CN113510167A - 一种y型大截面钛合金曲面框的多道次热校形工装及方法 - Google Patents
一种y型大截面钛合金曲面框的多道次热校形工装及方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种Y型大截面钛合金曲面框的多道次热校形工装及方法，通过设计型面结构形成Y型缝隙，在环向采用多组楔铁结构，通过敲击楔铁结构中的L型楔铁和侧向楔铁，实现型面结构对Y型曲面框的多向受力装夹，并设计可更换的两组型面结构和可更换的两组垫板，可以兼容和适应异型大截面钛合金框类零件多道次切削工序导致的零件截面尺寸变化，实现前一道次切削工序后的零件稳定装夹和精确热校形，并为后一道次切削加工提供几何精度高、残余应力低的毛料，从而可以有效地降低工装成本，提高加工效率和零件轮廓精度，并使最终零件的几何轮廓、形位公差等参数满足设计和使用要求。
Description
技术领域
本发明涉及技术领域，尤其涉及一种Y型大截面钛合金曲面框的多道次热校形工装及方法。
背景技术
国内外新一代大型宽体飞机为了实现高性能和长寿命等目标，大量采用碳纤维增强树脂基复合材料的整体蒙皮壁板。钛合金具有高比强度、耐高温和耐腐蚀等一系列优异特性，与复合材料的强度和刚度匹配性好。因此，航空工业大量采用钛合金代替传统的铝合金来制造与复合材料蒙皮壁板装配的机身加强框曲面构件。此外，为了实现较高的连接强度和刚度，满足与机体其他结构的装配要求，在大型宽体客机的制造中需要使用越来越多的超大尺寸异型复杂截面的钛合金曲面框。
Y型钛合金曲面框是飞机机体上一种典型的主承力结构件，其制造精度和质量直接影响到飞机的装配精度、整体气动外形和使用寿命。为了满足与机体多种结构连接要求，这种具有非对称、变厚度结构特点的Y型钛合金曲面框需要满足较高的轮廓精度和形位公差要求。目前，国内外均通过采用弧长超过3500mm、截面积超过5000mm2的热拉弯成形或模锻毛坯进行多道次切削加工和热校形工艺路线来制造截面积小于800mm2异型截面钛合金曲面框。由于Y型曲面框截面的不对称性和钛合金难切削的特性，每道次切削过程中零件三个分叉上的不对称切削量都会引入不均匀的残余应力分布。进而，零件在每道次切削、卸载后出现的翘曲、回弹和扭曲变形都将严重影响后续切削加工的装夹定位、加工精度和加工效率。Y型大截面曲面框通常需要进行3～5次的切削加工，而每道次切削工序后零件的截面尺寸都会发生不同的变化，并且每道次切削后都需要进行一次热校形来释放残余应力。
现有的钛合金校形工装大都是针对尺寸较小且固定的异型焊接件或薄壁零件进行设计的，尚未出现任何工装可以满足Y型大截面钛合金曲面框在多道次切削工序后的装夹定位和热校形。若采用传统的工装设计思路，即每道次热校形工序单独对应一套工装，制造Y型大截面钛合金曲面框需要的工装成本将难以接受。因此，很有必要设计出一套可以兼容一种零件在多道次热校形工序中的装夹和热定形，为异型大截面钛合金曲面框的制造提供有力的技术支撑。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种Y型大截面钛合金曲面框的多道次热校形工装及方法，用以兼容异型大截面钛合金曲面框在多道次热校形工序中的装夹和热定形。
本发明提供的一种Y型大截面钛合金曲面框的多道次热校形工装，包括：固定底板、两组型面结构、两组垫板以及至少四组楔铁结构；其中，
每组型面结构包括第一型面结构、第二型面结构和第三型面结构；其中，三个型面结构均为圆弧形结构，三个型面结构配合形成Y型缝隙，三个型面结构分别位于Y型缝隙的三个分叉区域内；在每组型面结构中，所述第三型面结构与所述固定底板固定连接，所述第一型面结构和所述第二型面结构均位于所述第三型面结构的外侧且所述第一型面结构位于所述第二型面结构的上方；两组型面结构可更换地使用，分别用于装夹两种厚度的Y型曲面框；
每组垫板包括第一垫板、第二垫板和第三垫板；其中，三个垫板均为圆弧形结构，其中，在每组垫板中，所述第一垫板位于所述第一型面结构面向所述第三型面结构的一面与Y型曲面框之间，所述第二垫板位于所述第三型面结构面向所述第一型面结构的一面与Y型曲面框之间，所述第三垫板位于所述第二型面结构与所述固定底板之间；两组垫板可更换地使用，分别用于与同一组型面结构相配合装夹两种厚度的Y型曲面框；
每组楔铁结构包括侧向楔铁、侧向固定块、L型楔铁和楔铁固定块；其中，各组楔铁结构中的侧向固定块在整组型面结构的外侧沿圆弧均匀设置且与所述固定底板固定连接；在每组楔铁结构中，所述侧向楔铁插入所述侧向固定块与所述第二型面结构之间，所述侧向固定块设有与所述侧向楔铁的一个斜面紧密配合的第一凹槽，所述侧向固定块在所述第一凹槽的上方设有第一通孔，所述楔铁固定块分别与所述固定底板和所述第三型面结构固定连接，所述楔铁固定块在固定连接点的上方设有第二通孔，所述第二通孔高于所述第一通孔，所述L型楔铁的尖端依次穿过所述第二通孔和所述第一通孔后，所述L型楔铁的上斜面分别与所述侧向固定块和所述楔铁固定块接触，所述L型楔铁的下斜面与所述第一型面结构接触且分别与所述侧向固定块和所述楔铁固定块之间有余量。
