CN113926881B - 一种铸造高温合金机匣变形后的校形方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铸造高温合金机匣变形后的校形方法及装置，校形装置包括基杆、校形块和连接件，基杆用于与数控车床连接，校形块与铸造高温合金机匣变形位置接触并发生挤压，校形块的表面硬度小于铸造高温合金的硬度。校形时，校形块压紧在孔直径超差位置的表面，然后使得校形块与铸造高温合金机匣之间产生相对运动，且校形块相对铸造高温合金机匣做圆周运动。本发明针对铸造高温合金机匣加工后变锥、变椭等问题实现了校形，保证了零件满足设计与工艺要求，同时减少了因此类变形造成的尺寸不合格而导致零件报废，具有广泛的经济效益。

Description

一种铸造高温合金机匣变形后的校形方法及装置

技术领域

本发明属于航空产品的机械加工、校形工艺装备设计和制造领域，特别是铸造高温合金机匣变形后的校形方法及装置，是针对航空发动机大型壁薄零件在数控精车加工后产生的包括变锥、变椭等变形的校形。

背景技术

航空发动机机匣类斜支板承力框架是航空发动机涡轮后机匣中的典型零件，该零件属于大型、薄壁机匣类零件，零件具有附加值高的特点，单个零件价值约50万元，加工难度大、结构复杂。在生产制造过程中，零件精密车削后大端内圆由于零件变形，靠近端面处孔直径合格，远离端面处孔直径超差，即出现锥形变形，产生变形锥角β的情况，该尺寸属于精密关键尺寸，一旦出现锥形变形引起超差，会导致零件报废。

因此，有必要设计出一种针对航空发动机大型壁薄零件在数控精车加工后零件产生变形(包括变锥、变椭等情况下)的校形方法与装置，对于零件变形位置进行校正具有重要意义。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明旨在提供一种铸造高温合金机匣变形后的校形方法及装置，通过设计铸造高温合金机匣变形后的校形方法及装置，结合现有设备即可实现产品的校形，保证零件满足设计与工艺要求，最终实现零件的交付；同时减少因此类变形造成的尺寸不合格而导致的零件报废，从而以点带面，推动航空发动机精密制造的发展，提高经济效益。

为实现上述目的，本发明采用了下述技术方案：

一种铸造高温合金机匣变形后的校形装置，包括，

校形块，所述校形块与铸造高温合金机匣变形位置接触并发生挤压，校形块的表面硬度小于铸造高温合金的硬度；

基杆，所述基杆包括与机床的连接端，以及从连接端延伸至铸造高温合金机匣变形位置的校形端，校形端上安装有校形块；

连接件，所述连接件用于连接校形块和基杆的校形端。

作为一种选择，所述校形块为铜块，铜块上开有螺纹孔，选择铜材料是因为硬度比较小，不会损伤机匣表面，铜块的外形优先选择圆柱形或者长方体；

所述基杆的连接端呈立方体状，连接端的一个端面上连接有L形的校形端，校形端的末端开有安装孔；

所述连接件为螺钉，螺钉穿过铜块上的螺纹孔和校形端末端的安装孔将铜块固定在基杆上。

一种铸造高温合金机匣变形后的校形方法，所述机匣大端的内圆位置靠近端面处孔直径合格，远离端面处孔直径超差，在铸造高温合金机匣大端内圆孔直径超差位置设置一个校形块，校形块压紧在孔直径超差位置的表面，然后使得校形块与铸造高温合金机匣之间产生相对运动，且校形块相对铸造高温合金机匣做圆周运动。

作为一种选择，所述校形方法分多次实施，每次校形块压紧在孔直径超差位置的表面时，孔直径超差位置的被挤压变形量均小于孔直径超差位置的初始最大变形量。需要说明的是，优选校形块为圆柱形或长方体形，这样的外形简单且刚性相对较好，由于铸造高温合金机匣为容易变形的薄壁零件，所以挤压变形量就是指校形块与零件的接触量。

作为一种选择，多次校形过程中，孔直径超差位置的被挤压变形量逐渐变大，渐变式的增加挤压变形量能够避免产生裂纹和其它缺陷。

作为一种选择，所述校形方法分多次实施，每次校形过程中校形块与铸造高温合金机匣之间的相对运动速度不同，且按照从低转速到高转速的方式递增，且转速需要与挤压变形量、校形时间配合，避免校形处出现反弹。

作为一种选择，

所述校形块连接在数控车床的刀轴上，在校形时保持静止不动；

所述铸造高温合金机匣连接在数控车床工作台上，数控车床的主轴驱动工作台旋转，即零件固定在工作台上随着工作台一起跟着数控车床主轴旋转，而校形块(校形装置)一旦调整好与零件的相对位置，就保持固定不动。

