叶片夹具（精选四篇）
叶片夹具 篇1
叶片是汽轮机的主要部件之一。加工装夹对叶片精度的非常重要:是保证加工型线符合图纸要求。如果夹具定位不准确[1],加工出的叶片装入机器后会引起转子不平衡,受力不均,导致机组振动和轴承损坏。直接影响到汽轮机产品的质量。
叶片模型参见图1。
每种叶片都有普通片、加厚片和末叶片三种规格。夹持端图形如图2所示。
目前很多工厂加工的夹具,如图3所示。
从图3可看出,夹具由两部分组成:左边为夹具体,右上部为夹持盒。夹持盒以底部凸台定位到夹具体的开放槽中,用螺钉固紧。工件以底部斜面2、前侧定位面3、左侧定位杆3定位。
夹紧由两部分组成:
1)前后侧夹紧
将工件放入夹持盒中,底面、前侧面、左侧面与定位面贴合,然后拧紧螺钉2。
1-夹具体夹持位2-底部定位面3-前侧定位面4-左侧定位杆
1-工件、2-后侧紧固螺钉、3-上侧夹紧螺母、4-压板、5-双头螺杆、6-垫块
2)上下侧夹紧
将双头螺杆5固定端拧紧到开放槽的螺孔中,放入垫块6、压板4、螺母3,旋紧螺母3。
装上工件后的图形如图4所示。
从图4可以看出,由于夹持座右端做成L形,导致夹持盒的刚性较差。另外由于夹持盒与夹持座是分开的,存在装配误差。夹持盒底部斜平面高度达到定位要求难,通常用加垫片的方法,调整不方便,花费时间长、定位精度低。定位面磨损后不能重用。压板与工件上表面小面积接触,会损伤工件表面。
另外对同规格的加厚片、末叶片(图4),由于定位斜面距安装底面的距离不同需制作另外的夹持盒。对于不同规格的每种叶片都需制作三块夹持盒,成本高。
因此,需要设计一种刚性好,重复定位精度高,适应范围较广的可调式夹具。
1 车铣复合机床加工可调试夹具的结构
本夹具由定位部件和夹紧部件组成(用UG软件绘制[2,3])。
1.1 定位部件分为三部分(如图5所示)
1)底部定位块16为斜面,与叶片左端夹持端底部5斜面接触,限制了三个自由度。用车铣复合加工中心加工,准确保证斜度复合图纸要求。
2)为保证斜面与工件回转中心的尺寸,需调整左侧定位锁紧螺钉6的位置,调整好后用螺母锁紧。
3)为保证夹持端前后两侧对称,调整前侧边定位块4,先松开紧定螺钉2,调整螺钉3,然后拧紧螺钉2。
定位调整需要将夹具安装到机床卡盘,夹紧后用百分表检查。
1—底座;2—前侧面定位锁紧螺钉;3—前侧面定位调整螺钉;4—前侧面定位块;5—工件(叶片);6—左侧定位锁紧螺母;7—左侧定位调整螺钉;8—后侧夹紧块;9—后侧夹紧螺钉;10—后侧夹紧块回弹螺钉(带压缩弹簧);11—上盖;12—上盖固定螺钉;13—上部压板回弹螺钉(带压缩弹簧);14—上部夹紧螺钉;15—上部夹紧块;16—底部定位块;17—防护板;18—防护板固定螺钉
1.2 夹紧部件为两部分(如图5所示)
松开情况下,后侧夹紧块回弹螺钉10和上部压板回弹螺钉13由于外围弹簧会拉动后侧夹紧块8和上部夹紧块15离开工件。
1)装入工件后,右选后侧夹紧螺钉9,螺钉9向前移动,使后侧夹紧螺钉8移动,前侧面与工件后侧面接触,拧紧螺钉9即将工件前后方向夹紧。
2)右旋上部夹紧螺钉14,螺钉14向下移动,接触上部夹紧块15向下移动,使夹紧15底部斜面与工件上部斜面接触,拧紧螺钉14使得工件上下方向夹紧。
为了保证加工过程中的铁屑不进入夹具体,在上盖11右侧面安装防护板17,用固定螺钉18将防护板拧紧。
1.3 定位调整量计算方法如下
1)左侧定位调整螺钉的螺纹为普通螺纹,其直径为M12,螺距1.75mm,将相应的参数填入下列的应用程序中,即可算出螺钉的旋转角度,如值为正,则顺时针旋钻,如值为负,则逆时针旋转相应角度。如图6所示(用VB编程软件制作[4])。