在一种可能的实现方式中，在本发明提供的上述Y型大截面钛合金曲面框的多道次热校形工装中，所述第三型面结构通过多个内六角螺栓和多个销钉与所述固定底板固定连接。
在一种可能的实现方式中，在本发明提供的上述Y型大截面钛合金曲面框的多道次热校形工装中，还包括止推块；其中，
所述止推块，位于整组型面结构沿所述侧向楔铁的插入方向的末端，用于防止整组型面结构在所述侧向楔铁插入过程中发生环向窜动；
所述止推块通过多个销钉与所述固定底板固定连接。
在一种可能的实现方式中，在本发明提供的上述Y型大截面钛合金曲面框的多道次热校形工装中，第一组型面结构用于独自装夹、分别与两组垫板相配合装夹厚度为7mm～25mm的Y型曲面框；
第二组型面结构用于独自装夹厚度为2mm～5mm的Y型曲面框。
在一种可能的实现方式中，在本发明提供的上述Y型大截面钛合金曲面框的多道次热校形工装中，所述第一型面结构为分离的多段结构，每段结构与所述L型楔铁对应的位置设有与所述L型楔铁紧密配合的第二凹槽。
在一种可能的实现方式中，在本发明提供的上述Y型大截面钛合金曲面框的多道次热校形工装中，所述第二型面结构与所述侧向楔铁对应的位置设有与所述侧向楔铁的另一个斜面紧密配合的切面。
在一种可能的实现方式中，在本发明提供的上述Y型大截面钛合金曲面框的多道次热校形工装中，所述第三型面结构与所述楔铁固定块对应的位置设有与所述楔铁固定块相配合的第三凹槽，所述楔铁固定块通过多个内六角螺栓在所述第三凹槽处与所述第三型面结构固定连接。
在一种可能的实现方式中，在本发明提供的上述Y型大截面钛合金曲面框的多道次热校形工装中，所述固定底板与所述楔铁固定块对应的位置设有与所述楔铁固定块相配合的第四凹槽，所述楔铁固定块通过多个内六角螺栓在所述第四凹槽处与所述固定底板固定连接。
在一种可能的实现方式中，在本发明提供的上述Y型大截面钛合金曲面框的多道次热校形工装中，所述固定底板为镂空结构。
本发明还提供了一种Y型大截面钛合金曲面框的多道次热校形工装的热校形方法，包括如下步骤：
S1：将所述侧向固定块和第一组型面结构中的第三型面结构固定安装在所述固定底板上；
S2：在第一次粗加工工序后，依次将第一组型面结构中的第二型面结构、第一次粗加工工序得到的Y型曲面框和第一组型面结构中的第一型面结构置于所述固定底板上；
S3：将所述侧向楔铁沿所述侧向固定块与第一组型面结构中的第二型面结构之间的梯形缝隙敲入，使第一组型面结构中的第二型面结构向第一组型面结构中的第三型面结构方向水平移动，压迫Y型曲面框向第一组型面结构中的第三型面结构靠拢，使Y型曲面框的下分支分别与第一组型面结构中的第二型面结构和第三型面结构紧密贴合；
S4：将所述楔铁固定块固定安装在所述固定底板和第一组型面结构中的第三型面结构上，将所述L型楔铁插入所述楔铁固定块和所述侧向固定块中，敲击所述L型楔铁，使第一组型面结构中的第一型面结构向第一组型面结构中的第二型面结构和第三型面结构方向移动，压迫Y型曲面框向第一组型面结构中的第二型面结构和第三型面结构靠拢，使Y型曲面框的一个上分支分别与第一组型面结构中的第一型面结构和第三型面结构紧密贴合，使Y型曲面框的另一个上分支分别与第一组型面结构中的第一型面结构和第二型面结构紧密贴合；
S5：将热校形工装送入空气炉或真空炉进行去应力退火，待退火完成后取出热校形工装；
S6：依次反向敲击所述L型楔铁和所述侧向楔铁，取下所述L型楔铁和所述侧向楔铁，依次取出第一组型面结构中的第一型面结构、Y型曲面框和第一组型面结构中的第二型面结构；
S7：对Y型曲面框进行第二次粗加工工序，依次将第一组垫板中的第三垫板、第一组型面结构中的第二型面结构、第二次粗加工工序得到的Y型曲面框和第一组型面结构中的第一型面结构置于所述固定底板上，将第一组垫板中的第一垫板塞入第一组型面结构中的第一型面结构与Y型曲面框之间，将第一组垫板中的第二垫板塞入第一组型面结构中的第三型面结构与Y型曲面框之间；
S8：重复步骤S3～S5，依次反向敲击所述L型楔铁和所述侧向楔铁，取下所述L型楔铁和所述侧向楔铁，依次取出第一组型面结构中的第一型面结构、第一组垫板中的第一垫板、Y型曲面框、第一组垫板中的第二垫板、第一组型面结构中的第二型面结构和第一组垫板中的第三垫板；
S9：对Y型曲面框进行半精加工工序，依次将第二组垫板中的第三垫板、第一组型面结构中的第二型面结构、半精加工工序得到的Y型曲面框和第一组型面结构中的第一型面结构置于所述固定底板上，将第二组垫板中的第一垫板塞入第一组型面结构中的第一型面结构与Y型曲面框之间，将第二组垫板中的第二垫板塞入第一组型面结构中的第三型面结构与Y型曲面框之间；
