的外机匣与进气支板；

S6、焊接完成后，松开第二压紧件，将盖板取下，并调整定位型块的位置，使多个定位型块沿下定位板的径向向定位板的中心移动相同的距离；

S7、将盖板固定在芯轴上，并使第二压紧件压紧承力框架的外机匣的上凸缘，并进行热处理。

本发明具有以下有益效果：

本发明中的定位型块径向可调，保证了零件型面在焊接、热处理全过程中受到约束，且不用进行二次装夹，防止零件装夹过程中变形，不存在零件装不进工装的现象；工装可选用与零件母材不一致的材料，大幅度降低工装成本。

附图说明

图1为承力框架中外机匣和进气支板连接结构的俯视图；

图2为外机匣的剖视图；

图3为本发明的工装夹具的结构示意图；

图4为本发明的工装夹具的俯视图；

图5为图4的剖视图A-A；

图6本发明的工装夹具去掉盖板的结构示意图；

图7本发明的下定位板的结构示意图；

图8本发明的下定位板的俯视图；

图9为本发明的定位型块的结构示意图；

图10为本发明的限位块的结构示意图；

图11为本发明的夹紧件的结构示意图；

图12为本发明的挡板件的结构示意图；

图13为本发明的芯轴的结构示意图；

图14为本发明的盖板的仰视图；

图15为图14的剖视图B-B；

图16为本发明的支板盖板的结构示意图。

其中：1-下定位板；11-定位止口；12-第一压紧件；121-第一压紧块；122-第一压紧螺钉；123-压紧槽；13-下凸缘放置槽；14-安装座；141-定位型块安装槽；2-芯轴；21-凸台；22-楔形压紧块；3-盖板；31-第二压紧件；311-C型卡箍；312-第二压紧螺钉；32-上凸缘放置槽；33-通孔；4-定位型块；41-定位底座；411-调节槽；412-锁紧螺钉；42-支撑板；5-限位块；6-支板定位组件；61-底座；611-支板安装槽；62-支板盖板；7-夹紧件；71-夹紧板；72-夹紧柱；8-挡板件；81-C型挡板；82-档板安装座；821-挡板安装槽；822-挡板锁紧螺钉；9-吊环；101-外机匣；102-上凸缘；103-下凸缘；104-进气支板。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

实施例

承力框架的包括：外机匣101、内机匣以及进气支板104，本实施例中的工装夹具适用于外机匣101与进气支板104焊接以及热处理过程，参照图1，为外机匣101与进气支板104的连接结构俯视图，外机匣101为薄壁圆筒形结构，进气支板104沿外机匣101的径向呈辐射状设置，进气支板104的外端与外机匣101的内壁焊接连接，图2为外机匣101的剖视图，外机匣101的上端设有上凸缘102，下端设有下凸缘103。在本实施例中，进气支板104个数为17个。

参照图3-图5，一种承力框架焊接热处理一体化工装夹具，包括：下定位板1、芯轴2、盖板3以及多个定位型块4，下定位板1、芯轴2以及盖板3同轴线设置并且下定位板1和盖板3分别设置在芯轴2的两端，盖板3的外缘设有8个第二压紧件31，8个第二压紧件31沿盖板3的径向与盖板3滑动连接，第二压紧件31为C型卡箍311，C型卡箍311和盖板3之间设有第二压紧螺钉312；参照图6，多个定位型块4沿下定位板1的周向间隔设置并且定位型块4沿下定位板1的径向与下定位板1滑动连接，下定位板1上还设有与定位型块4一一对应设置的限位块5，限位块5设置在定位型块4和芯轴2之间；下定位板1上设有与芯轴2同轴线设置的环形的定位止口11，沿定位止口11的周向设有12个第一压紧件12，12个第一压紧件12沿下定位板1的径向与下定位板1滑动连接，第一压紧件12包括第一压紧块121以及第一压紧螺钉122，第一压紧块121上设有沿下定位板1径向延伸设置的压紧槽123，第一压紧螺钉122设置在压紧槽123中；下定位板1的中心还设有支板定位组件6，支板定位组件6包括：与芯轴2同轴线设置的底座61以及与底座61可拆卸连接的支板盖板62，底座61上沿底座61的周向设有17个支板安装槽611；在本实施例中，外机匣101和进气支板104为钛合金材料，工装夹具为不锈钢材料，工装夹具的材料的线膨胀系数大于承力框架的材料的线膨胀系数，并且不锈钢材料成本远远小于钛合金材料的成本。

参照图7和图8，下定位板1为圆盘结构，其外圈设有环形的定位止口11，在本实施例中，定位止口11的外侧还设有与外机匣101下凸缘103相匹配的下凸缘放置槽13，定位止口11的内圈设有圆环形的安装座14，安装座14上设有均匀分布的定位型块安装槽141；相邻的定位型块安装槽141之间用于安装挡板件8，定位型块安装槽141的靠近下定位板1中心的一端用于安装限位块5；在本实施例中，下定位板1与支板定位组件6中的底座61为一体结构；为减轻重量，下定位板1上在无需安装任何结构的位置开设减重孔。