2)前侧定位调整螺钉为普通螺钉,其直径为M6,螺距为1mm,将相应的参数填入下列的应用程序中,即可算出螺钉的旋转角度,如值为正,则顺时针旋钻,如值为负,则逆时针旋转相应角度。如图7所示。
2 叶片可调试夹具的特点
1)对于同一规格叶片只需按底部定位尺寸的不同,制作不同的底部定位块。
2)对于不同规格叶片只需按底部和宽带定位尺寸的不同,分别制作不同的底部定位块16和前侧面定位块4即可。
3)夹紧后夹具体与工件融为一体,让叶片在加工过程中能承受较大的切削力。由于夹具体中没有铁屑,不需要在安装过程中清理,大大提高了装夹精度,缩短了装夹时间。使用一段时间后,前侧面定位块4和底部定位块16的定位面将会磨损,调整相对应的调整螺钉即可。
3 结论
本夹具精度高、刚性好,调整方便装夹省时,重复定位精度高。克服了目前每种规格和定位尺寸不同的叶片都要制作一套夹具,且刚性差、成本高、重复定位精度低,不易调整的难题。对不同规格或同一规格不同定位尺寸的叶片不需单独制作,降低了加工成本。本夹具已成功应用于德阳重装基地的几家企业和加工单位,并且适于广泛推广应用。
参考文献
[1]兰建设.机械制造工艺与夹具[M].北京:机械工业出版社,2006.
[2]袁锋.UG机械设计工程范例教程(高级篇)[M].北京:机械工业出版社,2006.
[3]谢国明.UG CAM实用教程[M].北京:清华大学出版社,2003.
叶片夹具 篇2
某燃机静子叶片焊接组合件, 是由6片叶片焊接组成, 其中叶片焊接后结构复杂, 焊接组合件体积较大。在不采用叶身低熔点合金浇铸精密定位法机加工中, 叶片焊接组合件基准面小, 定位不稳定, 零件让刀, 压紧块和定位块易干涉刀具, 叶片焊接组合件加工余量较大等情况, 暂时无更好的加工方法。根据以往加工单个叶片的经验, 这种情况我们通常采用低熔点合金块浇铸叶片, 转换叶片基准到合金块上进行加工, 才能保证零件的质量, 通过与工艺专家研究, 理论上采用低熔点合金块浇铸加工是可行的。我翻阅浇铸叶片的资料和自己在此方面工装设计上的经验, 浇铸夹具的设计要结合工艺规范给定的合金块, 设计浇注夹具的内腔结构和型腔的挡板、定位块和压紧等结构时, 考虑低熔点合金块尽量结构简化, 工人操作方便, 考虑定位稳定, 加工零件时不能让刀等因素, 可见浇铸夹具内腔结构的设计是夹具设计中的重中之重。
2 零件的结构和加工精度要求分析
某燃机静子叶片6片焊接组合为辐条形状, 结构形状复杂, 在车叶片焊接组合件上下安装板加工中, 零件为断削加工, 叶片安装板壁薄, 车加工强度不好, 边上易出现让刀现象, 而零件车加工精度要求较高, 同轴度0.03和0.05, 平面度0.03。在钻上安装板孔工序中, 孔位置度0.3如没有好的定位基准, 在机加工叶片焊接组合件时, 是很难加工出合格零件。
工艺规范工艺如下图:
3 设计浇注夹具的基本要求
在保证工艺规程浇铸工序要求的前提下, 浇铸夹具满足工人装拆零件方便, 满足浇铸零件质量稳定和零件浇铸效率。
1) 夹具精度要求:使定位基准由叶片转移到合金定位体上的精度满足工艺要求, 浇铸夹具上叶片的定位尺寸和形位公差都不大于0.01。
2) 确保合金定位体的强度, 设计小夹具角铁, 附在低熔点合金块外面, 形位公差都不大于0.01。
3) 技术条件:
a、滑动挡板和叶片定位块保持间隙0.05, 保证低熔点合金不渗漏和浇铸精度。
b、夹具结构紧凑, 定位块和压紧机构要可靠, 工人操作方便。
夹具总体结构如下图一。
4) 预期达到的技术、经济、质量指标
根据工装结构、精度和工艺技术条件分析, 预期达到:
a) 浇铸后, 角铁和叶片位置符合工艺要求, 不能有脱离现象。