S10：重复步骤S3～S5，依次反向敲击所述L型楔铁和所述侧向楔铁，取下所述L型楔铁和所述侧向楔铁，依次取出第一组型面结构中的第一型面结构、第二组垫板中的第一垫板、Y型曲面框、第二组垫板中的第二垫板、第一组型面结构中的第二型面结构、第二组垫板中的第三垫板和第一组型面结构中的第三型面结构；
S11：对Y型曲面框进行精加工工序，将第二组型面结构中的第三型面结构固定安装在所述固定底板上，依次将第二组型面结构中的第二型面结构、精加工工序得到的Y型曲面框和第二组型面结构中的第一型面结构置于所述固定底板上；
S12：将所述侧向楔铁沿所述侧向固定块与第二组型面结构中的第二型面结构之间的梯形缝隙敲入，使第二组型面结构中的第二型面结构向第二组型面结构中的第三型面结构方向水平移动，压迫Y型曲面框向第二组型面结构中的第三型面结构靠拢，使Y型曲面框的下分支分别与第二组型面结构中的第二型面结构和第三型面结构紧密贴合；
S13：将所述楔铁固定块固定安装在所述固定底板和第二组型面结构中的第三型面结构上，将所述L型楔铁插入所述楔铁固定块和所述侧向固定块中，敲击所述L型楔铁，使第二组型面结构中的第一型面结构向第二组型面结构中的第二型面结构和第三型面结构方向移动，压迫Y型曲面框向第二组型面结构中的第二型面结构和第三型面结构靠拢，使Y型曲面框的一个上分支分别与第二组型面结构中的第一型面结构和第三型面结构紧密贴合，使Y型曲面框的另一个上分支分别与第二组型面结构中的第一型面结构和第二型面结构紧密贴合；
S14：将热校形工装送入空气炉或真空炉进行去应力退火，待退火完成后取出热校形工装；
S15：依次反向敲击所述L型楔铁和所述侧向楔铁，取下所述L型楔铁和所述侧向楔铁，依次取出第二组型面结构中的第一型面结构、Y型曲面框和第二组型面结构中的第二型面结构。
本发明提供的上述Y型大截面钛合金曲面框的多道次热校形工装及方法，通过设计型面结构形成Y型缝隙，在环向采用多组楔铁结构，通过敲击楔铁结构中的L型楔铁和侧向楔铁，实现型面结构对Y型曲面框的多向受力装夹，并设计可更换的两组型面结构和可更换的两组垫板，可以兼容和适应异型大截面钛合金框类零件多道次切削工序导致的零件截面尺寸变化，实现前一道次切削工序后的零件稳定装夹和精确热校形，并为后一道次切削加工提供几何精度高、残余应力低的毛料，从而可以有效地降低工装成本，提高加工效率和零件轮廓精度，并使最终零件的几何轮廓、形位公差等参数满足设计和使用要求。
附图说明
图1为本发明提供的一种Y型大截面钛合金曲面框的多道次热校形工装的三维立体图；
图2为图1的俯视图；
图3为图1中第一组型面结构的结构示意图；
图4为对第一次粗加工工序后的Y型曲面框进行热校形过程中第一组型面结构的装配剖视图；
图5为对第二次粗加工工序后的Y型曲面框进行热校形过程中第一组型面结构和第一组垫板的装配剖视图；
图6为对半精加工工序后的Y型曲面框进行热校形过程中第一组型面结构和第二组垫板的装配剖视图；
图7为对精加工工序后的Y型曲面框进行热校形过程中第二组型面结构的装配剖视图；
图8为图1中楔铁结构的结构示意图。
附图标记说明：固定底板1，第一组型面结构中的第一型面结构2、第二型面结构3和第三型面结构4，第二组型面结构中的第一型面结构5、第二型面结构6和第三型面结构7，Y型曲面框8，第一组垫板中的第一垫板9、第二垫板10和第三垫板11，第二组垫板中的第一垫板12、第二垫板13和第三垫板14，侧向楔铁15，侧向固定块16，L型楔铁17，楔铁固定块18，第一凹槽19，第一通孔20，第二通孔21，螺栓孔22，销钉孔23，内六角螺栓24，销钉25，止推块26，第二凹槽27，第三凹槽28，吊装块29。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施方式仅仅是作为例示，并非用于限制本发明。
在具体介绍本发明提供的上述Y型大截面钛合金曲面框的多道次热校形工装之前，先介绍下Y型大截面钛合金曲面框。Y型大截面钛合金曲面构件毛坯的尺寸长，截面大且复杂，而最终在机体上装配的Y型曲面框属于细长的圆弧形薄壁零件。Y型曲面框从毛坯到最终零件需要的去除量高达90％，为了提高零件的制造精度和质量，避免切削引入大量残余应力导致零件发生变形，需要采用多次切削和多次热校形的加工路线：第一次粗加工、热校形、第二次粗加工、热校形、半精加工、热校形、精加工、热校形。在这种工艺路线中，每次切削加工后Y型曲面构件的截面尺寸均发生较大变化。为了确保零件在每次热校形过程中精准定位装夹，本发明提供的上述Y型大截面钛合金曲面框的多道次热校形工装，应具有以下几方面特点：
(1)可以通过使用局部垫板的方式改变工装间隙来适应兼容精加工之前所有截面尺寸的Y型截面零件；
(2)可以通过更换型面结构的方式来装夹精加工之后的Y型截面零件；
