CN115319270B - 一种整体叶盘线性摩擦焊的叶片固定装置 - Google Patents

一种整体叶盘线性摩擦焊的叶片固定装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种整体叶盘线性摩擦焊的叶片固定装置，包括装配设置的左夹具和右夹具，所述左夹具和右夹具之间的结合面上设置有装夹槽，叶片设置在所述装夹槽内，所述左夹具的侧面向外凸起设置有凸台，所述凸台用于加强所述左夹具的结构强度，且所述凸台上设置有与一侧相邻叶片的叶身外轮廓相匹配的斜面，用于避免与一侧相邻叶片的叶身运动干涉，所述右夹具的侧面向内凹陷设置有避让槽，用于避免与另一侧相邻叶片的叶身运动干涉。所述左夹具和所述右夹具与临近的叶片均设置有相对应的避让结构，能有效避免在线性摩擦焊接的过程中夹具与叶片发生运动干涉，而且通过凸台加强左夹具的结构强度，使夹具兼顾了体积小的同时还具有较好的结构强度。

Description

一种整体叶盘线性摩擦焊的叶片固定装置
技术领域
本发明涉及整体叶盘制造技术领域，特别是涉及一种整体叶盘线性摩擦焊的叶片固定装置。
背景技术
整体叶盘是为了满足高性能航空发动机而设计的新型结构件，其将发动机转子叶片和轮盘形成一体，省去了传统连接中的榫头、榫槽及锁紧装置等，减少结构重量及零件数量，避免榫头气流损失，提高气动效率，使发动机结构大为简化，现已在各国军用和民用航空发动机上得到广泛应用。
目前，线性摩擦焊技术主要应用于飞机发动机中钛合金整体叶盘的制造，整体叶盘的中央是轮盘(如图1所示)，轮盘圆周均布一定数量的叶片(如图2所示)，叶片包括焊接台1、装夹台2以及叶身3，焊接台1用于摩擦焊接，装夹台2用于叶片在叶片夹具中的定位和固定，并承受焊接负载，采用线性摩擦焊技术将叶片的焊接台1与轮盘的焊接台1连接，从而使叶片一个一个焊接到轮盘上。叶片和轮盘焊接时，叶片安装到叶片夹具中，轮盘安装到轮盘夹具中。由于线性摩擦焊的焊接负载非常大，要求叶片夹具和轮盘夹具应有较高的刚度，由于叶片之间的间距较小，为方便安装和拆卸，又要求叶片夹具的外形尺寸尽量小，所以对于叶片夹具要同时满足高刚度和小尺寸这两个相互矛盾的要求，其设计难度较大。
发明内容
为了解决上述的技术问题，本发明实施例提供了一种整体叶盘线性摩擦焊的叶片固定装置，包括装配设置的左夹具和右夹具，所述左夹具和右夹具之间的结合面上设置有装夹槽，叶片设置在所述装夹槽内，所述左夹具的侧面向外凸起设置有凸台，所述凸台用于加强所述左夹具的结构强度，且所述凸台上设置有与一侧相邻叶片的叶身外轮廓相匹配的斜面，用于避免与一侧相邻叶片的叶身运动干涉，所述右夹具的侧面向内凹陷设置有避让槽，用于避免与另一侧相邻叶片的叶身运动干涉。
进一步地，所述装夹槽包括第一装夹段和第二装夹段，所述第一装夹段与叶片的装夹台外轮廓相匹配，所述第二装夹段与叶片的叶身外轮廓相匹配。
进一步地，所述第一装夹段设置在所述右夹具上。
进一步地，所述第二装夹段为分体式设置，其中一部分设置在所述左夹具上，另一部分设置在所述右夹具上，且分别贴合叶身的两个面。
进一步地，所述左夹具上设置有左凹槽，用于避免与一侧相邻叶片的装夹台运动干涉。
进一步地，所述右夹具上设置有右凹槽，用于避免与另一侧相邻叶片的装夹台运动干涉。
进一步地，所述左夹具的结合面向内凹陷形成凹面，所述右夹具的结合面向外凸出与所述凹面相匹配形成凸面。
进一步地，所述左夹具和所述右夹具通过螺钉连接。
进一步地，所述左夹具的背面设置有左支撑块，用于加强所述左夹具的结构强度。
进一步地，所述右夹具的背面设置有右支撑块，用于加强所述右夹具的结构强度。
综上，本发明通过左夹具和右夹具相互装配，将叶片设置在所述装夹槽内，所述左夹具和所述右夹具与临近的叶片均设置有相对应的避让结构，其中包括凸台上的斜面以及避让槽，能有效避免在线性摩擦焊接的过程中夹具与叶片发生运动干涉，而且通过凸台加强左夹具的结构强度，使夹具兼顾了体积小的同时还具有较好的结构强度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是整体叶盘的轮盘；
图2是整体叶盘的叶片；
图3是一种整体叶盘线性摩擦焊的叶片固定装置的立体结构示意图；
图4是图3的另一面立体结构示意图；
图5是左夹具的立体结构示意图；
图6是右夹具的立体结构示意图；
图7是左夹具的背面结构示意图；
图8是右夹具的背面结构示意图；
图中：1、焊接台；2、装夹台；3、叶身；4、左夹具；5、右夹具；6、装夹槽；7、凸台；8、斜面；9、避让槽；10、左凹槽；11、右凹槽；12、凹面；13、凸面；14、螺钉；15、左支撑块；16、右支撑块；17、第一装夹段；18、第二装夹段。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本发明的原理，但不能用来限制本发明的范围，即本发明不限于所描述的实施例，在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了零件、部件和连接方式的任何修改、替换和改进。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参照附图并结合实施例来详细说明本申请。