参照图9，定位型块4呈“L”型，包括：定位底座41以及垂直设置在定位底座41一端的支撑板42，定位底座41上设有沿下定位板1径向延伸设置的调节槽411，调节槽411中设有锁紧螺钉412，锁紧螺钉412将定位型块4固定在定位型块安装槽141中，调节槽411的长度大于锁紧螺钉412的直径，因此定位型块4可以在调节槽411中滑动。参照图10，为限位块5的结构示意图，限位块5通过螺钉固定在下定位板1的安装座14上。参照图6，下定位板1上设有多个与支板安装槽611一一对应设置的夹紧件7，夹紧件7设置在限位块5和芯轴2之间，参照图11，夹紧件7包括两个相对设置的夹紧板71，夹紧板71之间设有两组夹紧柱72，在本实施例中，夹紧柱72采用螺栓，相对设置的两个夹紧柱72可以夹紧进气支板104。参照图12，定位型块4与夹紧件7之间设有多个与夹紧件7一一对应设置的挡板件8，挡板件8设置在下定位板1的安装座14上，并且位于相邻的定位型块安装槽141之间，挡板件8包括两个开口相对设置的C型挡板81，两个C型挡板81之间形成一个四周封闭的通孔33，供进气支板104穿过，C型挡板81的下端设有分别设有档板安装座82，档板安装座82上设有沿周向方向延伸的挡板安装槽821，挡板安装槽821中设有挡板锁紧螺钉822，因此可以通过挡板安装槽821在周向小幅度调整C型挡板81的位置，从而使挡板能更好的遮蔽焊束，两个C型挡板81的连接处重叠一端距离，从而可以根据进气支板104的厚度调整C型挡板81之间的距离。下定位板1的边缘还设有四个吊环9。

参照图13，芯轴2的上端设有凸台21，凸台21上方的芯轴2开设有梯形通孔，梯形通孔中设有可拆卸的楔形压紧块22，盖板3搭放在凸台21上，并通过楔形压紧块22压紧，芯轴的顶端也设有一个吊环9。

参照图14和图15，盖板3为圆盘形结构，盖板3的下表面设有与外机匣101的上凸缘102相匹配的上凸缘放置槽32，盖板3的中间开设有通孔33，用于与芯轴2连接，与下定位板1一样，为减轻重量，盖板3上开设有多个通孔33，盖板3上还设有3个吊环9。

参照图16，为本发明的支板盖板62的结构示意图，支板盖板62用于固定进气支板104的内圈。

一种承力框架焊接热处理一体化工装夹具的装配方法，采用上述化工装夹具进行装配，包括以下步骤：

S1、将承力框架的外机匣101的下端面安装于定位止口11中，并通过多个第一压紧件12压紧承力框架的外机匣101的下凸缘103；具体的，外机匣101的下端设置在定位止口11中，外机匣101的下凸缘103安装在下凸缘放置槽13中，在下凸缘103上设置多个弧形的压条，再通过第一压紧件12压紧压条，从而间接压紧外机匣101的下凸缘103，通过压条压紧可以增加压紧面面积，提高压紧效果，并且减少第一压紧件12对外机匣101的压伤；

S2、将承力框架的多个进气支板104的一端分别固定到支板定位组件6上；具体的，将进气支板104靠近中心的一端设置在底座61的支板安装槽611中，并用支板盖板62压紧，用夹紧件7将进气支板104一一夹紧，最后安装挡板件8，并通过挡板安装槽821调整C型挡板81的位置，使挡板件8可以有效遮蔽焊束；

S3、调整定位型块4，使定位型块4抵触在承力框架的外机匣101的内壁面；具体的，松开锁紧螺钉412，在定位型块安装槽141中调整定位型块4的位置，使定位型块4上的支撑板42抵触在外机匣101的内壁面上，并将锁紧螺钉412锁紧；

S4、将盖板3固定在芯轴2上，并用第二压紧件31将承力框架的外机匣101的上凸缘102压紧；具体的，外机匣101的上凸缘102设置在盖板3的上凸缘放置槽32中，通过弧形的压条压设在上凸缘102的外缘，再通过第二压紧件31将外机匣101的外壁面以及上凸缘102压紧。

S5、焊接承力框架的外机匣101与进气支板104；在本实施例中，采用电子束焊将进气支板104的外端焊接在外机匣101的内壁上；

S6、焊接完成后，松开第二压紧件31，将盖板3取下，并调整定位型块4的位置，使多个定位型块4沿下定位板1的径向向定位板的中心移动相同的距离；具体的，将定位型块4沿下定位板1的径向方向向下定位板1的中心移动，当定位型块4抵触在限位块5上时，即调整到位，此时定位型块4的支撑板42所形成的外轮廓即为热处理后外机匣101的内壁面的轮廓，该具体可通过材料的线膨胀系数以及最高热处理温度提前计算出来；

S7、将盖板3固定在芯轴2上，并使第二压紧件31压紧承力框架的外机匣101的上凸缘102，并进行热处理。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种承力框架焊接热处理一体化工装夹具，其特征在于，包括：下定位板(1)、芯轴(2)、盖板(3)以及多个定位型块(4)；