(3)具有多组楔铁结构，可以调节Y型截面零件装夹时的预紧力，保证零件完全贴合型面。
本发明提供的上述Y型大截面钛合金曲面框的多道次热校形工装，如图1和图2所示，图1为三维立体图，图2为图1的俯视图，包括：固定底板1、两组型面结构、两组垫板以及至少四组楔铁结构；其中，
每组型面结构包括第一型面结构、第二型面结构和第三型面结构，如图4～图6所示，第一组型面结构中的第一型面结构2、第二型面结构3和第三型面结构4，如图7所示，第二组型面结构中的第一型面结构5、第二型面结构6和第三型面结构7；其中，三个型面结构均为圆弧形结构，三个型面结构配合形成Y型缝隙，如图4所示，Y型曲面框8在Y型缝隙内进行热校形，三个型面结构分别位于Y型缝隙的三个分叉区域内；图1和图2以安装第一组型面结构为例，第一组型面结构中的第三型面结构4与固定底板1固定连接，第一组型面结构中的第一型面结构2和第二型面结构3均位于第三型面结构4的外侧且第一型面结构2位于第二型面结构3的上方；两组型面结构可更换地使用，分别用于装夹两种厚度的Y型曲面框；图3所示也为第一组型面结构，第二组型面结构与第一组型面结构类似，只是尺寸上存在差别，形成的Y型缝隙的厚度不同；
每组垫板包括第一垫板、第二垫板和第三垫板，如图5所示，第一组垫板中的第一垫板9、第二垫板10和第三垫板11，如图6所示，第二组垫板中的第一垫板12、第二垫板13和第三垫板14；其中，三个垫板均为圆弧形结构，其中，如图5所示，第一组垫板中的第一垫板9位于第一型面结构2面向第三型面结构4的一面与Y型曲面框8之间，第一组垫板中的第二垫板10位于第三型面结构4面向第一型面结构2的一面与Y型曲面框8之间，第一组垫板中的第三垫板11位于第二型面结构3与固定底板1之间；如图6所示，第二组垫板中的第一垫板12位于第一型面结构2面向第三型面结构4的一面与Y型曲面框8之间，第二组垫板中的第二垫板13位于第三型面结构4面向第一型面结构2的一面与Y型曲面框8之间，第二组垫板中的第三垫板14位于第二型面结构3与固定底板1之间；两组垫板可更换地使用，分别用于与同一组型面结构(即第一组型面结构)相配合装夹两种厚度的Y型曲面框；两组垫板的结构类似，只是厚度上存在差别，第二组垫板比第一组垫板厚；
每组楔铁结构，如图1、图2和图4所示，包括侧向楔铁15、侧向固定块16、L型楔铁17和楔铁固定块18，图1和图2以设置六组楔铁结构为例；其中，各组楔铁结构中的侧向固定块16在整组型面结构的外侧沿圆弧均匀设置且与固定底板1固定连接；在每组楔铁结构中，如图1和图2所示，侧向楔铁15插入侧向固定块16与第二型面结构3之间，如图8所示，侧向固定块16设有与侧向楔铁15的一个斜面紧密配合的第一凹槽19(图8为了方便示意，未将侧向楔铁置于第一凹槽内)，侧向固定块16在第一凹槽19的上方设有第一通孔20，如图1和图2所示，楔铁固定块18分别与固定底板1和第三型面结构4固定连接，如图8所示，楔铁固定块18在固定连接点的上方设有第二通孔21，第二通孔21高于第一通孔20，L型楔铁17的尖端依次穿过第二通孔21和第一通孔20后，L型楔铁17的上斜面分别与侧向固定块16和楔铁固定块18接触，L型楔铁17的下斜面与第一型面结构2接触且分别与侧向固定块16和楔铁固定块18之间有余量，这样可以实现从不同角度敲击L型楔铁17以锁紧型面结构，即实现L型楔铁17的敲击角度可调；具体地，L型楔铁17的下斜面分别与侧向固定块16和楔铁固定块18余量5mm～10mm；通过敲击侧向楔铁15和L型楔铁17，并在敲击侧向楔铁15过程中调整侧向楔铁15的敲击深度，在敲击L型楔铁17过程中调整L型楔铁17的敲击深度和敲击角度，使型面结构与Y型曲面框8贴合和夹紧。
在具体实施时，在本发明提供的上述Y型大截面钛合金曲面框的多道次热校形工装中，第三型面结构与固定底板固定连接，如图3所示，可以在第三型面结构4上设置多个螺栓孔22和多个销钉孔23(图3以12个螺栓孔和2个销钉孔为例)，对应地，固定底板上也设置对应数量的螺栓孔和销钉孔，如图1和图2所示，第三型面结构4通过多个内六角螺栓24和多个销钉25与固定底板1实现固定和定位(图1和图2以12个内六角螺栓和2个销钉为例)。
在具体实施时，在本发明提供的上述Y型大截面钛合金曲面框的多道次热校形工装中，为了防止整组型面结构在侧向楔铁插入过程中发生环向窜动，如图1和图2所示，还可以包括止推块26，止推块26位于整组型面结构沿侧向楔铁15的插入方向的末端，止推块26通过多个销钉25与固定底板1固定连接(图1和图2以2个销钉为例)。
在具体实施时，在本发明提供的上述Y型大截面钛合金曲面框的多道次热校形工装中，各组楔铁结构中的侧向固定块可以通过焊接的方式与固定底板固定连接。
