CN117840789B - 航空发动机环形薄壁件加工工装及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种航空发动机环形薄壁件加工工装及使用方法，包括底座组件和工装座，工装座连接有若干固定座，每个固定座顶端均设有限位槽，限位槽与叶片之间形成空隙，工装座底端设有第一球面，底座组件上端面设有第二球面，第一球面嵌接在第二球面内，底座组件内设有空腔，第二球面分布有若干与空腔连通的透气孔，底座组件连接有接头，接头用于外接吹气装置和负压装置；上述加工工装的使用方法主要包括往各个叶片的每个第一间隙和第二间隙中注入石膏，吹气装置吹气使得在第一球面与第二球面之间形成气膜，减小或消除叶片底端与石膏之间的间隙，负压装置抽气形成负压；以解决现有技术中的环形薄壁件表面加工质量差的技术问题。

Description

航空发动机环形薄壁件加工工装及使用方法

技术领域

本发明涉及航空零件加工技术领域，具体讲是指航空发动机环形薄壁件加工工装及使用方法。

背景技术

航空发动机中包括一个环形薄壁件，环形薄壁件结构如图5所示，其包括一个环形件20、一个锥形件30和若干个叶片40，锥形件30呈外径上小下大的形式与环形件20同轴设置，锥形件30外壁与环形件20内壁之间通过若干个沿周向等距分布的叶片40连接，其中，锥形件30底端设置一个锥形腔，叶片40均为薄壁结构，一般情况下，叶片40数量为四个。此类环形薄壁件的叶片40一般由机床铣削加工而成，将待加工产品固定在机床上，利用刀具铣削出各个叶片40。然而，由于各个叶片40较薄，刚度差，加工过程中的薄壁叶片40容易震动，进而导致各个薄壁叶片40的表面加工质量较差。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的第一个目的在于提供一种航空发动机环形薄壁件加工工装，以解决现有技术中的环形薄壁件表面加工质量差的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种航空发动机环形薄壁件加工工装，包括底座组件和工装座，工装座上端面连接有若干沿周向等距分布的固定座，每个固定座顶端均设有用于容纳环形薄壁件叶片的限位槽，环形薄壁件通过固定组件固定在工装座上，并且当环形薄壁件固定在工装座上时，环形薄壁件的叶片外表面与限位槽内壁之间形成用于填充石膏的空隙，叶片的上部露出在限位槽上方，工装座底端设有下凸的第一球面，底座组件上端面设有下凹的且与第一球面相匹配的第二球面，第一球面与第二球面可万向转动地相贴，底座组件内设有空腔，第二球面上分布有若干与空腔连通的透气孔，底座组件上连接有与空腔连通的接头，接头用于外接吹气装置和负压装置。

采用上述结构后，本发明中的航空发动机环形薄壁件加工工装具有以下优点：将粗加工后的环形薄壁件固定在工装座上，此时叶片厚度大于目标厚度，以留出加工余量，石膏填充空隙，由于石膏凝固之后与叶片底端之间会产生微小的间隙，此时利用吹气装置在第一球面和第二球面之间形成气膜，使得工装座和环形薄壁件可转动，转动并下压环形薄壁件以减小或消除石膏与叶片底端之间的间隙，之后利用负压装置抽出空气形成负压，使得工装座与底座组件固定，再进行环形薄壁件的精加工，由凝固的石膏对叶片起到支撑作用，防止加工过程中叶片震动，进而提高叶片表面的加工质量。

作为改进，每个限位槽的两个相对侧壁均连接有软垫；采用此种结构，通过软垫配合石膏定型，使得石膏能够更加紧密地贴合叶片。

作为改进，工装座底端端面高于底座组件顶端端面；采用此种结构，使得工装座底端与底座组件顶端之间留有间隙，确保工装座能够相对底座组件转动。

作为改进，空隙包括第一空隙和第二空隙，限位槽两个相对侧壁与叶片的两个相对侧壁之间分别设有第一空隙，限位槽底端和叶片底端设有第二空隙，第二空隙连通两个第一空隙；采用此种结构，通过连成整体的第一空隙和第二空隙形成整体的石膏对叶片支撑，进一步提高叶片表面的加工质量。

作为改进，工装座上端面连接有支撑柱，支撑柱上端面为与环形薄壁件的锥形件内壁相匹配的弧形支撑部，弧形支撑部用于与环形薄壁件的锥形件内壁顶部相抵；采用此种结构，通过支撑柱对环形薄壁件整体做稳定支撑，能够减小加工过程中叶片的震动。

