CN112024750A - 一种双层薄壁钣金机匣校形和热处理定形夹具及方法 - Google Patents

一种双层薄壁钣金机匣校形和热处理定形夹具及方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于航空发动机零件修复技术领域，涉及一种双层薄壁钣金机匣校形和热处理定形夹具及方法，本发明通过设计一种定形夹具，结合零件修理工艺，在热处理前通过定形夹具对机匣安装边进行校形，并置于热处理炉中对机匣安装边进行热处理定形，消除校形回弹应力，定形后安装边圆度和技术条件满足发动机装配要求。即解决了双层薄壁钣金机匣安装边人工校形合格率低，校形过程易损伤安装边及校形后回弹问题；最终解决了大修机匣重复使用装配发动机存在的装配应力问题；降低机匣修理后再次装配发动机因装配应力存在导致的安全隐患，延长零件使用寿命，降低换件修理成本。

Description

一种双层薄壁钣金机匣校形和热处理定形夹具及方法
技术领域
本发明属于航空发动机零件修复技术领域，涉及一种双层薄壁钣金机匣校形和热处理定形夹具及方法。
背景技术
双层薄壁钣金机匣构件是航空发动机的重要构件。由于此类机匣构件为薄壁结构，工作使用后普遍存在安装边椭圆变形、翘曲变形等故障。该类机匣构件重复装配发动机过程中经常由于安装边变形量过大，导致与之相配装的构件的安装边装配异常困难，操作工人即使采用专用工具或工装装配成功，也会由于安装边弹性变形回弹引起非常大的装配应力，致发动机存在较大安全隐患。实际装配过程中经常出现因装配变形应力大，剪断螺栓、损坏与之配装的构件的安装边螺纹孔的情况。以上问题给发动机修理带来了极大的困难，例如从发动机分解下的双层薄壁的合流环组件经过清洗和放置一段时间后，安装边产生回弹变形，无法进行发送机二次装配，人工校形合格率低，报废量较大，校形过程易损伤安装边及校形后回弹，严重制约发动机二次装配配套集件。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种双层薄壁钣金机匣校形和热处理定形夹具及方法，在热处理工序实施前和实施过程中通过专用夹具对安装边校形和定形，消除回弹应力，解决双层薄壁钣金机匣的安装边变形量过大的问题。
本发明的一种双层薄壁钣金机匣校形和热处理定形夹具，包括：定形环、多个定形夹和多个调节螺栓，所述定形环由从上至下设置的四层环台构成，第一层环台位于顶部，第二层环台和第四层环台的外径都小于第三层环台的外径，沿所述第二层环台的径向均匀设有多个第一螺孔，多个调节螺栓从定形环内部伸入对应的第一螺孔后从第二层环台外壁伸出从机匣内侧压紧安装边；定形夹包括弓形夹底座、压板和螺柱，所述弓形夹底座由相互垂直的水平板和竖直板构成，水平板上设有第二螺孔，水平板沿径向抵压在第四层环台的外周面上，所述压板一端抵压在竖直板顶部，压板另一端沿轴向将安装边抵压在第三层环台的顶面，压板上设有长通槽，所述螺柱穿过长通槽后与水平板的第二螺孔配合螺接，定形夹和对应的调节螺栓分别从轴向和径向配合压紧机匣。
在本发明的双层薄壁钣金机匣校形和热处理定形夹具中，所述定形夹还设有支撑弹簧，所述支撑弹簧套装在螺柱上。
在本发明的双层薄壁钣金机匣校形和热处理定形夹具中，所述定形环与机匣采用同种材料制成。
在本发明的双层薄壁钣金机匣校形和热处理定形夹具中，所述定形环的第二层环台的外径比机匣安装边的内径小0.5mm。
在本发明的双层薄壁钣金机匣校形和热处理定形夹具中，所述定形环的第二层环台的上部设有20°～30°倾角。
本发明的一种双层薄壁钣金机匣校形和热处理定形方法，包括：
步骤1：对大修双层薄壁钣金机匣检查无其他故障，进行安装边圆度测量，确认安装边变形量；