在具体实施时，在本发明提供的上述Y型大截面钛合金曲面框的多道次热校形工装中，第一组型面结构用于独自装夹、分别与两组垫板相配合装夹厚度为7mm～25mm的Y型曲面框，第二组型面结构用于独自装夹厚度为2mm～5mm的Y型曲面框。具体地，第一组型面结构独自装夹第一次粗加工工序后的Y型曲面框，第一组型面结构配合第一组垫板装夹第二次粗加工工序后的Y型曲面框，第一组型面结构配合第二组垫板装夹半精加工工序后的Y型曲面框，第二组型面结构独自装夹精加工工序后的Y型曲面框。第二组型面结构完全按照最终Y型曲面框零件的型面尺寸设计。
在具体实施时，在本发明提供的上述Y型大截面钛合金曲面框的多道次热校形工装中，由于第一型面结构较细，为了便于制造并避免在热校形过程中发生扭曲变形，可以将第一型面结构设计为分离的多段结构，如图3所示，第一型面结构2设计为分离的3段，为了使L型楔铁与第一型面结构之间的受力均匀，可以在每段结构与L型楔铁对应的位置设计与L型楔铁紧密配合的第二凹槽27，例如，对于6组楔铁结构，包括6个L型楔铁，对应6个第二凹槽，第一型面结构被分为3段，则每段上设置2个第二凹槽。
在具体实施时，在本发明提供的上述Y型大截面钛合金曲面框的多道次热校形工装中，为了使侧向楔铁与第二型面结构之间的受力均匀，可以在第二型面结构与侧向楔铁对应的位置设计与侧向楔铁的另一个斜面紧密配合的切面。
在具体实施时，在本发明提供的上述Y型大截面钛合金曲面框的多道次热校形工装中，为了使L型楔铁与第三型面结构之间的受力均匀，如图3所示，可以在第三型面结构4与楔铁固定块对应的位置设计与楔铁固定块相配合的第三凹槽28，如图1和图2所示，楔铁固定块18通过多个内六角螺栓24在第三凹槽28处与第三型面结构4固定连接，图1和图2以每个楔铁固定块18通过2个内六角螺栓24在第三凹槽28处与第三型面结构4固定连接为例，图8所示的楔铁固定块18上对应设置2个螺栓孔22。
在具体实施时，在本发明提供的上述Y型大截面钛合金曲面框的多道次热校形工装中，为了对楔铁固定块进行定位，可以在固定底板与楔铁固定块对应的位置设计与楔铁固定块相配合的第四凹槽，如图1和图2所示，楔铁固定块18通过多个内六角螺栓24在第四凹槽处与固定底板1固定连接，图1和图2以每个楔铁固定块18通过2个内六角螺栓24在第四凹槽处与固定底板1固定连接为例，图8所示的楔铁固定18上对应设置2个螺栓孔22。
在具体实施时，在本发明提供的上述Y型大截面钛合金曲面框的多道次热校形工装中，可以将固定底板设置为镂空结构，如图1和图2所示，固定底板上不设置部件的区域可以设计为扇形孔，以减轻热校形工装的重量。
在具体实施时，在本发明提供的上述Y型大截面钛合金曲面框的多道次热校形工装中，如图1和图2所示，可以在固定底板1上设置吊装块29，吊装块29固定于固定底板1上，用于在将热校形工装送入退火炉或从退火炉取出时便于吊装，图1和图以设置3个吊装块29为例。需要说明的是，吊装块的设置位置尽量均匀，以保证在吊装热校形工装时能够平稳地吊装。当然，也可以采用其他结构用于工装的进出炉。
基于同一发明构思，本发明还提供了一种Y型大截面钛合金曲面框的多道次热校形工装的热校形方法，可以对不同道次切削后的Y型曲面框进行装夹和热校形，具体包括如下步骤：
S1：将侧向固定块16和第一组型面结构中的第三型面结构4固定安装在固定底板1上；
S2：在第一次粗加工工序后，依次将第一组型面结构中的第二型面结构3、第一次粗加工工序得到的Y型曲面框8和第一组型面结构中的第一型面结构2置于固定底板1上；
S3：将侧向楔铁15沿侧向固定块16与第一组型面结构中的第二型面结构3之间的梯形缝隙敲入，使第一组型面结构中的第二型面结构3向第一组型面结构中的第三型面结构4方向水平移动(如图4所示的虚线箭头所示)，压迫Y型曲面框8向第一组型面结构中的第三型面结构4靠拢，使Y型曲面框8的下分支分别与第一组型面结构中的第二型面结构3和第三型面结构4紧密贴合；
S4：将楔铁固定块18固定安装在固定底板1和第一组型面结构中的第三型面结构4上，将L型楔铁17插入楔铁固定块18和侧向固定块16中，敲击L型楔铁17，使第一组型面结构中的第一型面结构2向第一组型面结构中的第二型面结构3和第三型面结构4方向移动(合方向为如图4所示的实线箭头方向所示)，压迫Y型曲面框8向第一组型面结构中的第二型面结构3和第三型面结构4靠拢，使Y型曲面框8的一个上分支分别与第一组型面结构中的第一型面结构2和第三型面结构4紧密贴合，使Y型曲面框8的另一个上分支分别与第一组型面结构中的第一型面结构2和第二型面结构3紧密贴合；
S5：将热校形工装送入空气炉或真空炉进行去应力退火，待退火完成后取出热校形工装；
具体地，退火温度可以设为552℃±14℃，退火时长可以设为120min～130min；
S6：依次反向敲击L型楔铁17和侧向楔铁15，取下L型楔铁17和侧向楔铁15，依次取出第一组型面结构中的第一型面结构2、Y型曲面框8和第一组型面结构中的第二型面结构3；