所述下定位板(1)、所述芯轴(2)以及所述盖板(3)同轴线设置并且所述下定位板(1)和所述盖板(3)分别设置在所述芯轴(2)的两端，多个所述定位型块(4)沿所述下定位板(1)的周向间隔设置并且所述定位型块(4)沿所述下定位板(1)的径向与所述下定位板(1)滑动连接；

所述下定位板(1)上设有与所述芯轴(2)同轴线设置的环形的定位止口(11)，沿所述定位止口(11)的周向设有多个第一压紧件(12)，多个所述第一压紧件(12)沿所述下定位板(1)的径向与所述下定位板(1)滑动连接，所述下定位板(1)的中心还设有支板定位组件(6)；

所述盖板(3)的外缘设有多个第二压紧件(31)，多个所述第二压紧件(31)沿所述盖板(3)的径向与所述盖板(3)滑动连接。

2.根据权利要求1所述的承力框架焊接热处理一体化工装夹具，其特征在于，所述工装夹具的材料的线膨胀系数大于所述承力框架的材料的线膨胀系数。

3.根据权利要求1所述的承力框架焊接热处理一体化工装夹具，其特征在于，所述定位型块(4)呈“L”型，包括：定位底座(41)以及垂直设置在所述定位底座(41)一端的支撑板(42)，所述定位底座(41)上设有沿所述下定位板(1)径向延伸设置的调节槽(411)，所述调节槽(411)中设有锁紧螺钉(412)。

4.根据权利要求3所述的承力框架焊接热处理一体化工装夹具，其特征在于，所述下定位板(1)上还设有与所述定位型块(4)一一对应设置的限位块(5)，所述限位块(5)设置在所述定位型块(4)和所述芯轴(2)之间。

5.根据权利要求1所述的承力框架焊接热处理一体化工装夹具，其特征在于，所述第一压紧件(12)包括第一压紧块(121)以及第一压紧螺钉(122)，所述第一压紧块(121)上设有沿所述下定位板(1)径向延伸设置的压紧槽(123)，所述第一压紧螺钉(122)设置在所述压紧槽(123)中；所述第二压紧件(31)为C型卡箍(311)，所述C型卡箍(311)和所述盖板(3)之间设有第二压紧螺钉(312)。

6.根据权利要求4所述的承力框架焊接热处理一体化工装夹具，其特征在于，所述支板定位组件(6)包括：与所述芯轴(2)同轴线设置的底座(61)以及与所述底座(61)可拆卸连接的支板盖板(62)，所述底座(61)上沿所述底座(61)的周向设有多个支板安装槽(611)。

7.根据权利要求6所述的承力框架焊接热处理一体化工装夹具，其特征在于，所述下定位板(1)上设有多个与所述支板安装槽(611)一一对应设置的夹紧件(7)，所述夹紧件(7)设置在所述限位块(5)和所述芯轴(2)之间，所述夹紧件(7)包括两个相对设置的夹紧板(71)，所述夹紧板(71)之间设有多组夹紧柱(72)。

8.根据权利要求7所述的承力框架焊接热处理一体化工装夹具，其特征在于，所述定位型块(4)与所述夹紧件(7)之间设有多个与所述夹紧件(7)一一对应设置的挡板件(8)，所述挡板件(8)包括两个开口相对设置的C型挡板(81)，所述C型挡板(81)的下端设有分别设有档板安装座(82)，所述档板安装座(82)上设有沿周向方向延伸的挡板安装槽(821)，所述挡板安装槽(821)中设有挡板锁紧螺钉(822)。

9.根据权利要求1所述的承力框架焊接热处理一体化工装夹具，其特征在于，所述芯轴(2)上设有凸台(21)以及可拆卸设置的楔形压紧块(22)，所述盖板(3)设置在所述凸台(21)和所述楔形压紧块(22)之间。

10.一种承力框架焊接热处理一体化工装夹具的装配方法，其特征在于，采用权利要求1-9任一项所述的承力框架焊接热处理一体化工装夹具进行装配，包括以下步骤：

S1、将所述承力框架的外机匣的下端面安装于所述定位止口(11)中，并通过多个所述第一压紧件(12)压紧所述承力框架的外机匣的下凸缘(103)；

S2、将所述承力框架的多个进气支板的一端分别固定到所述支板定位组件(6)上；

S3、调整所述定位型块(4)，使所述定位型块(4)抵触在所述承力框架的外机匣(101)的内壁面；

S4、将所述盖板(3)固定在所述芯轴(2)上，并用第二压紧件(31)将所述承力框架的外机匣(101)的上凸缘(102)压紧；

S5、焊接所述承力框架的外机匣(101)与进气支板(104)；

S6、焊接完成后，松开第二压紧件(31)，将所述盖板(3)取下，并调整所述定位型块(4)的位置，使多个所述定位型块(4)沿所述下定位板(1)的径向向所述定位板的中心移动相同的距离；

S7、将所述盖板(3)固定在所述芯轴(2)上，并使所述第二压紧件(31)压紧所述承力框架的外机匣(101)的上凸缘(102)，并进行热处理。

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