某燃机静子叶片焊接组件浇注夹具设计

刘建伟

（中航工业黎明航空发动机集团公司，辽宁 沈阳 110043）

某燃机静子叶片焊接组件浇注夹具设计

刘建伟

（中航工业黎明航空发动机集团公司，辽宁 沈阳 110043）

某燃机静子叶片焊接组合件机加工作，就利用低熔点合金定位块将叶片准确定位，从而使定位基准由叶片叶身上转移到低熔点合金定位体上，及大提高叶片焊接组合件加工质量和效率。低熔点合金浇铸夹具设计就是这项工作中关键的一项设计工作。

叶片；浇注夹具；内腔结构；叶片定位块；低熔点合金

1 引言

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。

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。

[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》.

[3]《夹具设计手册》国防工业品出版社.

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