S7：对Y型曲面框8进行第二次粗加工工序，依次将第一组垫板中的第三垫板11、第一组型面结构中的第二型面结构3、第二次粗加工工序得到的Y型曲面框8和第一组型面结构中的第一型面结构2置于固定底板1上，将第一组垫板中的第一垫板9塞入第一组型面结构中的第一型面结构2与Y型曲面框8之间，将第一组垫板中的第二垫板10塞入第一组型面结构中的第三型面结构4与Y型曲面框8之间；
S8：重复步骤S3～S5，依次反向敲击L型楔铁17和侧向楔铁15，取下L型楔铁17和侧向楔铁15，依次取出第一组型面结构中的第一型面结构2、第一组垫板中的第一垫板9、Y型曲面框8、第一组垫板中的第二垫板10、第一组型面结构中的第二型面结构3和第一组垫板中的第三垫板11；
S9：对Y型曲面框8进行半精加工工序，依次将第二组垫板中的第三垫板14、第一组型面结构中的第二型面结构3、半精加工工序得到的Y型曲面框8和第一组型面结构中的第一型面结构2置于固定底板1上，将第二组垫板中的第一垫板12塞入第一组型面结构中的第一型面结构2与Y型曲面框8之间，将第二组垫板中的第二垫板13塞入第一组型面结构中的第三型面结构4与Y型曲面框8之间；
S10：重复步骤S3～S5，依次反向敲击L型楔铁17和侧向楔铁15，取下L型楔铁17和侧向楔铁15，依次取出第一组型面结构中的第一型面结构2、第二组垫板中的第一垫板12、Y型曲面框8、第二组垫板中的第二垫板13、第一组型面结构中的第二型面结构3、第二组垫板中的第三垫板14和第一组型面结构中的第三型面结构4；
S11：对Y型曲面框8进行精加工工序，将第二组型面结构中的第三型面结构7固定安装在固定底板1上，依次将第二组型面结构中的第二型面结构6、精加工工序得到的Y型曲面框8和第二组型面结构中的第一型面结构5置于固定底板1上；
S12：将侧向楔铁15沿侧向固定块16与第二组型面结构中的第二型面结构6之间的梯形缝隙敲入，使第二组型面结构中的第二型面结构6向第二组型面结构中的第三型面结构7方向水平移动，压迫Y型曲面框8向第二组型面结构中的第三型面结构7靠拢，使Y型曲面框8的下分支分别与第二组型面结构中的第二型面结构6和第三型面结构7紧密贴合；
S13：将楔铁固定块18固定安装在固定底板1和第二组型面结构中的第三型面结构7上，将L型楔铁17插入楔铁固定块18和侧向固定块16中，敲击L型楔铁17，使第二组型面结构中的第一型面结构5向第二组型面结构中的第二型面结构6和第三型面结构7方向移动，压迫Y型曲面框8向第二组型面结构中的第二型面结构6和第三型面结构7靠拢，使Y型曲面框8的一个上分支分别与第二组型面结构中的第一型面结构5和第三型面结构7紧密贴合，使Y型曲面框8的另一个上分支分别与第二组型面结构中的第一型面结构5和第二型面结构6紧密贴合；
S14：将热校形工装送入空气炉或真空炉进行去应力退火，待退火完成后取出热校形工装；
S15：依次反向敲击L型楔铁17和侧向楔铁15，取下L型楔铁17和侧向楔铁15，依次取出第二组型面结构中的第一型面结构5、Y型曲面框8和第二组型面结构中的第二型面结构6。
需要说明的是，本发明提供的上述Y型大截面钛合金曲面框的多道次热校形工装及方法，主要应用于复杂Y型大尺寸、大截面钛合金曲面框。当然，也可以进一步推广应用到其他复杂大截面、大半径和大角度残余应力高的合金曲面框的单次或多道次热校形工艺。
本发明提供的上述Y型大截面钛合金曲面框的多道次热校形工装及方法，通过设计型面结构形成Y型缝隙，在环向采用多组楔铁结构，通过敲击楔铁结构中的L型楔铁和侧向楔铁，实现型面结构对Y型曲面框的多向受力装夹，并设计可更换的两组型面结构和可更换的两组垫板，可以兼容和适应异型大截面钛合金框类零件多道次切削工序导致的零件截面尺寸变化，实现前一道次切削工序后的零件稳定装夹和精确热校形，并为后一道次切削加工提供几何精度高、残余应力低的毛料，从而可以有效地降低工装成本，提高加工效率和零件轮廓精度，并使最终零件的几何轮廓、形位公差等参数满足设计和使用要求。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种Y型大截面钛合金曲面框的多道次热校形工装，其特征在于，包括：固定底板(1)、两组型面结构、两组垫板以及至少四组楔铁结构；其中，
每组型面结构包括第一型面结构(2,5)、第二型面结构(3,6)和第三型面结构(4,7)；其中，三个型面结构均为圆弧形结构，三个型面结构配合形成Y型缝隙，三个型面结构分别位于Y型缝隙的三个分叉区域内；在每组型面结构中，所述第三型面结构(4,7)与所述固定底板(1)固定连接，所述第一型面结构(2,5)和所述第二型面结构(3,6)均位于所述第三型面结构(4,7)的外侧且所述第一型面结构(2,5)位于所述第二型面结构(3,6)的上方；两组型面结构可更换地使用，分别用于装夹两种厚度的Y型曲面框(8)；