作为改进，底座组件包括底座本体和连接件，空腔设于底座本体内并在底座本体上端形成截面为圆形的开口，连接件上表面中部为第二球面，透气孔设于连接件上，连接件外周壁沿周向形成环形的突出部，连接件位于开口内，突出部与底座本体上端面可拆卸连接；采用此种结构，具有结构简单的优点，便于空腔和透气孔的加工。

作为改进，底座本体上端面与突出部之间连接有环形的第一密封圈；采用此种结构，提高底座本体与连接件之间的密封性，防止漏气。

作为改进，底座本体包括壳体和盖板，空腔设于壳体上端面，开口贯穿盖板设置，盖板可拆卸连接在壳体上端，突出部与盖板可拆卸连接；采用此种结构，具有结构简单的优点，进一步便于空腔和透气孔的加工。

作为改进，盖板与壳体上端面之间设有环形的第二密封圈；采用此种结构，提高盖板与壳体之间的密封性，防止漏气。

本发明的第二个目的在于提供一种航空发动机环形薄壁件加工工装的使用方法，应用于上述的加工工装，包括以下步骤：

S1、将粗加工后的环形薄壁件通过固定组件固定在工装座上且叶片位于限位槽内；

S2、往各个叶片的空隙中注入石膏，等待石膏凝固；

S3、利用吹气装置经接头吹气，气体经空腔和透气孔进入到第一球面和第二球面之间并在第一球面与第二球面之间形成气膜；

S4、手动转动并下压环形薄壁件以减小或消除叶片底端与石膏之间的间隙；

S5、吹气装置停止吹气；

S6、利用负压装置抽走第一球面和第二球面之间的气体形成负压，使得工装座与底座组件固定。

采用上述方法，在减小或者消除叶片底端与石膏之间的间隙之后，石膏能够对叶片产生更好的支撑作用，防止加工过程中叶片震动，进而提高叶片表面的加工质量。

附图说明

图1为本发明实施例一中整体的剖视图。

图2为本发明实施例一中工装座部分的剖视图。

图3为本发明实施例一中整体的立体结构示意图。

图4为本发明实施例一中底座组件部分的分解结构示意图。

图5为环形薄壁件的立体结构示意图。

附图标记：100、底座组件；200、工装座；1、固定座；2、限位槽；3、第一空隙；4、第二空隙；5、第一球面；6、第二球面；7、空腔；8、透气孔；9、接头；10、软垫；11、支撑柱；12、底座本体；121、壳体；122、盖板；13、连接件；14、开口；15、突出部；16、第一密封圈；17、第二密封圈；20、环形件；30、锥形件；40、叶片。

具体实施方式

下面结合附图对本发明航空发动机环形薄壁件加工工装及使用方法作详细说明。

实施例一：

如图1至图4所示，本实施例中提供了一种航空发动机环形薄壁件加工工装，包括底座组件100和用于固定环形薄壁件的工装座200，工装座200上端面连接有若干沿周向等距分布的固定座1，每个固定座1顶端均设有用于容纳环形薄壁件叶片40的限位槽2，环形薄壁件通过固定组件固定在工装座200上，本实施例中，固定组件包括若干螺栓，粗加工后的环形薄壁件的环形件20通过螺栓固定在工装座200上，并且当环形薄壁件固定在工装座200上时，环形薄壁件的各个叶片40分别位于各个限位槽2内，限位槽2的分布状态与数量均根据待加工环形薄壁件的叶片40结构而定，本实施例中的环形薄壁件共计四个叶片40，因此本实施例中的限位槽2数量为四个，而且每个限位槽2均沿长度方向贯穿固定座1两个端面，使得叶片40能够自上而下放入到限位槽2中，限位槽2和固定座1的长度方向即环形薄壁件的径向方向。

如图2所示，叶片40放入到限位槽2中以后，环形薄壁件的叶片40外表面与限位槽2内壁之间形成用于填充石膏的空隙，叶片40的上部露出在限位槽2上方，也就是说叶片40与限位槽2不直接接触；具体地，空隙包括第一空隙3和第二空隙4，限位槽2两个相对侧壁与叶片40的两个相对侧壁之间分别留有用于填充石膏的第一空隙3，限位槽2底端和叶片40底端留有用于填充石膏的第二空隙4，第二空隙4连通两个第一空隙3，叶片40的待加工部位则露出在限位槽2上方，需要说明的是，由于叶片40自内向外呈向上倾斜设置，因此固定座1顶端端面以及限位槽2亦呈自内向外并向上倾斜设置；此外，每个限位槽2的两个相对侧壁均连接有软垫10，石膏填充在软垫10与叶片40侧壁之间，以便于石膏定型，并且各个软垫10均不会封堵第二空隙4，使得与叶片40底端直接接触的石膏能够与限位槽2底端直接接触，各个限位槽2内的第一空隙3和第二空隙4中填充石膏以后，石膏整体呈V型，软垫10材料包括但不限于硅胶、橡胶等。

