轉(zhuǎn)子葉片外徑組合加工方法研究

陳大麗 李明

摘 要:航空發(fā)動(dòng)機(jī)是一種特殊的高科技產(chǎn)品,航空動(dòng)力技術(shù)已經(jīng)成為一個(gè)國(guó)家科技水平的重要標(biāo)識(shí)之一。發(fā)動(dòng)機(jī)的四大轉(zhuǎn)子葉片外徑要求在組合狀態(tài)下進(jìn)行加工,且要求在工作狀態(tài)下進(jìn)行,即轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)葉片完全甩開的情況下得到葉片外徑尺寸。傳統(tǒng)的加工方法采用外圓磨床或普通車床改制的磨床,利用模擬盤螺栓頂緊葉片底面或在葉片底面塞塞片的方法將葉片固定到工作位置的方法來模擬葉片甩開的狀態(tài)。本文主要從葉片的不同結(jié)構(gòu)出發(fā),總結(jié)其葉片外徑的加工方法,重點(diǎn)針對(duì)葉片與輪盤底面間隙較大的葉片外徑加工方法進(jìn)行創(chuàng)新,設(shè)計(jì)一種漲緊裝置將轉(zhuǎn)子葉片漲緊以模擬葉片的工作狀態(tài)。此種漲具應(yīng)用于各類轉(zhuǎn)子葉片的外徑加工,可作為一種通用的工裝工具加以推廣。

關(guān)鍵詞:轉(zhuǎn)子葉片組合加工工作狀態(tài)

中圖分類號(hào):TK411 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1674-098X(2012)05(b)-0064-01

1葉片的加工方法

發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子裝配過程中,葉片外徑尺寸都要進(jìn)行組合加工,且要求模擬工作狀態(tài)即葉片外撐狀態(tài)下加工。

傳統(tǒng)的葉片外徑加工方法有以下兩種:

(1)將葉片裝配到模擬盤上,模擬盤榫槽底面穿螺栓頂葉片榫頭底面的方法,這種加工方法適用于葉片榫槽底面和輪盤榫槽底面間隙較大的情況,且葉片不帶冠的葉片。模擬盤榫槽形狀、數(shù)量和盤的外徑尺寸與真盤相同,在模擬盤榫槽的底部加工螺紋孔,將一臺(tái)葉片裝配到模擬盤上后,調(diào)整螺栓長(zhǎng)度使螺栓頭頂緊葉片底面,將葉片頂?shù)焦ぷ鳡顟B(tài)后進(jìn)行加工。設(shè)計(jì)和加工模擬盤周期長(zhǎng),難度大,成本高,且螺栓接觸面小,在將葉片上頂過程容易將葉片頂傾斜,且傾斜的方向因裝配位置的差異而不定,到解除限制或重新裝配頂緊狀態(tài)下,葉片外徑尺寸有不同程度變化,隨著測(cè)量位置的不同葉片外徑也有變化?，F(xiàn)階段研制型號(hào)特別多,技術(shù)狀態(tài)變化大,每個(gè)型號(hào)有幾級(jí)盤,每級(jí)配個(gè)模擬盤,工藝準(zhǔn)備周期長(zhǎng),生產(chǎn)成本高,且一旦輪盤、葉片尺寸結(jié)構(gòu)發(fā)生改變,模擬盤就會(huì)報(bào)廢,造成很大的浪費(fèi)。