步骤2：清洗双层薄壁钣金机匣；
步骤3：设计校形和热处理定形夹具，并对机匣的安装边进行装配校形；
步骤4：对装配校形后的机匣的安装边进行热处理定形，冷却至室温后取下机匣；
步骤5：对热处理定形后的机匣进行荧光检查；
步骤6：检查圆度和各项技术指标以满足发动机装配要求。
在本发明的双层薄壁钣金机匣校形和热处理定形方法中，所述步骤3中的校形和热处理定形夹具包括：定形环、多个定形夹和多个调节螺栓，所述定形环由从上至下设置的四层环台构成，第一层环台位于顶部，第二层环台和第四层环台的外径都小于第三层环台的外径，沿所述第二层环台的径向均匀设有多个第一螺孔，多个调节螺栓从定形环内部伸入对应的第一螺孔后从第二层环台外壁伸出从机匣内侧压紧安装边；定形夹包括弓形夹底座、压板和螺柱，所述弓形夹底座由相互垂直的水平板和竖直板构成，水平板上设有第二螺孔，水平板沿径向抵压在第四层环台的外周面上，所述压板一端抵压在竖直板顶部，压板另一端沿轴向将安装边抵压在第三层环台的顶面，压板上设有长通槽，所述螺柱穿过长通槽后与水平板的第二螺孔配合螺接，定形夹和对应的调节螺栓分别从轴向和径向配合压紧机匣。
在本发明的双层薄壁钣金机匣校形和热处理定形方法中，所述步骤3具体为：
步骤3.1：采用与机匣同种材料制成具有四层环台结构的定形环；
步骤3.2：将机匣套设到第二层环台外侧，并通过调节螺栓行程校形胀紧安装边局部变形部位的内侧；
步骤3.3：采用多个定形夹压紧安装边上表面，调整螺柱将机匣抵压到第三层环台的顶面；
步骤3.4：机匣安装边校形到位后，松开调节螺栓并卸下定形夹。
在本发明的双层薄壁钣金机匣校形和热处理定形方法中，所述步骤4具体为：
步骤4.1：将机匣连同定形环置于热处理炉中；
步骤4.2：根据机匣及安装边材料，按《中国航空材料手册》选择热处理定形温度、保持时间和冷却方式。
本发明设计一种定形夹具，结合零件修理工艺，在热处理前通过定形夹具对机匣安装边进行校形，并置于热处理炉中对机匣安装边进行热处理定形，消除校形回弹应力，定形后安装边圆度和技术条件满足发动机装配要求。即解决了双层薄壁钣金机匣安装边人工校形合格率低，校形过程易损伤安装边及校形后回弹问题；最终解决了大修机匣重复使用装配发动机存在的装配应力问题；降低机匣修理后再次装配发动机因装配应力存在导致的安全隐患，延长零件使用寿命，降低换件修理成本。
附图说明
图1是本发明的一种双层薄壁钣金机匣校形和热处理定形夹具的示意图；
图2是图1中C处放大图；
图3是定形环的结构示意图；
图4是定形夹的结构示意图；
图中：1-尾环，2-内壁，3-外壁，4-安装边，5-定形环，51-第一层环台，52-第二层环台，53-第三层环台，54-第四层环台，55-第一螺孔，6-调节螺栓，7-弓形夹底座，8-压板，9-支撑弹簧，10-螺母，11-螺柱。
具体实施方式
如图1和2所示，本发明的一种双层薄壁钣金机匣校形和热处理定形夹具，包括：定形环5、多个定形夹和多个调节螺栓6。如图3所示，所述定形环5由从上至下设置的四层环台构成，第一层环台51位于顶部，第二层环台52和第四层环台54的外径都小于第三层环台53的外径，沿所述第二层环台52的径向均匀设有多个第一螺孔55，多个调节螺栓6从定形环5内部伸入对应的第一螺孔55后从第二层环台52外壁伸出从机匣内侧压紧安装边4。如图4所示，定形夹包括弓形夹底座7、压板8和螺柱11。所述弓形夹底座7由相互垂直的水平板和竖直板构成，水平板上设有第二螺孔，水平板沿径向抵压在第四层环台54的外周面上，所述压板8一端抵压在弓形夹底座7的竖直板顶部，压板8另一端沿轴向将安装边4抵压在第三层环台53的顶面，压板8上设有长通槽，所述螺柱11穿过长通槽后与水平板的螺孔配合螺接，再通过螺母10锁紧，定形夹和对应的调节螺栓6分别从轴向和径向配合压紧机匣。