如图1所示，工装座200上端面连接有支撑柱11，支撑柱11上端设有与环形薄壁件的锥形件30内壁相匹配的弧形支撑部，弧形支撑部用于与环形薄壁件的锥形件30内壁顶部相抵。

如图1所示，工装座200底端设有下凸的第一球面5，底座组件100上端面设有下凹的且与第一球面5相匹配的第二球面6，也就是说第一球面5和第二球面6对应的直径相同，第一球面5与第二球面6可万向转动地相贴，底座组件100内设有空腔7，第二球面6上分布有若干与空腔7连通的透气孔8，透气孔8呈阵列式分布在第二球面6上，底座组件100上连接有与空腔7连通的接头9，接头9用于外接吹气装置和负压装置，工装座200底端端面高于底座组件100顶端端面。

如图4所示，底座组件100包括底座本体12和连接件13，空腔7设于底座本体12内并在底座本体12上端形成截面为圆形的开口14，连接件13上表面中部为第二球面6，连接件13的下表面中部亦为球面，透气孔8设于连接件13上，连接件13外周壁沿周向形成环形的突出部15，连接件13位于开口14内，并且连接件13的底端位于空腔7中，突出部15与底座本体12上端面可拆卸连接，本实施例中，底座本体12上端面上设有环绕开口14设置的环形槽，突出部15位于环形槽内并且突出部15与底座本体12通过螺栓固定连接，连接件13的上端面与底座本体12上端面齐平；底座本体12上端面与突出部15之间连接有环形的第一密封圈16，第一密封圈16与开口14同轴设置并且位于环形槽内；此外，底座本体12包括壳体121和盖板122，空腔7设于壳体121上端面，开口14贯穿盖板122设置，盖板122可拆卸连接在壳体121上端，突出部15与盖板122可拆卸连接，具体是通过螺栓固定连接；盖板122与壳体121上端面之间设有环形的第二密封圈17，第二密封圈17环绕开口14设置，接头9连接壳体121。

将粗加工后的环形薄壁件固定在工装座200上，此时叶片40厚度大于目标厚度，以留出加工余量，石膏填充第一空隙3和第二空隙4，由于石膏凝固之后与叶片40底端之间会产生微小的间隙，此时利用吹气装置在第一球面5和第二球面6之间形成气膜，使得工装座200和环形薄壁件可转动，转动并下压环形薄壁件以减小或消除石膏与叶片40底端之间的间隙，之后利用负压装置抽出空气形成负压，使得工装座200与底座组件100固定，再进行环形薄壁件的精加工，由凝固的石膏对叶片40起到支撑作用，防止加工过程中叶片40震动，进而提高叶片40表面的加工质量。

实施例二：

本实施例中提供了一种航空发动机环形薄壁件加工工装的使用方法，应用于实施例一中的加工工装，包括以下步骤：

S1、将粗加工后的环形薄壁件通过固定组件固定在工装座200上且叶片40位于限位槽2内；

S2、往各个叶片40的空隙中注入石膏，等待石膏凝固；

S3、利用吹气装置经接头9吹气，气体经空腔7和透气孔8进入到第一球面5和第二球面6之间并在第一球面5与第二球面6之间形成气膜；

S4、手动转动并下压环形薄壁件以减小或消除叶片40底端与石膏之间的间隙；

S5、吹气装置停止吹气；

S6、利用负压装置抽走第一球面5和第二球面6之间的气体形成负压，使得工装座200与底座组件100固定。

在减小或者消除叶片40底端与石膏之间的间隙之后，石膏能够对叶片40产生更好的支撑作用，防止加工过程中叶片40震动，进而提高叶片40表面的加工质量。在步骤S6结束之后，由机床对环形薄壁件各个叶片40的露出在限位槽2以外的部分进行精加工，由于在减小或者消除叶片40底端与石膏之间的间隙时，因转动的原因，环形薄壁件的角度发生了变化，因此在精加工之前，由机床的对刀系统重新对刀，确保加工的准确性；对叶片40的露出部分加工完成以后，将环形薄壁件倒置并安装在另一个与倒置后的环形薄壁件形状相匹配的工装座200上，重复步骤S1至S6，对环形薄壁件叶片40的剩余未加工部分进行精加工。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述两种实施方式，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (9)