作为一种选择，所述校形块与铸造高温合金机匣接触的位置距离铸造高温合金机匣大端内圆孔直径超差位置变形量最大处有一段距离。本发明中校形块并非直接挤压铸造高温合金零件变形量最大的位置，而是移动一段距离，一方面，变形量最大的地方往往是末端，而末端是远离零件端面的悬臂端，直接挤压该位置由于力臂较长，容易造成该位置直接被挤压断裂，另一方面，高温铸造合金零件在旋转过程中容易脱离末端。

一种采用前述铸造高温合金机匣变形后校形装置的校形方法，包括，

步骤一，将发生变形的铸造高温合金机匣放置在数控车床的工作台上并对点找正压紧，将校形装置安装于数控车床刀轴上；

步骤二，移动刀轴上的校型装置，配合塞尺慢慢将校形块与铸造高温合金机匣大端内圆孔直径超差位置接触，并使铸造高温合金机匣大端内圆孔直径超差位置受校形块挤压变形产生变形量；

步骤三，以一定转速旋转工作台一段时间后，测量铸造高温合金机匣大端内圆孔直径超差位置变化量，若合格，则完成校形，若不合格，则继续校形。

作为一种选择，所述步骤二中，校形块与铸造高温合金机匣大端内圆孔直径超差位置接触的表面为平面或圆柱面，从而使得校形块与铸造高温合金机匣超差位置为点接触或线接触，这种接触方式能提高校形的精度。

本发明的校形装置以类似数控车刀杆的形式直接安装在数控车床的刀轴上，通过校形装置与零件的挤压对变形零件进行校正，是一种高效、便捷的校形装置和方法。

与现有技术相比，本发明能够解决铸造高温合金机匣生产制造现场由于铸造高温合金机匣大端内圆远离端面处孔直径变形而造成无法满足设计需求而最终导致零件报废的问题。本发明的校形装置和方法通用性强，能够弥补现有技术能力不足问题，能够在其它产生类似变形的零件上广泛应用，易于推广，具有较大的实用价值。

附图说明

图1是铸造高温合金机匣零件图；

图2是铸造高温合金机匣零件变形位置图；

图3为校形装置示意图；

图4为校形方法示意图；

图5为基杆设计图；

图6为螺钉设计图；

图7为铜块设计图；

图中，1-基杆；2-铜块；3螺钉。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明，但不应就此理解为本发明所述主题的范围仅限于以下的实施例，在不脱离本发明上述技术思想情况下，凡根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种修改、替换和变更，均包括在本发明的范围内。

如图1和图2所示，铸造高温合金机匣的大端面(外径较大的一端)内圆孔直径处有一段长度的圆柱面，圆柱面的左端(图1和图2中的左端)与机匣相连，右端悬空，在加工后产生了一个锥角β的变形，导致左端内圆孔直径合格，但右端悬空处内圆直径超差。

通过研究，本发明设计了一种适用于铸造高温合金机匣变形后的校形方法及装置，本发明的设计构思主要包括：

1)铸造高温合金机匣在车削加工后零件产生变形导致锥形产生，根据统计，远离铸造高温合金机匣大端面处直径变最大，变化量在0.05～0.2mm之间不等；

2)确定了变化量范围后，设计制造一个校形装置，该校形装置能进入铸造高温合金机匣大端内圆的槽内部对变形位置进行校正，校形装置如图3所示，校形装置包括基杆1、螺钉3、铜块2，其中使用材质较软的铜块2作为校形块，防止校形过程中铸造高温合金机匣表面压伤或刮伤；

3)确定校形装置后，确定校形方法，将变形零件放于数控车床上进行4点找正，将校形装置装于数控车床的刀轴上，零件通过数控车床的花盘压紧固定，并通过机床手轮将校形装置的铜块2与零件变形位置轻微接触，接触后通过转动车床花盘(花盘连接在工作台上)实现铜块2与零件变形位置的挤压，进而形成零件校正，根据零件变形的情况逐步调整校形装置的铜块2与零件接触量(零件被校形块挤压的变形量)，实现零件的校正；

例如，针对0.05～0.2mm的变形量，校形可分为4次，具体参数如下：

表1校形参数

如图3、图5、图6和图7，校形装置主要由以下组成：基杆1、2件螺钉3(带有螺帽)、铜块2，基杆1与数控车床连接的一端为长方体状，与作为校形块的铜块2连接的一端呈L形，便于伸入铸造高温合金机匣大端内圆变形处，L形末端开有两个安装孔，铜块2为立方体状，开有两个螺纹孔，通孔螺钉3连接在基杆1上。

拼装基杆1、铜块2和螺钉3，形成校型装置。

本发明中，接触量、转速、时间、Z方向高度、校形次数这几个参数对校形效果的影响如下：

接触量和转速，接触量即零件被挤压量，该值越大，转速低的情况下，零件变形会发生回弹情况，校形效果较差，因此挤压量大的情况下转速要稍大，挤压量小转速可以相对较慢；

挤压时间，根据实际零件的校形效果决定，变形较大的零件可以适当增加挤压校形时间，变形较小的零件，时间可以相对较短，时间上无太多要求；

Z方向高度，根据零件变形最严重的位置，将铜块放于变形最严重的点进行接触，校形效果较好，但需要考虑铜块与变形最严重位置的接触点有一定间隔，可参考上表1中的数值调整；