(2)將葉片裝配到真盤上,在盤榫槽底面和葉片榫頭間塞塞片的方法。這種方法適用于盤榫槽與葉片榫頭間間隙較小的情況。這種方法需要設(shè)計(jì)專用夾具,將裝上葉片的盤通過夾具裝配到機(jī)床上才能加工。將葉片裝配到輪盤上后,可以從輪盤兩面塞入塞片,但如葉片沒有軸向限位結(jié)構(gòu),從輪盤兩面都可以插入,從一個(gè)方向塞入寒片就容易將葉片頂?shù)搅硪幻?所以一般是將葉片裝到輪盤上后,將盤片組件裝到夾具上,將葉片一面軸向限位后,從另一面塞入塞片將葉片頂?shù)焦ぷ魑恢?但這樣也存在將葉片頂傾斜的問題,造成葉片外徑在限制狀態(tài)下自由狀態(tài)下或重新限位后會(huì)有一定偏差。專用夾具的設(shè)計(jì)和制造與模擬盤相比要容易很多,制造成本也較低,所以這種方法在轉(zhuǎn)子葉片的外徑加工過程中廣泛應(yīng)用。

轉(zhuǎn)子葉片外徑加工過程中還涉及葉片的切向和周向活動(dòng)量的限制及葉片表面的保護(hù),因有些葉片是空心的葉身上有氣膜孔,為避免加工過程中的磨屑和砂粒進(jìn)入氣膜孔或打傷葉片表面,對(duì)葉片表面要進(jìn)行保護(hù),對(duì)于沒有氣膜孔的葉片保護(hù)比較簡(jiǎn)單,只要將葉身用牛皮紙包裹好,葉尖露出2-3mm即可。對(duì)于有氣膜孔的葉片保護(hù)就比較麻煩,將整個(gè)葉身用牛皮紙包裹好,用白膠布粘牢,葉尖有蓋板,蓋板上面也有孔,所以也要保護(hù),用膠布整個(gè)繞過整臺(tái)葉片葉尖,這樣將葉片整個(gè)包裹起來,在進(jìn)行磨削時(shí),將葉尖磨削部位的膠布磨斷,斷裂的膠布剛好落到蓋板上,起到保護(hù)蓋板氣孔的作用。壓氣機(jī)葉片一般都是實(shí)心無氣膜孔且不帶葉冠的,材料多為鈦合金,所以葉身保護(hù)就采用牛皮紙包裹,以保護(hù)葉片防止葉片燒傷。葉片外徑加工通過模擬盤螺栓頂緊或塞塞片將葉片頂起,徑向和周向活動(dòng)量采用纏繞橡膠繩的方式固定。高壓渦輪葉片多為空心且葉身帶氣膜孔的,材料為高溫合金,葉身和葉尖多要用牛皮紙和膠布進(jìn)行保護(hù),因渦輪盤榫槽多樅樹型,加工難度非常大,多采用專用夾具在真盤上磨葉片外徑,葉片底面塞塞片將葉片頂?shù)焦ぷ鳡顟B(tài),葉片的切向和周向活動(dòng)量通過在兩片葉片間塞橡膠材料的符合葉片型面的楔塊來限制。低壓渦輪葉片多為無氣膜孔但帶葉冠的,因葉片逐片咬合,整臺(tái)葉片裝配好后,葉片幾乎沒有活動(dòng)量,所以不必纏繞橡膠繩或塞楔塊。

2葉片頂緊工裝的研究

為解決使葉片處于工作狀態(tài)進(jìn)行加工的問題,特設(shè)計(jì)了采用真盤進(jìn)行加工的葉片工作狀態(tài)漲具,采用機(jī)械漲緊的方式,將漲具裝到輪盤榫槽底部,轉(zhuǎn)動(dòng)偏心軸頂緊每個(gè)葉片,漲具與葉片榫頭接觸面在80%以上,保證不將葉片頂斜,漲緊的范圍可依據(jù)葉片與輪盤的間隙調(diào)整,保證葉片處于工作狀態(tài)。這對(duì)于輪盤榫槽與葉片榫齒其在各型號(hào)轉(zhuǎn)子葉片外徑組合加工中得到廣泛應(yīng)用,既節(jié)約成本,又保證了葉片外徑加工的準(zhǔn)確性。