b) 低熔点合金填充到叶片上下安装板之间, 不能有缺漏合金现象。
c) 叶片和方箱位置精度符合工艺要求。
4 夹具设计方案的确定
根据零件结构及工艺加工的特点, 对夹具设计结构在浇铸过程中可能存在的问题和可能在后续工作中出现的问题, 与有关工艺专家和工人进行了全面分析和研究, 为减少浇铸夹具复杂程度和增加低熔点合金块精度和强度, 我们应在低熔点合金块外附着金属板, 也就是角铁小夹具的设计方案。为减少以往叶片的两次浇注过程和出现零件让刀现象。浇注夹具的内腔结构, 采用内腔结构由上下叶片安装板定位块、叶身上下安装板型面、叶背背向立板、叶盆盆向侧压板组成。部分定位件和压紧件结构采用可拆卸、可拼装、可移动的设计, 浇注时夹具的装夹和拆卸的效率。在上安装板叶片背向定位附近轴向设计一个表座, 用百分表保证浇注叶片合金块的质量。
4.1 定位块设计
1) 上安装板定位块设计
设计上安装板定位块时, 由于不是机械加工, 没有外力的作用, 不需考虑定位块的强度, 为避免夹具过大和复杂, 我们在设计时不仅赋予上安装板定位块定位进气边面的职能, 还赋予密封、小夹具角铁侧面定位的职能, 还有载体叶片组件轴向定位销、侧面压紧块的职能。根据上述职能和叶片焊接组件定位面的形状, 定位块的设计结构如上图。
2) 下安装板定位块设计
设计下安装板定位块时, 我们不仅考虑定位块要起定位作用、密封作用、下安装板侧面定位块和侧面压紧块的载体作用, 还必须考虑小夹具角铁侧面压紧功能和浇铸后便于拆卸情况。为保证定位块定位的精度, 在设计时增加定向滑动。根据上述性质和叶片焊接组件定位面的形状, 定位块的设计结构如下图。
3) 侧定位块设计
设计上安装板侧定位块时, 我们避免夹具过大和复杂, 侧定位块即要定位叶片背向又起到叶片背向方箱上部密封作用, 又要起到一定叶片轴向定位作用。设计时采用与上安装板定位块用螺钉连接, 并与上安装板定位块在侧面轴向可小范围滑动侧定位块设计结构。
设计下安装板侧定位块时, 在设计上要考虑小夹具的压紧和浇铸后的拆卸方便, 叶片背向的定位问题和叶片背向方箱下部密封的作用, 设计时采用和下安装板定位块一起可移动方式, 并与下安装板定位块在轴向在同一平面的侧定位块设计结构, 方便浇铸后拆卸和定位的精度。
4) 叶片轴向定位的设计
轴向定位我采用在上安装板定位快设计一个销子定位, 并采用可拆卸的设计结构, 便于浇铸后拆卸, 同时在叶背一侧设计一个表座, 用百分表在浇注前找正焊接叶片组件变形和定位情况, 能更好控制叶片浇注质量。
4.2 角铁的定位板的设计
小夹具 (角铁) 设计, 在综合考虑方箱的重量、成本、强度后, 在方箱定位面局部上增加强度, 满足工艺对方箱的整体要求。如右图。
4.3 叉板设计
叉板在浇注夹具中, 是很重要的零件, 保证浇铸方箱的形状规矩性和尽量让合金盖过叶片排气边, 避免在后序加工零件中, 压紧零件时碰伤叶片。结构如图一方箱两侧挡板。
4.4 盆向压紧结构的设计
设计盆向压紧块时, 既保证盆向侧面压紧, 又要密封。压紧块重复压紧时, 要求压紧位置要稳定, 装拆要方便快捷, 设计采用带度的楔块两个方向压紧机构的压板, 满足设计的要求。
5 试验
采用这种夹具进行低熔点合金浇铸时, 浇铸前要对装夹零件用表找正, 用0.02塞尺检查夹具定位面和零件间的间隙, 不通过可浇铸。浇铸腔体不能有漏合金的地方, 有漏合金地方可用海绵体等堵上, 才可从没有上盖的方向浇满腔体。通过使用此方法浇铸, 浇铸叶片效率较高, 质量稳定性相对较好, 对后续车加工工序的零件质量也有所提高。
参考文献
[1]《叶片制造技术》-《透平机械现代化制造技术丛书》编委会主编刘艳, 北京:科学出版社, 2002.10.