校形次数，根据零件变形量、零件的刚性决定，应遵循先小挤压量后大挤压量，反复进行方可实现。

以数控立式车床为例，将零件放在数控立式车床的工作台上，零件是回转体，零件的轴线平行于数控立式车床的Z轴，校形时，按照下述步骤实施：

第一步：测量出铸造高温合金机匣变形位置的变形量，将变形的铸造高温合金机匣放置在数控立式车床工作台花盘上并对点找正压紧，进而将校形装置安装于数控立式车床的刀轴上；

第二步：通过数控立式车床的手动移动功能，将装于数控立式车床的刀轴上的校型装置，配合塞尺慢慢将铜块2与零件接触，接触位置距为最大变形处高度方向1mm处，接触后继续移动铜块2使铜块2与零件接触量(挤压变形量)为0.01mm；

第三步：使用数控车床MDI功能旋转工作台，工作台旋转速度为1r/min，转动2分钟后，测量零件锥形变化量，继续按照上表1的校形参数要求进行零件的重复校形；

第四步：将铜块2移开，在自由状态下测量零件内圆孔直径变化情况，若不合格重复进行步骤三,直至零件合格；

以上是本发明的主要设计方案与操作方法，对于一般机床操作人员在操作时都容易上手，具有易学的特征。同时，对于一些极易变形的零件都可以依托本发明的基本思路进行校形，方便快捷，可以广泛应用推广。

Claims (7)

1.一种铸造高温合金机匣变形后的校形方法，所述铸造高温合金机匣的大端内圆孔直径处有一段长度的圆柱面，圆柱面的左端与机匣相连，右端悬空，在加工后产生了一个锥角β的变形，导致左端内圆孔直径合格，但右端悬空处内圆直径超差，其特征在于：在铸造高温合金机匣大端内圆孔直径超差位置设置一个校形块，校形块压紧在孔直径超差位置的表面，然后使得校形块与铸造高温合金机匣之间产生相对运动，且校形块相对铸造高温合金机匣做圆周运动；

所述校形方法分多次实施，每次校形块压紧在孔直径超差位置的表面时，孔直径超差位置的被挤压变形量均小于孔直径超差位置的初始最大变形量，多次校形过程中，孔直径超差位置的被挤压变形量逐渐变大；

所述校形方法分多次实施，每次校形过程中校形块与铸造高温合金机匣之间的相对运动速度不同，且按照从低转速到高转速的方式递增。

2.根据权利要求1所述的一种铸造高温合金机匣变形后的校形方法，其特征在于：采用的校形装置包括，

校形块，所述校形块与铸造高温合金机匣变形位置接触并发生挤压，校形块的表面硬度小于铸造高温合金的硬度；

基杆（1），所述基杆（1）包括与机床的连接端，以及从连接端延伸至铸造高温合金机匣变形位置的校形端，校形端上安装有校形块；

连接件，所述连接件用于连接校形块和基杆（1）的校形端。

3.根据权利要求2所述的一种铸造高温合金机匣变形后的校形方法，其特征在于：

所述校形块为铜块（2），铜块（2）上开有螺纹孔；

所述基杆（1）的连接端呈立方体状，连接端的一个端面上连接有L形的校形端，校形端的末端开有安装孔；

所述连接件为螺钉（3），螺钉（3）穿过铜块（2）上的螺纹孔和校形端末端的安装孔将铜块（2）固定在基杆（1）上。

4.根据权利要求1所述的一种铸造高温合金机匣变形后的校形方法，其特征在于：

所述校形块连接在数控车床的刀轴上；

所述铸造高温合金机匣连接在数控车床工作台上。

5.根据权利要求1所述的一种铸造高温合金机匣变形后的校形方法，其特征在于：所述校形块与铸造高温合金机匣接触的位置距离铸造高温合金机匣大端内圆孔直径超差位置变形量最大处有一段距离。

6.根据权利要求2所述的一种铸造高温合金机匣变形后的校形方法，其特征在于：包括，

步骤一，将发生变形的铸造高温合金机匣放置在数控车床的工作台上并对点找正压紧，将校形装置安装于数控车床刀轴上；

步骤二，移动刀轴上的校形装置，配合塞尺慢慢将校形块与铸造高温合金机匣大端内圆孔直径超差位置接触，并使铸造高温合金机匣大端内圆孔直径超差位置受校形块挤压变形产生变形量；

步骤三，以一定转速旋转工作台一段时间后，测量铸造高温合金机匣大端内圆孔直径超差位置变化量，若合格，则完成校形，若不合格，则继续校形。

7.根据权利要求6所述的一种铸造高温合金机匣变形后的校形方法，其特征在于：所述步骤二中，校形块与铸造高温合金机匣大端内圆孔直径超差位置接触的表面为平面或圆柱面。