經(jīng)研究輪盤和葉片裝配圖紙,發(fā)現(xiàn)葉片榫頭底面和輪盤榫齒底部有5mm左右的間隙,葉片裝到輪盤榫槽中后,上下有活動(dòng)量,要模擬工作狀態(tài)就要將此活動(dòng)量消除,將葉片固定到向上位置以模擬葉片工作時(shí)在高速旋轉(zhuǎn)下甩開的狀態(tài),同時(shí)保證葉片不傾斜,如采用從一個(gè)方向插塞片的方式,容易將葉片頂斜,從兩個(gè)方向插塞片因有擋板無法實(shí)現(xiàn),所以必須設(shè)計(jì)一種新結(jié)構(gòu)的夾具來保證此項(xiàng)技術(shù)要求,于是設(shè)計(jì)了一種放在葉片和輪盤間隙處的漲具。此種漲具采用偏心軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),只需將其放到輪盤和葉片底面的縫隙中,用扳手轉(zhuǎn)動(dòng)漲具端頭螺柱的方型扳頭,由于側(cè)面的限位螺釘,導(dǎo)致側(cè)向旋扭力轉(zhuǎn)至上下軸向作用力,從而移動(dòng)偏心軸,依托滑塊將葉片頂起漲緊至工作位置,操作十分簡(jiǎn)便。通過滑塊的上下位移,可實(shí)現(xiàn)一定范圍間隙的不同轉(zhuǎn)子葉片漲緊。如果間隙較大,已超出漲具的行程,則可在漲具下墊上合適厚度的銅墊臨時(shí)使用,保證工藝技術(shù)要求。這種漲具應(yīng)用非常廣泛,前景廣闊。

下面結(jié)合圖紙作簡(jiǎn)要說明和概括:

此漲具由漲具主體和扳手兩個(gè)部件組成,漲具由1、支框(45#鋼);2、偏心軸(45#鋼);3、滑塊(45#鋼);4、螺釘組成。其中關(guān)鍵在于4號(hào)件螺釘,別看它在整個(gè)工裝結(jié)構(gòu)中并不起眼,但是作用卻是十分顯著。它頂在旋轉(zhuǎn)軸上,限制住軸在水平方向上的滾動(dòng),迫使軸在旋轉(zhuǎn)力的作用下只能進(jìn)行垂直上下運(yùn)動(dòng),從而有效地頂緊轉(zhuǎn)子葉片榫頭,實(shí)現(xiàn)葉片漲緊,模擬工作狀態(tài)進(jìn)行加工。

詳盡闡述:No.1支框?yàn)榉奖惆惭b在輪盤樹狀冠齒槽內(nèi)設(shè)計(jì)成兩側(cè)帶度面的結(jié)構(gòu),在支框中心位置設(shè)置滑塊限位槽,槽兩側(cè)縱向貫穿偏心軸孔。它是基本的限位裝置,也是主要的承力和傳導(dǎo)部件。

No.2偏心軸是主要傳動(dòng)部件,其兩端軸分別插入支框,中心軸是偏心部位,通過它的轉(zhuǎn)動(dòng),在限位螺釘?shù)淖饔孟?迫使其只能上下軸向運(yùn)動(dòng),從而帶動(dòng)滑塊軸向運(yùn)動(dòng)。完成葉片的漲緊和恢復(fù)自由狀態(tài)。

No.3滑塊的結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單,只是中心部位開一橢圓形槽,使偏心軸能夠在其中左右活動(dòng),當(dāng)軸頂靠至側(cè)方限位螺釘時(shí),軸的左右活動(dòng)即停止,轉(zhuǎn)為上下運(yùn)動(dòng)。

3結(jié)語

此工裝通用性強(qiáng),適用范圍較廣,有效保證葉片處于工作位置加工,避免葉片因徑向串動(dòng),產(chǎn)生加工誤差,造成葉片因加工尺寸超差,為其他研制型號(hào)類似結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子裝配奠定了基礎(chǔ),拓展了思路。