请参考图1～图8，本发明实施例提供了一种整体叶盘线性摩擦焊的叶片固定装置，包括装配设置的左夹具4和右夹具5，所述左夹具4和右夹具5之间的结合面上设置有装夹槽6，叶片设置在所述装夹槽6内，所述左夹具4的侧面向外凸起设置有凸台7，所述凸台7用于加强所述左夹具4的结构强度，且所述凸台7上设置有与一侧相邻叶片的叶身3外轮廓相匹配的斜面8，用于避免与一侧相邻叶片的叶身3运动干涉，所述右夹具5的侧面向内凹陷设置有避让槽9，用于避免与另一侧相邻叶片的叶身3运动干涉。通过左夹具4和右夹具5相互装配，将叶片设置在所述装夹槽6内，所述左夹具4和所述右夹具5与临近的叶片均设置有相对应的避让结构，其中包括凸台7上的斜面8以及避让槽9，能有效避免在线性摩擦焊接的过程中夹具与叶片发生运动干涉，而且通过凸台7加强左夹具4的结构强度，使夹具兼顾了体积小的同时还具有较好的结构强度。
在一些实施例中，所述装夹槽6包括第一装夹段17和第二装夹段18，所述第一装夹段17与叶片的装夹台2外轮廓相匹配，能很好地对所述装夹台2进行装夹固定，所述第二装夹段18与叶片的叶身3外轮廓相匹配，能很好地对所述叶身3进行装夹固定。
在一些实施例中，所述第一装夹段17设置在所述右夹具5上，由于右夹具5在结构强度上高于左夹具4，因此将所述第一装夹段17设置在所述右夹具5上能降低对所述左夹具4的强度削弱。
在一些实施例中，所述第二装夹段18为分体式设置，其中一部分设置在所述左夹具4上，另一部分设置在所述右夹具5上，且分别贴合叶身3的两个面，,通过第二装夹段18来夹紧固定所述叶身3，防止在线性摩擦焊接的剧烈运动过程中，叶身3与所述装夹台2发生断裂。
在上述实施例中，对轮盘的所有焊接台1依次进行标号，如果采用一个叶片挨着一个叶片进行焊接的方式，由于已焊叶片的装夹台2尺寸较大，和叶片夹具会发生运动干涉，无法实现所有叶片焊接。只能先焊接所有序号为奇数的叶片，焊接后，将整体叶盘从轮盘夹具上拆卸下来，安装到数控加工中心上，将序号为奇数的已焊叶片装夹台2和焊接台1铣削加工去除，解决装夹台2和叶片夹具干涉的问题。
加工后，将整体叶盘从数控加工中心上拆卸下来，再次安装到线性摩擦焊设备的轮盘夹具上，在序号为奇数的叶片之间，焊接序号为偶数的叶片。
焊接后，将整体叶盘从轮盘夹具上拆卸下来，在数控加工中心上将序号为偶数的已焊叶片装夹台2和部分焊接台1铣削加工去除。
如果整体叶盘具有偶数个叶片，需要两次焊接和加工，大多数整体叶盘具有奇数个叶片，就需要三次焊接和加工(第三次焊接只焊接最后一个叶片，第三次加工只加工最后一个叶片的装夹台2和焊接台1)。
针对上述各实施例，当前的整体叶盘制造工序较多，需要多次安装、拆卸，而且每次焊接和加工后均需要检测，导致加工周期长、加工成本高，而且多次拆装也不利于保证焊接精度的一致性。因此在一些实施例中，所述左夹具4上设置有左凹槽10，用于避免与一侧相邻叶片的装夹台2运动干涉，相对于之前的各个实施例，可以采用一个叶片挨着一个叶片进行焊接的方式，但是最后一个叶片在焊接时需要对相邻的叶片的装夹台2和焊接台1铣削加工去除，解决装夹台2和叶片夹具干涉的问题。
在一些实施例中，所述右夹具5上设置有右凹槽11，用于避免与另一侧相邻叶片的装夹台2运动干涉，相对于上述实施例，可以采用一个叶片挨着一个叶片进行焊接的方式，而且在焊接最后一个叶片时，也不会发生运动干涉，特别说明的是该实施例与上述实施例的限定顺序可以进行互换。
在一些实施例中，所述左夹具4的结合面向内凹陷形成凹面12，所述右夹具5的结合面向外凸出与所述凹面12相匹配形成凸面13，通过所述凹面12与所述凸面13的相互契合，所述凹面12能在垂直方向上对所述凸面13形成束缚，从而提高了垂直方向的承载力，减小了垂直方向的受力变形，提升了整体的结构强度。
在一些实施例中，所述左夹具4和所述右夹具5通过螺钉14连接，即通过四个螺钉14将所述左夹具4和所述右夹具5连接为一体，确保线性摩擦焊接过程中夹具对叶片的夹紧。
在一些实施例中，所述左夹具4的背面设置有左支撑块15，用于加强所述左夹具4的结构强度，所述左支撑块15可采用强度更高的材料，通过螺钉14固定在所述左夹具4的背面，且所述左支撑块15的形状不与叶片的各部分发生干涉，显著增加了夹具承受水平方向顶锻力的能力。
在一些实施例中，所述右夹具5的背面设置有右支撑块16，用于加强所述右夹具5的结构强度，所述右支撑块16可采用强度更高的材料，通过螺钉14固定在所述右夹具5的背面，且所述右支撑块16的形状不与叶片的各部分发生干涉，显著增加了夹具承受水平方向顶锻力的能力。
需要明确的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。对于方法的实施例而言，相关之处可参见设备实施例的部分说明。本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定步骤和结构。并且，为了简明起见，这里省略对已知方法技术的详细描述。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不限制于本申请。在不脱离本发明的范围的情况下对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围内。