具体实施时，所述定形夹还设有支撑弹簧9，所述支撑弹簧9套装在螺柱11上。所述定形环5与机匣采用同种材料制成，保证热处理过程中线膨胀量一致。定形环的第二层环台的直径尺寸理论上应等于安装边内径尺寸，在满足安装边装配发动机设计要求条件下，考虑到校形过程中装配方便，定形环的第二层环台52的外径比机匣安装边的内径小0.5mm。第二层环台的上部设有20°～30°倾角，方便引导安装边装入第二层环台52。
本发明的一种双层薄壁钣金机匣校形和热处理定形方法，包括：
步骤1：对大修双层薄壁钣金机匣检查无其他故障，进行安装边圆度测量，确认安装边变形量；
步骤2：清洗双层薄壁钣金机匣；
步骤3：设计校形和热处理定形夹具，并对机匣的安装边进行装配校形，所述校形和热处理定形夹具如上所述，这里不再赘述；
所述步骤3具体为：
步骤3.1：采用与机匣同种材料制成具有四层环台结构的定形环；
步骤3.2：将机匣套设到第二层环台外侧，并通过多个调节螺栓进行顶胀式校形，胀紧安装边局部变形部位的内侧；
步骤3.3：采用多个定形夹压紧安装边上表面，调整螺柱将机匣抵压到第三层环台的顶面；
步骤3.4：机匣安装边校形到位后，松开调节螺栓并卸下定形夹。
步骤4：对装配校形后的机匣的安装边进行热处理定形，冷却至室温后取下机匣，所述步骤4具体为：
步骤4.1：将机匣连同定形环置于热处理炉中；
步骤4.2：根据机匣及安装边材料，按《中国航空材料手册》选择热处理定形温度、保持时间和冷却方式；
步骤5：对热处理定形后的机匣进行荧光检查；
步骤6：检查圆度和各项技术指标以满足发动机装配要求。
实施例：
本案例中以大修合流环为例，如图1所示，航空发动机合流环是由尾环1、内壁2、外壁3和安装边4经焊接而成的一种双层薄壁钣金机匣构件。合流环安装边主体材料为GH3536合金，为了保证夹具与零件材料线膨胀系数一致，选择定形环材料为GH3536合金。
1）对大修合流环检查无其他故障，进行安装边圆度测量，本案例中安装边圆度为φ8.5mm。
2）用清洁汽油清洗合流环，清除污物。
3）安装边校形，按照图1，将合流环安装边4放置在夹具定形环5上，使安装边4内侧B面和下表面与定形环贴合，对于没有放进定形环5的安装边4部位，使用扳手旋拧调节螺栓6伸出量顶胀安装边4内侧局部B面使之弹性变形校圆，再用弓形夹底座7挂在定形环的第四层环台上，将压板一端抵压在弓形夹底座7的竖直板上，另一端伸入安装边的槽口内的A面，旋拧螺母11通过压板8压紧安装边，使安装边底面压紧到第三层环台的顶面，针对安装边4其他变形部位，重复调整调节螺栓6和压板8压力，直至安装边全部贴合到定形环上。
4）松开调节螺栓6，从安装边上卸下压板和弓形夹底座7。
5）安装边4定形，将合流环连同定形环5置于热处理炉中，按照热处理制度进行热处理消除应力定形，热处理后冷却至室温，取下合流环。
具体实施时，热处理制度为：根据合流环和安装边GH3536材料，按《中国航空材料手册》，选择一次热处理：870±10℃，保持时间为1小时，空气中冷却；二次热处理：760±10℃，保持时间为2小时，空气中冷却。
6）用荧光检查安装边无裂纹和其他损伤。
7）测量安装边圆度φ0.5mm，完成合流环安装边校形定形工艺。
8）大修合流环安装边允许圆度不大于φ1.0mm，装配在后机匣安装边上无装配应力，满足发动机装配使用要求。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明的思想，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 (9)

