基于熱補償原理的Ti2AlNb+GH536真空釬焊夾具設(shè)計技術(shù)研究

■ 梁冬冬 朱曉嬋 郭相峰/中國航發(fā)西航

利用材料在溫度變化時熱膨脹系數(shù)不同的屬性，通過理論計算確定合理的夾緊裝置所用材料和結(jié)構(gòu)，完成了發(fā)動機導向葉片內(nèi)支承蜂窩組件真空釬焊夾具設(shè)計，確保了真空釬焊過程中對零件準確的定位和夾緊，防止零件變形。

由Ti2AlNb制成的導向葉片內(nèi)支承為大型薄壁環(huán)形零件。產(chǎn)品設(shè)計要求在其內(nèi)壁用真空釬焊焊接3級材料為GH536的高溫合金蜂窩組件。工藝設(shè)計要求用一套夾具完成3級蜂窩組件和內(nèi)支承組件的定位夾緊，在真空釬焊爐內(nèi)的整個工作過程中，夾具對零件始終保持夾緊但又不能夾傷零件，同時不能造成零件整體變形。導向葉片內(nèi)支承焊接組件如圖1所示，圖1（b）中藍色為蜂窩組件表面。

由于基體和蜂窩組件的材質(zhì)不同，無法使用儲能點焊定位，而需要通過夾具進行定位和夾緊。在整個過程中，夾具須始終保持對零件的夾緊且不能造成零件變形。

本項目通過對材料熱變形技術(shù)的分析研究，提出了利用不同材料在溫度變化時熱膨脹系數(shù)不同的機理，選用熱膨脹系數(shù)能滿足要求的工裝材料，設(shè)計出結(jié)構(gòu)尺寸合理的夾緊裝置，解決了夾緊問題；通過若干個獨立的夾緊裝置沿圓周方向分布，對零件和蜂窩組件進行分段夾緊，避免了零件產(chǎn)生變形。

圖1 導向葉片內(nèi)支承焊接組件

真空釬焊夾具設(shè)計

難點分析

在工作溫度變化過程中，要求夾具始終保持對零件的夾緊且不能變形。普通工裝常用的夾緊方式（如彈簧、螺紋連接件等）都不適用。另外，真空釬焊工藝要求3級蜂窩組件同時焊接，且每個蜂窩的表面需要夾具全覆蓋式夾緊，如何設(shè)計出合理的夾具結(jié)構(gòu)，滿足3級蜂窩組件同時焊接是該項目的難點。

設(shè)計原理

在常溫狀態(tài)下，蜂窩組件和內(nèi)支承件被夾塊夾緊在夾具中，如圖2所示。當零件和夾具在真空釬焊爐中加熱到近1000℃時，蜂窩組件、內(nèi)支承件、夾塊和夾具體均會產(chǎn)生熱膨脹。為使夾緊裝置保持對零件的夾緊但又不夾傷零件，利用材料在溫度變化時熱膨脹系數(shù)不同的屬性，根據(jù)蜂窩和內(nèi)支承零件尺寸和材料的熱膨脹系數(shù)，通過理論計算，確定夾塊和夾具體材料的熱膨脹系數(shù)和尺寸，使其熱膨脹量與蜂窩和內(nèi)支承件的熱膨脹量相匹配，從而既保證夾緊裝置對零件的持續(xù)夾緊，又不會夾傷零件和使零件產(chǎn)生變形。

圖2 夾緊裝置結(jié)構(gòu)

圖3 定位盤結(jié)構(gòu)示意圖

圖4 夾緊裝置布局

夾緊裝置中的夾塊設(shè)計成相同材料的兩個部分，接觸零件的部分設(shè)計成與零件配合表面相適應(yīng)的結(jié)構(gòu)形狀。夾塊兩部分配合的表面設(shè)計成楔形面，工作時通過楔形面消除間隙，保證零件與蜂窩組件可靠夾緊。

夾具總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

導向葉片內(nèi)支承為大型薄壁環(huán)形零件，要焊接的蜂窩組件為圓環(huán)形，為避免整體夾緊結(jié)構(gòu)使零件產(chǎn)生變形，采用若干個獨立的夾緊裝置沿圓周方向分布，對零件和蜂窩組件進行分段夾緊。

真空釬焊工藝要求3級蜂窩組件同時焊接，且每個蜂窩的表面需要夾具全覆蓋式夾緊?？紤]到空間布局問題，每1級蜂窩組件設(shè)計16組夾緊裝置，3級共48組夾緊裝置沿圓周均勻分布。夾緊裝置與蜂窩接觸的表面設(shè)計成扇形結(jié)構(gòu)，盡可能多地接觸蜂窩表面，保證可靠夾緊。

為方便48組夾緊裝置排列布局，設(shè)計了帶有48個等寬等深均勻分布徑向槽的定位盤，將夾緊裝置依次放置到安裝槽中，完成3級蜂窩組件的夾緊，如圖3所示。

夾緊裝置布局如圖4所示，可以看出，件2（藍色組）和件4（橙色組）分別為夾緊另外2級蜂窩的16個夾緊裝置的夾具體，件3（黃色組）為夾緊1級蜂窩的16個夾緊裝置的夾具體。

效果分析

圖5 導向葉片內(nèi)支承蜂窩組件真空釬焊夾具

導向葉片內(nèi)支承蜂窩組件真空釬焊夾具設(shè)計如圖5所示，每1級蜂窩組件由16組夾緊裝置分段夾緊，每組夾緊裝置保證支承件與蜂窩組件在該段的夾緊可靠。3級蜂窩組件共48組夾緊裝置沿圓周均勻分布，避免了真空釬焊過程中零件發(fā)生變形，解決了Ti2AlNb大型薄壁環(huán)形件與蜂窩組件真空釬焊工裝夾緊的技術(shù)難題。釬焊夾具實物如圖6所示。

圖6 釬焊夾具實物

結(jié)束語

利用材料在溫度變化時熱膨脹系數(shù)不同的屬性，確定合理的夾緊裝置材料和結(jié)構(gòu)，保證了真空釬焊過程中對零件的夾緊；同時采用若干個獨立的夾緊裝置沿圓周分段對零件和蜂窩組件進行夾緊，避免了整體夾緊結(jié)構(gòu)使零件產(chǎn)生變形，滿足了真空釬焊過程中的定位夾緊要求。