使用新式快速翻轉(zhuǎn)夾具加工導(dǎo)向葉片安裝板的研究楊賢志

張欣

【摘 要】一級(jí)導(dǎo)向葉片在渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)部位有著特殊的地位，工藝的合理性影響著零件的加工質(zhì)量和效率。工藝首先要解決的是將六點(diǎn)定位基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換到圓弧和端面基準(zhǔn)，根據(jù)設(shè)計(jì)圖基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換后的尺寸關(guān)系，最終確定了夾具的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，用新式快速翻轉(zhuǎn)夾具在緩進(jìn)磨床上對(duì)零件進(jìn)行基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換，一次裝夾加工上、下安裝板.

【關(guān)鍵詞】一導(dǎo)葉片；快速翻轉(zhuǎn)夾具；緩進(jìn)磨加工

一、葉片的結(jié)構(gòu)、材料特性及加工可行性分析

1.葉片結(jié)構(gòu)、材料特性

低壓渦輪一級(jí)導(dǎo)向葉片處在發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪部位，其作用是改變?nèi)細(xì)夥较颍谷細(xì)馔苿?dòng)渦輪轉(zhuǎn)子葉片做功，其工作時(shí)承受的溫度較高。葉片材料為鎳基鑄造高溫合金K417G，鎳基鑄造高溫合金具有較高的強(qiáng)度、硬度和較好的塑形，屬難加工鑄造高溫合金材料，加工性能差，葉片的上下緣板均為圓弧和端面結(jié)構(gòu)。對(duì)于葉片上圓弧的加工，采用緩進(jìn)磨加工最有優(yōu)勢(shì)，不僅加工圓弧尺寸精準(zhǔn)，葉片的粗糙度也較好。

2.加工可行性及設(shè)備能力分析

由于設(shè)計(jì)圖給出的定位點(diǎn)A1、A2、A3與葉片基準(zhǔn)B、H、H1均在葉片排氣邊方向，由于基準(zhǔn)H與基準(zhǔn)H1有直接的尺寸鏈關(guān)系，且為了減少定位點(diǎn)與加工面在同一方向的問題，現(xiàn)將葉片立起來加工，用一種快速翻轉(zhuǎn)的夾具在加工完端面和圓弧基準(zhǔn)H和基準(zhǔn)B后通過旋轉(zhuǎn)軸將夾具翻轉(zhuǎn)180°加工基準(zhǔn)H1，這樣一次裝夾葉片可同時(shí)加工上、下安裝板基準(zhǔn)，這種方式的加工滿足了尺寸鏈的關(guān)系。合理選擇緩進(jìn)磨參數(shù)對(duì)試驗(yàn)非常關(guān)鍵，砂輪轉(zhuǎn)數(shù)、修整量、切削量均要求精準(zhǔn)，這樣可避免或解決磨削燒傷問題，防止燒傷。

二、緩進(jìn)磨加工的優(yōu)勢(shì)與刃具的設(shè)計(jì)

1.利用緩進(jìn)磨加工的優(yōu)點(diǎn)

1）將葉片立式擺放加工，采用立銑是無法加工圓弧的，采用臥銑，定位點(diǎn)與加工的基準(zhǔn)面在同一方向又對(duì)加工造成了干涉。

2）車削加工為拉應(yīng)力，而磨削加工為壓應(yīng)力，采用磨削加工較車削加工應(yīng)力狀態(tài)好。

3）成型金剛石滾輪能夠保證完好的圓弧和圓弧槽的加工尺寸，并且由于成型加工，圓弧的R尺寸可滿足要求。

4）緩進(jìn)磨加工后的表面粗糙度較好。

2.刃具的設(shè)計(jì)

采用緩進(jìn)磨床加工需要用的金剛石滾輪的結(jié)構(gòu)也較為簡(jiǎn)單，因?yàn)槭橇⑹侥ハ鳎瑵L輪采用直角滾輪，試驗(yàn)所用的滾輪為代用滾輪，沒有派制專用滾輪，這樣節(jié)省了制造滾輪的費(fèi)用。

三、新式翻轉(zhuǎn)夾具的設(shè)計(jì)

1.夾具的設(shè)計(jì)理念

在本次研究中，夾具的設(shè)計(jì)尤為關(guān)鍵，如何能一次裝夾加工出排氣邊方向的基準(zhǔn)H、基準(zhǔn)B和基準(zhǔn)H1，需要夾具利用一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸，在加工上安裝板后繞旋轉(zhuǎn)軸翻轉(zhuǎn)180°再加工下安裝板，而上、下安裝板的臺(tái)階差由緩進(jìn)磨床程序保證，砂輪磨損用滾輪修整。

