一種用于熱裝工藝的自動(dòng)化加熱裝置

□ 張曉紅 □ 楊 慶 □ 齊瑋鳳

中國(guó)航發(fā)動(dòng)力股份有限公司 西安 710021

1 設(shè)計(jì)背景

航空發(fā)動(dòng)機(jī)是一種高度復(fù)雜和精密的熱力機(jī)械,各零部件裝配連接質(zhì)量直接關(guān)系到發(fā)動(dòng)機(jī)使用的可靠性。發(fā)動(dòng)機(jī)零件的連接,常采用過(guò)盈止口裝配結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。熱裝配是過(guò)盈連接常用的一種方法,通常采用煙汽加熱、蒸汽加熱、油浴加熱、預(yù)引導(dǎo)熱裝配、紅裝等方式加熱配合零件,然后進(jìn)行裝配。熱裝后,包容件與被包容件均會(huì)產(chǎn)生變形,這種變形既包含熱變形,也包含擠壓變形。過(guò)盈量越大,擠壓變形就越大。擠壓變形常常造成不均勻變形,導(dǎo)致裝配失效。目前發(fā)動(dòng)機(jī)中采用過(guò)盈熱裝配的部件很多,多采用手持式加熱裝置加熱或加熱箱加熱,加熱效率低,并且加熱過(guò)程無(wú)定位,受熱不均勻,產(chǎn)生裝配應(yīng)力等,造成加熱后零件裝配精度不高,這是航空發(fā)動(dòng)機(jī)部件止口熱裝工藝急需解決的問(wèn)題。對(duì)此,設(shè)計(jì)了一種用于熱裝工藝的自動(dòng)化加熱裝置。

2 技術(shù)方案

采用過(guò)盈配合連接的大型部件,常規(guī)的裝配方法在筆者公司是無(wú)法完成的。一是無(wú)專(zhuān)用設(shè)備,二是零件尺寸和質(zhì)量都較大,現(xiàn)場(chǎng)無(wú)適合的加熱爐。即使可以加熱吊裝,從爐中取出到裝配現(xiàn)場(chǎng)的過(guò)程中會(huì)影響到熱脹的尺寸變化,進(jìn)而影響裝配,甚至?xí)斐裳b配零件報(bào)廢。另外,加熱時(shí)不能操之過(guò)急,不然會(huì)因應(yīng)力不均造成變形,影響裝配。

所設(shè)計(jì)的用于熱裝工藝的自動(dòng)化加熱裝置如圖1所示。根據(jù)金屬熱脹冷縮的原理,將待連接的包容件加熱,使之膨脹,減小與被包容件的過(guò)盈量,產(chǎn)生間隙,進(jìn)而使兩個(gè)零件很容易裝配在一起,冷卻收縮后達(dá)到過(guò)盈配合,實(shí)現(xiàn)緊固連接。這種方法適合于零件過(guò)盈量大或零件尺寸大不易使用冷作裝配的情況。在定位支座安裝面上,設(shè)計(jì)圓周徑向定位塊,具備定位功能。氣缸向上頂起,驅(qū)動(dòng)頂板上的硅橡膠加熱板接觸裝配止口,開(kāi)始加熱。徑向定位塊向后收起,防止阻礙零件熱膨脹。待完成熱變形后,氣缸向下移動(dòng),驅(qū)動(dòng)加熱板離開(kāi)裝配止口。然后起吊被加熱零件,進(jìn)行后續(xù)裝配工序。

機(jī)構(gòu)工作原理為頂板上的硅橡膠加熱板通過(guò)內(nèi)部加熱器實(shí)現(xiàn)加熱功能,使用溫控器控制溫度。

3 操作步驟

徑向定位塊安裝在定位支座的導(dǎo)槽內(nèi)移動(dòng),將全部徑向定位塊移動(dòng)到導(dǎo)槽頂端的定位面上,再通過(guò)螺釘鎖緊,完成徑向定位。將發(fā)動(dòng)機(jī)主燃單元體放置在定位支座上,實(shí)現(xiàn)定位。

將全部徑向定位塊向外移動(dòng),防止定位塊阻礙熱膨脹。氣缸向上頂起,推動(dòng)安裝在導(dǎo)套內(nèi)的驅(qū)動(dòng)軸。驅(qū)動(dòng)軸推動(dòng)由頂桿、彈簧、連桿組成的彈簧頂桿,頂桿推動(dòng)頂塊沿導(dǎo)軌向外移動(dòng),直到膠接在頂塊上的硅橡膠加熱板接觸到主燃單元體的裝配止口,硅橡膠加熱板內(nèi)的加熱器開(kāi)始加熱。