1.一种双层薄壁钣金机匣校形和热处理定形夹具，其特征在于，包括：定形环、多个定形夹和多个调节螺栓，所述定形环由从上至下设置的四层环台构成，第一层环台位于顶部，第二层环台和第四层环台的外径都小于第三层环台的外径，沿所述第二层环台的径向均匀设有多个第一螺孔，多个调节螺栓从定形环内部伸入对应的第一螺孔后从第二层环台外壁伸出从机匣内侧压紧安装边；定形夹包括弓形夹底座、压板和螺柱，所述弓形夹底座由相互垂直的水平板和竖直板构成，水平板上设有第二螺孔，水平板沿径向抵压在第四层环台的外周面上，所述压板一端抵压在竖直板顶部，压板另一端沿轴向将安装边抵压在第三层环台的顶面，压板上设有长通槽，所述螺柱穿过长通槽后与水平板的第二螺孔配合螺接，定形夹和对应的调节螺栓分别从轴向和径向配合压紧机匣。
2.如权利要求1所述的双层薄壁钣金机匣校形和热处理定形夹具，其特征在于，所述定形夹还设有支撑弹簧，所述支撑弹簧套装在螺柱上。
3.如权利要求1所述的双层薄壁钣金机匣校形和热处理定形夹具，其特征在于，所述定形环与机匣采用同种材料制成。
4.如权利要求1所述的双层薄壁钣金机匣校形和热处理定形夹具，其特征在于，所述定形环的第二层环台的外径比机匣安装边的内径小0.5mm。
5.如权利要求1所述的双层薄壁钣金机匣校形和热处理定形夹具，其特征在于，所述第二层环台的上部设有20°～30°倾角。
6.一种双层薄壁钣金机匣校形和热处理定形方法，其特征在于，包括：
步骤1：对大修双层薄壁钣金机匣检查无其他故障，进行安装边圆度测量，确认安装边变形量；
步骤2：清洗双层薄壁钣金机匣；
步骤3：设计校形和热处理定形夹具，并对机匣的安装边进行装配校形；
步骤4：对装配校形后的机匣的安装边进行热处理定形，冷却至室温后取下机匣；
步骤5：对热处理定形后的机匣进行荧光检查；
步骤6：检查圆度和各项技术指标以满足发动机装配要求。
7.如权利要求6所述的双层薄壁钣金机匣校形和热处理定形方法，其特征在于，所述步骤3中的校形和热处理定形夹具包括：定形环、多个定形夹和多个调节螺栓，所述定形环由从上至下设置的四层环台构成，第一层环台位于顶部，第二层环台和第四层环台的外径都小于第三层环台的外径，沿所述第二层环台的径向均匀设有多个第一螺孔，多个调节螺栓从定形环内部伸入对应的第一螺孔后从第二层环台外壁伸出从机匣内侧压紧安装边；定形夹包括弓形夹底座、压板和螺柱，所述弓形夹底座由相互垂直的水平板和竖直板构成，水平板上设有第二螺孔，水平板沿径向抵压在第四层环台的外周面上，所述压板一端抵压在竖直板顶部，压板另一端沿轴向将安装边抵压在第三层环台的顶面，压板上设有长通槽，所述螺柱穿过长通槽后与水平板的第二螺孔配合螺接，定形夹和对应的调节螺栓分别从轴向和径向配合压紧机匣。
8.如权利要求7所述的双层薄壁钣金机匣校形和热处理定形方法，其特征在于，所述步骤3具体为：
步骤3.1：采用与机匣同种材料制成具有四层环台结构的定形环；
步骤3.2：将机匣套设到第二层环台外侧，并通过调节螺栓进行顶胀式校形，胀紧安装边局部变形部位的内侧；
步骤3.3：采用多个定形夹压紧安装边上表面，调整螺柱将机匣抵压到第三层环台的顶面；
步骤3.4：机匣安装边校形到位后，松开调节螺栓并卸下定形夹。
9.如权利要求8所述的双层薄壁钣金机匣校形和热处理定形方法，其特征在于，所述步骤4具体为：
步骤4.1：将机匣连同定形环置于热处理炉中；
步骤4.2：根据机匣及安装边材料，按《中国航空材料手册》选择热处理定形温度、保持时间和冷却方式。
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