2.新式翻轉(zhuǎn)夾具的結(jié)構(gòu)

新式翻轉(zhuǎn)夾具的主要結(jié)構(gòu)是分度盤與旋轉(zhuǎn)軸的應(yīng)用，夾具的定位銷全部裝配在分度盤上，旋轉(zhuǎn)軸插入分度盤中，兩者采用緊密配合，并且軸的中心通過葉片的Z軸，利用旋轉(zhuǎn)軸與分度盤可以將夾具翻轉(zhuǎn)，插銷插入分度盤中的銷孔部位，這樣固定了分度盤的翻轉(zhuǎn)角度，鎖緊螺母鎖緊分度盤和主立板，這樣的結(jié)構(gòu)即可實(shí)現(xiàn)夾具的快速翻轉(zhuǎn)，達(dá)到課題的要求，鎖緊螺母采用GB2148-80，M20規(guī)格。

夾具的設(shè)計(jì)在幾個(gè)重要部件的結(jié)構(gòu)完成后也終于完成，該夾具的結(jié)構(gòu)緊湊，公差較小，由于定位點(diǎn)A1、A2、A3、G1、G2、B1位定位銷，周向與徑向配有輔助支承，壓板壓緊進(jìn)氣邊緣板。

松開鎖緊螺母，將旋轉(zhuǎn)軸拔出，可以將分度盤旋轉(zhuǎn)，在加工完上安裝板后，翻轉(zhuǎn)180°，再將旋轉(zhuǎn)軸插入，鎖緊鎖緊螺母，即可加工下安裝板，由此該快速翻轉(zhuǎn)夾具即設(shè)計(jì)完成。

四、磨削參數(shù)的選取

1.選擇磨削砂輪

針對(duì)被加工材料特性，選用超軟砂輪PA/WA/60E8V35m/s（棕剛玉、白剛玉；粒度60磨料砂輪），砂輪的直徑為220mm，適用于內(nèi)外圓的加工。

2.選擇冷卻方法與冷卻液

磨削表面質(zhì)量、工件精度和砂輪的磨損在很大程度上受冷卻效果的影響。采用高壓將冷卻液注入砂輪，是砂輪富含冷卻液，并隨著砂輪旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力高速甩出，直徑進(jìn)入冷卻區(qū)域，提高冷卻和潤(rùn)滑效果，改善工件質(zhì)量，減少砂輪磨損。

3.選擇磨削參數(shù)

粗加工參數(shù)為：砂輪線速度為20-40m/s，磨削進(jìn)給速度：100mm/min，吃刀量：1-0.7mm，砂輪修整量0.1mm；精加工參數(shù)為：砂輪線速度為30-50m/s，磨削進(jìn)給速度：100mm/min，吃刀量：0.1-0.2mm，砂輪修整量0.1mm.

五、加工成果

在使用了該新式快速翻轉(zhuǎn)夾具加工一導(dǎo)葉片后達(dá)到了預(yù)期的理想效果，新式快速翻轉(zhuǎn)夾具實(shí)現(xiàn)了一次裝夾加工上、下安裝板。緩進(jìn)磨加工選用的參數(shù)合理，沒有產(chǎn)生燒傷現(xiàn)象，夾具的定位準(zhǔn)確，快速翻轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)牢固，分度盤的尺寸精準(zhǔn)，夾緊穩(wěn)定可靠，能保證加工要求；成型金剛石滾輪能夠保證圓弧與端面的尺寸的穩(wěn)定性，零件尺寸合格，金剛石滾輪壽命長(zhǎng)，直角滾輪的應(yīng)用較廣，不需要專用滾輪；通過三坐標(biāo)加工圓弧的方法也簡(jiǎn)單迅速，調(diào)整零件加工尺寸方便，加工零件質(zhì)量穩(wěn)定可靠。

通過快速翻轉(zhuǎn)夾具及緩進(jìn)磨床的數(shù)控程序和滾輪的修整達(dá)到了尺寸要求，并且一次裝夾較二次裝夾更提高了加工效率，縮短了加工時(shí)間，加工一致性好。

六、結(jié)論

快速翻轉(zhuǎn)夾具既解決了一次定位實(shí)現(xiàn)加工上、下安裝板兩個(gè)基準(zhǔn)面難題，又解決了上、下安裝板基準(zhǔn)面相關(guān)尺寸鏈難保證難題，本次研究圓滿成功。