[2]《航空工艺装备设计手册》.
叶片夹具 篇3
叶片是航空发动机的核心部件之一, 它的曲面形状和制造精度直接决定了飞机发动机的推进效率的大小。而叶片榫头是叶片的主要装配部位, 叶片在发动机上的位置是否正确不仅取决于叶身的加工制造精度, 而且还取决于榫头安装定位的准确性。因此, 榫头部位型面复杂, 尺寸精度和位置精度要求高, 表面完整性要求好, 榫头的加工工艺始终是叶片加工工艺的重中之重。
2 被加工零件的简介及分析
被加工零件为VI级工作叶片, 叶片总长为54.6mm, 叶身扭角大, 叶片榫头的最大特点是各型面均为圆弧形, 其尺寸精度要求较高, 最小公差只有0.04mm, 形位公差要求较严, 以上这些因素决定了叶片榫头的最好加工方法就是车削加工。
3 浇注整体环和车削加工夹具的设计分析
由于叶片叶身型面复杂, 传统的加工方法是先对单个叶片浇注低熔点合金方箱, 再利用方箱在夹具上定位后车削加工榫头型面, 每次只能加工4至8件叶片, 夹具结构复杂, 加工效率低。VI级工作叶片单台共有101片, 按传统的工艺路线进行加工, 单台叶片仅榫头的加工就需要至少半个月。
革故鼎新, 经过反复研究, 我们设计了一种模拟叶片在发动机中的装配关系, 将整台份发动机的VI级工作叶片通过夹具定位夹紧, 采用浇注低熔点合金的办法, 将夹具与叶片一起浇注为一个整体圆环, 再把它们作为一个整体进行数控车削加工。这样既能满足叶片加工圆弧型面的精度要求, 而且一次加工一台份的叶片, 保证了叶片加工的一致性, 大大提高了生产效率。
3.1 夹具定位, 压紧基准的选择
如图1, 榫头的B, D两面到中心线尺寸已通过拉削加工到位, 因此夹具设计时选B面为基准面, 选D面为压紧面, G为辅助支撑, 叶片的径向定位基准为A面, 再利用叶尖E径向顶紧。C面是两个斜面, 把它作为叶片挤紧时的靠紧面。这样叶片在夹具中各方向的自由度就都被限制住了。
3.2 浇注前叶片在夹具中的装配位置和装配精度的保证
为了保证叶片加工后的一致性, 叶片在夹具中的装配位置必须模拟叶片工作中的装配位置。叶片装配过程中, 为了最大限度地减少累积误差, 选用4个工艺件, 将夹具分为I、II、III、IV四个区, 如图2, 装配时首先在I区、II区按图2箭头方向逐件装配叶片, 第一片叶片装配时叶片度面C靠紧工艺件的定位面, 保证叶片基准A与内定位环之间不能有间隙, 间隙采用0.03mm塞尺插入深度不大于5mm保证。I、II区叶片装配完成后先预压紧叶片, 再按图示箭头方向装配III、IV区叶片, 完成后依次卸掉工艺件, 换上发动机叶片, 最终装配间隙通过工艺件2和4处的叶片修磨来调整。
3.3 夹具整体结构的设计与分析
为了满足叶片的工艺要求, 夹具结构设计时应满足以下几点要求:
3.3.1 由于叶片在加工过程中两面需翻转加工, 夹具要有互换的定位基准, 定位和压紧件必须可拆卸, 并有准确的定位功能。
3.3.2 由于叶片数量较多, 为保证其装配位置准确, 必须设计有叶片定位基准和摆放基准线。
3.3.3 因需在夹具定位固定后进行低熔点合金浇注, 所以要设计有浇注窗口多处。夹具的具体结构见图3:
夹具以NO1底座为基体, 将NO2定位圆环, NO3内定位环, NO4压盖等件有机地组装在一起, 使用时将定位圆环, 内定位环先组装到底座上, 然后按工艺要求将叶片依次摆放到夹具中, 最后将2、4位置的叶片按需修磨好后对准夹具刻线将叶片挤紧, 拧紧NO6螺钉将叶片顶平, 装配时用铝锤轻击叶片排气端, 保证叶片定位面与夹具定位面间无间隙, 经检验合格后将压盖装入夹具内, 用螺钉固紧, 便可按其浇注窗口进行浇注使用。在加工过程中, 必须先将内定位环和压盖卸下, 利用数控立车编程将叶片内圆和一侧面加工合格后, 再将压盖装入基体内, 起定位作用, 然后将夹具翻转并卸下定位圆环, 加工另一侧面。加工完成后, 加热夹具使低熔点合金熔化, 即可取出叶片。