Claims (6)

1.一种整体叶盘线性摩擦焊的叶片固定装置，其特征在于：包括装配设置的左夹具和右夹具，所述左夹具和右夹具之间的结合面上设置有装夹槽，叶片设置在所述装夹槽内，所述左夹具的侧面向外凸起设置有凸台，所述凸台用于加强所述左夹具的结构强度，且所述凸台上设置有与一侧相邻叶片的叶身外轮廓相匹配的斜面，用于避免与一侧相邻叶片的叶身运动干涉，所述右夹具的侧面向内凹陷设置有避让槽，用于避免与另一侧相邻叶片的叶身运动干涉；所述装夹槽包括第一装夹段和第二装夹段，所述第一装夹段与叶片的装夹台外轮廓相匹配，所述第二装夹段与叶片的叶身外轮廓相匹配；所述左夹具的结合面向内凹陷形成凹面，所述右夹具的结合面向外凸出与所述凹面相匹配形成凸面；所述左夹具的背面设置有左支撑块，用于加强所述左夹具的结构强度；所述右夹具的背面设置有右支撑块，用于加强所述右夹具的结构强度。
2.根据权利要求1所述的一种整体叶盘线性摩擦焊的叶片固定装置，其特征在于：所述第一装夹段设置在所述右夹具上。
3.根据权利要求2所述的一种整体叶盘线性摩擦焊的叶片固定装置，其特征在于：所述第二装夹段为分体式设置，其中一部分设置在所述左夹具上，另一部分设置在所述右夹具上，且分别贴合叶身的两个面。
4.根据权利要求1所述的一种整体叶盘线性摩擦焊的叶片固定装置，其特征在于：所述左夹具上设置有左凹槽，用于避免与一侧相邻叶片的装夹台运动干涉。
5.根据权利要求1所述的一种整体叶盘线性摩擦焊的叶片固定装置，其特征在于：所述右夹具上设置有右凹槽，用于避免与另一侧相邻叶片的装夹台运动干涉。
6.根据权利要求1所述的一种整体叶盘线性摩擦焊的叶片固定装置，其特征在于：所述左夹具和所述右夹具通过螺钉连接。
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