每组垫板包括第一垫板(9,12)、第二垫板(10,13)和第三垫板(11,14)；其中，三个垫板均为圆弧形结构，其中，在每组垫板中，所述第一垫板(9,12)位于所述第一型面结构(2,5)面向所述第三型面结构(4,7)的一面与Y型曲面框(8)之间，所述第二垫板(10,13)位于所述第三型面结构(4,7)面向所述第一型面结构(2,5)的一面与Y型曲面框(8)之间，所述第三垫板(11,14)位于所述第二型面结构(3,6)与所述固定底板(1)之间；两组垫板可更换地使用，分别用于与同一组型面结构相配合装夹两种厚度的Y型曲面框(8)；
每组楔铁结构包括侧向楔铁(15)、侧向固定块(16)、L型楔铁(17)和楔铁固定块(18)；其中，各组楔铁结构中的侧向固定块(16)在整组型面结构的外侧沿圆弧均匀设置且与所述固定底板(1)固定连接；在每组楔铁结构中，所述侧向楔铁(15)插入所述侧向固定块(16)与所述第二型面结构(3,6)之间，所述侧向固定块(16)设有与所述侧向楔铁(15)的一个斜面紧密配合的第一凹槽(19)，所述侧向固定块(16)在所述第一凹槽(19)的上方设有第一通孔(20)，所述楔铁固定块(18)分别与所述固定底板(1)和所述第三型面结构(4,7)固定连接，所述楔铁固定块(18)在固定连接点的上方设有第二通孔(21)，所述第二通孔(21)高于所述第一通孔(20)，所述L型楔铁(17)的尖端依次穿过所述第二通孔(21)和所述第一通孔(20)后，所述L型楔铁(17)的上斜面分别与所述侧向固定块(16)和所述楔铁固定块(18)接触，所述L型楔铁(17)的下斜面与所述第一型面结构(2,5)接触且分别与所述侧向固定块(16)和所述楔铁固定块(18)之间有余量。
2.如权利要求1所述的Y型大截面钛合金曲面框的多道次热校形工装，其特征在于，所述第三型面结构(4,7)通过多个内六角螺栓(24)和多个销钉(25)与所述固定底板(1)固定连接。
3.如权利要求1所述的Y型大截面钛合金曲面框的多道次热校形工装，其特征在于，还包括止推块(26)；其中，
所述止推块(26)，位于整组型面结构沿所述侧向楔铁(15)的插入方向的末端，用于防止整组型面结构在所述侧向楔铁(15)插入过程中发生环向窜动；
所述止推块(26)通过多个销钉(25)与所述固定底板(1)固定连接。
4.如权利要求1所述的Y型大截面钛合金曲面框的多道次热校形工装，其特征在于，第一组型面结构用于独自装夹、分别与两组垫板相配合装夹厚度为7mm～25mm的Y型曲面框(8)；
第二组型面结构用于独自装夹厚度为2mm～5mm的Y型曲面框(8)。
5.如权利要求1所述的Y型大截面钛合金曲面框的多道次热校形工装，其特征在于，所述第一型面结构(2,5)为分离的多段结构，每段结构与所述L型楔铁(17)对应的位置设有与所述L型楔铁(17)紧密配合的第二凹槽(27)。
6.如权利要求1所述的Y型大截面钛合金曲面框的多道次热校形工装，其特征在于，所述第二型面结构(3,6)与所述侧向楔铁(15)对应的位置设有与所述侧向楔铁(15)的另一个斜面紧密配合的切面。
7.如权利要求1所述的Y型大截面钛合金曲面框的多道次热校形工装，其特征在于，所述第三型面结构(4,7)与所述楔铁固定块(18)对应的位置设有与所述楔铁固定块(18)相配合的第三凹槽(28)，所述楔铁固定块(18)通过多个内六角螺栓(24)在所述第三凹槽(28)处与所述第三型面结构(4,7)固定连接。
8.如权利要求1所述的Y型大截面钛合金曲面框的多道次热校形工装，其特征在于，所述固定底板(1)与所述楔铁固定块(18)对应的位置设有与所述楔铁固定块(18)相配合的第四凹槽，所述楔铁固定块(18)通过多个内六角螺栓(24)在所述第四凹槽处与所述固定底板(1)固定连接。
9.如权利要求1～8所述的Y型大截面钛合金曲面框的多道次热校形工装，其特征在于，所述固定底板(1)为镂空结构。
10.一种如权利要求1～9任一项所述的Y型大截面钛合金曲面框的多道次热校形工装的热校形方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：将所述侧向固定块(16)和第一组型面结构中的第三型面结构(4)固定安装在所述固定底板(1)上；
S2：在第一次粗加工工序后，依次将第一组型面结构中的第二型面结构(3)、第一次粗加工工序得到的Y型曲面框(8)和第一组型面结构中的第一型面结构(2)置于所述固定底板(1)上；
S3：将所述侧向楔铁(15)沿所述侧向固定块(16)与第一组型面结构中的第二型面结构(3)之间的梯形缝隙敲入，使第一组型面结构中的第二型面结构(3)向第一组型面结构中的第三型面结构(4)方向水平移动，压迫Y型曲面框(8)向第一组型面结构中的第三型面结构(4)靠拢，使Y型曲面框(8)的下分支分别与第一组型面结构中的第二型面结构(3)和第三型面结构(4)紧密贴合；