为了方便叶片装配, 在底座靠近4个工艺件的位置开有四处U形槽, 这样叶片可由这些槽中装入。为了浇注方便, 并且在浇注过程中为防止合金流动不畅, 同时也为减轻重量, 在压盖端面开有14处方形浇口, 以利于浇注时观察其内部合金流动情况。在叶片车削加工完后, 这些浇口又是熔化合金流出的通道。
为了保证叶片的加工精度要求, 夹具的A面和B面既是加工基准又是测量基准, 必须保证A面的平面度要求以及B面对A面的平行度不大于0.005mm, 底座的外圆是夹具加工前的找正基准, 要保证它对A面的垂直度不大于0.01mm。
结论
工作叶片浇注整体环夹具填补了整台份叶片浇注整体环及车加工夹具一体化的空白。其中VI级叶片夹具首先投入使用, 加工效果很好, 满足了叶片的加工精度要求, 提高了生产效率几十倍。其它八级叶片夹具也相继投入使用, 零件加工合格。由于这种夹具方案的使用为公司节约上百万元资金, 而且其应用前景极好, 其它叶片榫头加工也可借鉴, 其潜在效益是不可预估的。
参考文献
[1]徐鸿本主编.机床夹具设计手册[M].辽宁科学技术出版社, 2004.3.
[2]肖继德, 陈宁平主编.机床夹具设计[M].机械工业出版社, 2002.2.
[3]刘守勇主编.机械制造工艺与机床夹具[M].机械工业出版社, 1994.
叶片夹具 篇4
作为航空航天发动机上的关键零部件, 外涵静子叶片具有很多的特点, 例如不规则的叶片形状;比较长的叶身叶片;多角度的空间形状;大半径的外缘板;较小的基准面;加工过程中的不稳定的叶片定位;加工用的钻头容易出现打滑现象;不能很好的保障钻孔精度。同时还存在的另一问题就是采用传统分度结构, 分度半径大, 造成设计夹具大, 工人操作费劲。在分度结构的加工过程中, 工序问题一直是施工工艺设计者的设计难点, 采用多道工序施工还是一道工序施工, 一直难以决定, 解决这一问题的关键问题就在于加工的工装用的夹具的相关设计。因此我设计了钻上缘板端面两个径向孔夹具, 就解决了上述技术难点。
1 外涵静子叶片结构简介
外涵静子叶片的形状为不规则的复杂结构, 叶片本身的特点是较长而且较薄, 外涵静子叶片的上端安装板具有一定的空间角度, 而且还拥有两个ф7毫米ф16.5毫米的阶向孔, 这两个阶向孔的具体位置是在ф1728毫米的圆周上, 两孔之间的夹角为3°。结构如图1所示。
2 在进行上缘板的径向孔的加工工艺技术要求 (如图2所示)
我们进行加工时, 通常情况下以叶片进气端的下安装版面A面;叶片板向上位置的下安装版面B面积叶片的最大弧面C面共同作为工艺基准面。工艺基准面的方面即为施工压紧面, 此面要使用摇臂钻床进行加工, 其中的两个孔的加工工序为一步完成, 相对的基准度在0.02毫米。
3 设计工装要求。
3.1 设计精度的相关要求
在工装设计时, 定位基准及分度销的位置精度, 要达到设计工装图要求, 转轴的平行度和分度销的相对位置公差为0.01。
3.2 设计的相关技术要求
(1) 要求叶片转盘灵活转动, 有紧凑的结构和可靠的定位。 (2) 当分度销与两个孔配合时, 要求配合的垂直公差为0.02。
3.3 关于工装操作可以实现的技术上, 经济上及质量上的预期