1.一种航空发动机环形薄壁件加工工装，其特征在于，包括底座组件（100）和工装座（200），所述工装座（200）上端面连接有若干沿周向等距分布的固定座（1），每个所述固定座（1）顶端均设有用于容纳环形薄壁件叶片（40）的限位槽（2），环形薄壁件通过固定组件固定在所述工装座（200）上，并且当环形薄壁件固定在所述工装座（200）上时叶片（40）位于所述限位槽（2）内，叶片（40）外表面与所述限位槽（2）内壁之间形成用于填充石膏的空隙，叶片（40）的上部露出在所述限位槽（2）上方，所述工装座（200）底端设有下凸的第一球面（5），所述底座组件（100）上端面设有下凹的且与所述第一球面（5）相匹配的第二球面（6），所述第一球面（5）与所述第二球面（6）可万向转动地相贴，所述底座组件（100）内设有空腔（7），所述第二球面（6）上分布有若干与所述空腔（7）连通的透气孔（8），所述底座组件（100）上连接有与所述空腔（7）连通的接头（9），所述接头（9）用于外接吹气装置和负压装置；

还包括以下步骤：

S1、将粗加工后的环形薄壁件通过所述固定组件固定在所述工装座（200）上且叶片（40）位于所述限位槽（2）内；

S2、往各个叶片（40）的所述空隙中注入石膏并等待石膏凝固；

S3、利用所述吹气装置经所述接头（9）吹气，气体经所述空腔（7）和所述透气孔（8）进入到所述第一球面（5）和所述第二球面（6）之间并在所述第一球面（5）与所述第二球面（6）之间形成气膜；

S4、手动转动并下压环形薄壁件以减小或消除叶片（40）底端与石膏之间的间隙；

S5、所述吹气装置停止吹气；

S6、利用所述负压装置抽走所述第一球面（5）和所述第二球面（6）之间的气体形成负压，使得所述工装座（200）与所述底座组件（100）固定。

2.根据权利要求1所述的航空发动机环形薄壁件加工工装，其特征在于，每个所述限位槽（2）的两个相对侧壁均连接有软垫（10）。

3.根据权利要求1所述的航空发动机环形薄壁件加工工装，其特征在于，所述工装座（200）底端端面高于所述底座组件（100）顶端端面。

4.根据权利要求1所述的航空发动机环形薄壁件加工工装，其特征在于，所述空隙包括第一空隙（3）和第二空隙（4），所述限位槽（2）两个相对侧壁与叶片（40）的两个相对侧壁之间分别设有所述第一空隙（3），所述限位槽（2）底端和叶片（40）底端设有第二空隙（4），所述第二空隙（4）连通两个所述第一空隙（3）。

5.根据权利要求1所述的航空发动机环形薄壁件加工工装，其特征在于，所述工装座（200）上端面连接有支撑柱（11），所述支撑柱（11）上端设有与环形薄壁件的锥形件（30）内壁相匹配的弧形支撑部，所述弧形支撑部用于与环形薄壁件的锥形件（30）内壁顶部相抵。

6.根据权利要求1所述的航空发动机环形薄壁件加工工装，其特征在于，所述底座组件（100）包括底座本体（12）和连接件（13），所述空腔（7）设于所述底座本体（12）内并在所述底座本体（12）上端形成截面为圆形的开口（14），所述连接件（13）上表面中部为所述第二球面（6），所述透气孔（8）设于所述连接件（13）上，所述连接件（13）外周壁沿周向形成环形的突出部（15），所述连接件（13）位于所述开口（14）内，所述突出部（15）与所述底座本体（12）上端面可拆卸连接。

7.根据权利要求6所述的航空发动机环形薄壁件加工工装，其特征在于，所述底座本体（12）上端面与所述突出部（15）之间连接有环形的第一密封圈（16）。

8.根据权利要求6所述的航空发动机环形薄壁件加工工装，其特征在于，所述底座本体（12）包括壳体（121）和盖板（122），所述空腔（7）设于所述壳体（121）上端面，所述开口（14）贯穿所述盖板（122）设置，所述盖板（122）可拆卸连接在所述壳体（121）上端，所述突出部（15）与所述盖板（122）可拆卸连接。

9.根据权利要求8所述的航空发动机环形薄壁件加工工装，其特征在于，所述盖板（122）与所述壳体（121）上端面之间设有环形的第二密封圈（17）。