待加熱完成后,氣缸帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)軸向下移動(dòng),所有頂塊復(fù)位,硅橡膠加熱板脫離裝配止口。

發(fā)動(dòng)機(jī)吊裝脫離加熱裝置,開(kāi)始裝配工藝。

4 控制原理

自動(dòng)化加熱裝置控制原理如圖2所示。通過(guò)可編程序控制器進(jìn)行控制,當(dāng)氣缸運(yùn)動(dòng)開(kāi)關(guān)SB1按下時(shí),向可編程序控制器輸入端X1輸入信號(hào),控制輸出端Y1向電磁線圈YV1 發(fā)出信號(hào),電磁閥芯移動(dòng)到左位,控制氣缸向上運(yùn)動(dòng)。氣缸推桿的磁環(huán)運(yùn)動(dòng)到傳感器位置時(shí),感應(yīng)開(kāi)關(guān)SQ1動(dòng)作,向可編程序控制器輸入端X0輸入信號(hào),控制輸出端Y1和Y2向電磁線圈YV1和YV2 發(fā)出信號(hào),電磁閥芯移動(dòng)到中位,氣缸兩端同時(shí)進(jìn)氣保持壓力,從而保持位置。待加熱完成后,按下復(fù)位開(kāi)關(guān)SB2,向可編程序控制器輸入端X2輸入信號(hào),控制輸出端Y2向電磁線圈YV2發(fā)出信號(hào),電磁閥芯移動(dòng)到右位,控制氣缸向下復(fù)位。

5 關(guān)鍵技術(shù)

為了防止氣缸推力過(guò)大,造成發(fā)動(dòng)機(jī)主燃單元體裝配止口產(chǎn)生變形,導(dǎo)致機(jī)構(gòu)功能無(wú)法實(shí)現(xiàn),采用以下技術(shù)措施:

(1) 使用流量和速度控制閥,控制氣缸的運(yùn)動(dòng)速度和推力;

(2) 通過(guò)側(cè)面安裝的位置傳感器配合中位保壓式三位五通先導(dǎo)電磁閥,控制氣缸桿頂出的極限位置,當(dāng)氣缸桿移動(dòng)到極限位置時(shí),停止運(yùn)動(dòng)。

為了防止頂塊對(duì)裝配止口接觸力過(guò)大造成變形,采用彈簧頂桿,減小接觸力。

6 優(yōu)點(diǎn)

自動(dòng)化加熱裝置能精準(zhǔn)、快速地定位連接零件被加熱部位,使被加熱部位均勻受熱,加熱過(guò)程高效,操作安全方便,可以實(shí)現(xiàn)對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)主燃單元體配合止口的精準(zhǔn)、高效加熱,具體優(yōu)點(diǎn)有五方面。

(1) 加熱均勻性好。采用直接接觸式加熱,使零件被加熱部位快速受熱,且受熱均勻。

(2) 加熱部位精確,避免手持式加熱裝置加熱不均勻?qū)α慵B接的影響。

(3) 彈性接觸加熱,避免對(duì)零件加熱面造成損傷。

(4) 加熱效率較原手持加熱裝置加熱提升 80%,批量生產(chǎn)應(yīng)用效果更好。

(5) 裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,質(zhì)量輕,操作方便,使用安全。

7 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)熱裝工藝的難點(diǎn),自主研發(fā)設(shè)計(jì)了一種用于熱裝工藝的自動(dòng)化加熱裝置,將航空發(fā)動(dòng)機(jī)部件熱裝采用的人工加熱方式改為自動(dòng)化控制加熱,加熱效率提升80%,實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位加熱,加熱溫度準(zhǔn)確可調(diào),減小連接零件的裝配應(yīng)力,提高加熱質(zhì)量,在實(shí)現(xiàn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵裝配工序自動(dòng)化、智能化的基礎(chǔ)上,提升發(fā)動(dòng)機(jī)部件的裝配質(zhì)量及整機(jī)運(yùn)行的可靠性。這一自動(dòng)化加熱裝置適用于大多數(shù)止口類(lèi)過(guò)盈裝配連接的零部件,屬于通用型加熱裝置,可推廣應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域中類(lèi)似裝配結(jié)構(gòu)的加熱。