(1) 我们要使工装过后的叶片的两个孔的加工精度符合设计工艺要求。 (2) 在工装作业中, 我们要保证夹具的灵活转动, 安装便捷, 达到生产的要求。
4 关于工装夹具的方案的最终确定
在叶片夹具的设计过程中, 为了达到相关工艺的标准, 我们不可以遵循着传统的方式进行叶片夹具设计, 不要选择ф1728毫米直径的分度盘, 这种分度盘的夹具重量太沉, 生产成本较高, 夹具的精度得不到保障, 工人操作夹具也不方便。根据以往的实践经验, 我们在设计的过程中, 要将转盘的中心人为的放在叶片的中心处, 这样就可以解决夹具过沉的问题, 而且还能够达到两个孔一道工序施工完毕的目的。相比较上一个较沉的转盘, 在设计的难度和制造时间, 生产成本及加工精度上都有改进。经过缜密的研究讨论, 我们在施工中还是采用了转盘的中心人为的放在叶片的中心的施工工艺。 (见图3、图4)
4.1 设计分度盘结构时的要求
在进行分度盘设计的时候, 我们要求结构于浩简单, 操作要方便, 精度要高, 工艺性能好。要具备上述的优点, 我们首先要对手动插销进行设计, 将转盘的中心设置在叶片的下部, 这种设计方案, 即使夹具的结构紧凑, 又会让专控操作时出现最小摆角。这样会便于操作和生产。在设计夹具的分度时, 我们建议采用卧轴式, 这种结构的集聚为T型结构, 会增加夹具的稳定性能。在转盘的设计上, 我们采用长方形的结构, 这样可以减小摆角大小。分度盘和分度座体之间使用插销进行连接, 相应的结构见图3。
4.2 简介夹具模板的设计结构 (见图4)
叶片的钻孔质量是否达标是由夹具模板的结构所决定, 这种结构不仅要和刀具进行配合, 还要达到工艺的相关要求, 满足两个孔一道工序施工的目的。在模板转动过程中, 要保留一定的转动位置, 这样做的目的是达到夹具结构的紧凑。
4.3 铰链压紧的结构设计
为了保障径向定位孔的轴向稳定性, 我们在设计叶片的压紧结构的时候, 要使压紧结构具有高强度, 高刚性, 同时要便于操作, 在作业中, 不要影响转盘的分度位置。这一结构有很多组成部分, 例如:压紧支座, 压紧压板, 销轴, 螺钉, 弹簧等;这一结构的设计原理为压紧压板在螺钉的影响下, 围着销轴进行旋转, 从而将旋转力转移到压紧压板的前端, 达到叶片轴向压紧的目的。
5 叶片设计的相关实验
我们将外涵静子叶片的相关零部件在夹具上固定, 将夹具连通外涵静子叶片放入摇臂钻床上, 在钻床上进行钻孔加工和镗孔加工。
6 关于实验结果的分析和研讨
新设计过后的也破案在夹具的工装后, 在工艺性能上满足了我们的生产要求, 但是在大量生产叶片时, 我们还要改进模板的排削工艺。
摘要：某外涵静子叶片钻上缘板端面两个径向孔夹具, 采用分度式结构设计, 因叶片较长、叶片外缘板回转半径较大、为传统分度结构造成夹具体积大、制造周期长、成本高的问题, 在设计分度上采用分度中心与叶片回转中心不重合设计, 将分度中心上移到叶身中心处, 减少了夹具回转半径, 在分度转盘上设计叶片定位、压紧和钻模板机构, 钻模板随叶片转动, 并在设计叶片上缘板外圆定位块时, 使其既起定位作用, 又当钻模板, 保证孔位置与叶片一致, 在叶片径向压紧上采用铰链设计, 压紧螺钉在分度中心附近, 使夹具尽可能减小体积, 便于工人装夹零件和保证零件的加工质量。
关键词：定位块铰链,分度夹具,转盘钻模板
参考文献
[1]《透平机械现代化制造技术丛书》编委会.叶片制造技术[M].北京:科学出版社, 2002.
[2]《航空工艺装备设计手册》编写组.航空工艺装备设计手册夹具设计手册[M].国防工业品出版社, 1979.