S4：将所述楔铁固定块(18)固定安装在所述固定底板(1)和第一组型面结构中的第三型面结构(4)上，将所述L型楔铁(17)插入所述楔铁固定块(18)和所述侧向固定块(16)中，敲击所述L型楔铁(17)，使第一组型面结构中的第一型面结构(2)向第一组型面结构中的第二型面结构(3)和第三型面结构(4)方向移动，压迫Y型曲面框(8)向第一组型面结构中的第二型面结构(3)和第三型面结构(4)靠拢，使Y型曲面框(8)的一个上分支分别与第一组型面结构中的第一型面结构(2)和第三型面结构(4)紧密贴合，使Y型曲面框(8)的另一个上分支分别与第一组型面结构中的第一型面结构(2)和第二型面结构(3)紧密贴合；
S5：将热校形工装送入空气炉或真空炉进行去应力退火，待退火完成后取出热校形工装；
S6：依次反向敲击所述L型楔铁(17)和所述侧向楔铁(15)，取下所述L型楔铁(17)和所述侧向楔铁(15)，依次取出第一组型面结构中的第一型面结构(2)、Y型曲面框(8)和第一组型面结构中的第二型面结构(3)；
S7：对Y型曲面框(8)进行第二次粗加工工序，依次将第一组垫板中的第三垫板(11)、第一组型面结构中的第二型面结构(3)、第二次粗加工工序得到的Y型曲面框(8)和第一组型面结构中的第一型面结构(2)置于所述固定底板(1)上，将第一组垫板中的第一垫板(9)塞入第一组型面结构中的第一型面结构(2)与Y型曲面框(8)之间，将第一组垫板中的第二垫板(10)塞入第一组型面结构中的第三型面结构(4)与Y型曲面框(8)之间；
S8：重复步骤S3～S5，依次反向敲击所述L型楔铁(17)和所述侧向楔铁(15)，取下所述L型楔铁(17)和所述侧向楔铁(15)，依次取出第一组型面结构中的第一型面结构(2)、第一组垫板中的第一垫板(9)、Y型曲面框(8)、第一组垫板中的第二垫板(10)、第一组型面结构中的第二型面结构(3)和第一组垫板中的第三垫板(11)；
S9：对Y型曲面框(8)进行半精加工工序，依次将第二组垫板中的第三垫板(14)、第一组型面结构中的第二型面结构(3)、半精加工工序得到的Y型曲面框(8)和第一组型面结构中的第一型面结构(2)置于所述固定底板(1)上，将第二组垫板中的第一垫板(12)塞入第一组型面结构中的第一型面结构(2)与Y型曲面框(8)之间，将第二组垫板中的第二垫板(13)塞入第一组型面结构中的第三型面结构(4)与Y型曲面框(8)之间；
S10：重复步骤S3～S5，依次反向敲击所述L型楔铁(17)和所述侧向楔铁(15)，取下所述L型楔铁(17)和所述侧向楔铁(15)，依次取出第一组型面结构中的第一型面结构(2)、第二组垫板中的第一垫板(12)、Y型曲面框(8)、第二组垫板中的第二垫板(13)、第一组型面结构中的第二型面结构(3)、第二组垫板中的第三垫板(14)和第一组型面结构中的第三型面结构(4)；
S11：对Y型曲面框(8)进行精加工工序，将第二组型面结构中的第三型面结构(7)固定安装在所述固定底板(1)上，依次将第二组型面结构中的第二型面结构(6)、精加工工序得到的Y型曲面框(8)和第二组型面结构中的第一型面结构(5)置于所述固定底板(1)上；
S12：将所述侧向楔铁(15)沿所述侧向固定块(16)与第二组型面结构中的第二型面结构(6)之间的梯形缝隙敲入，使第二组型面结构中的第二型面结构(6)向第二组型面结构中的第三型面结构(7)方向水平移动，压迫Y型曲面框(8)向第二组型面结构中的第三型面结构(7)靠拢，使Y型曲面框(8)的下分支分别与第二组型面结构中的第二型面结构(6)和第三型面结构(7)紧密贴合；
S13：将所述楔铁固定块(18)固定安装在所述固定底板(1)和第二组型面结构中的第三型面结构(7)上，将所述L型楔铁(17)插入所述楔铁固定块(18)和所述侧向固定块(16)中，敲击所述L型楔铁(17)，使第二组型面结构中的第一型面结构(5)向第二组型面结构中的第二型面结构(6)和第三型面结构(7)方向移动，压迫Y型曲面框(8)向第二组型面结构中的第二型面结构(6)和第三型面结构(7)靠拢，使Y型曲面框(8)的一个上分支分别与第二组型面结构中的第一型面结构(5)和第三型面结构(7)紧密贴合，使Y型曲面框(8)的另一个上分支分别与第二组型面结构中的第一型面结构(5)和第二型面结构(6)紧密贴合；
S14：将热校形工装送入空气炉或真空炉进行去应力退火，待退火完成后取出热校形工装；
S15：依次反向敲击所述L型楔铁(17)和所述侧向楔铁(15)，取下所述L型楔铁(17)和所述侧向楔铁(15)，依次取出第二组型面结构中的第一型面结构(5)、Y型曲面框(8)和第二组型面结构中的第二型面结构(6)。
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