发动机内壁蜂窝状嵌入块内型面的修复方法及其修复装置与流程

本发明涉及一种航空发动机高压涡轮径向间隙控制装置的蜂窝状嵌入块(以下通称“蜂窝状嵌入块”)内型面的修复方法及其装置。

背景技术：

在航空发动机进行大状态(最大、加力等状态)工作时，高压涡轮叶尖与涡轮机匣内壁之间的燃气泄漏会降低高压涡轮的工作效率。使用径向间隙稳定封严装置的航空发动机，在进行大状态工作时，其高压涡轮盘和叶片在热和离心力作用下径向拉伸，进而减小径向间隙和漏气量，提高高压涡轮工作效率。当叶片伸长与蜂窝状嵌入块2偶然接触时，优先使蜂窝状嵌入块2产生磨损，避免叶片尖端损伤。图4所示航空发动机内壁径向间隙稳定封严装置蜂窝状嵌入块2，是由多件环带、用径向销钉固定的蜂窝状嵌入块2、隔热板等零件组成的环状组件。

发动机内壁蜂窝状嵌入块2在高温、高速燃气冲刷、高相对速度碰磨等极严苛环境中工作。其主要故障形式有内型面磨损、热变形、裂纹、掉块等。内型面磨损超差是蜂窝状嵌入块2的主要报废原因之一。该零件内型面23截面物理特性、几何特征均相同，外形面为图5所示蜂窝状孔槽结构24，内型面为周向多列等距篦齿突起，形状较复杂，恢复极其困难。目前常用的整机排故方法是更换蜂窝状嵌入块，但是频繁更换蜂窝状嵌入块新品会大幅提高采购成本，同时会受采购周期影响延迟生产进度。目前生产中普遍采用的修复方法，是将内型面磨损超差的蜂窝状嵌入块集齐成套后，拼接成整环，将磨损超差的内型面篦齿铣削去除，使用特种堆焊技术对内型面进行接长，再将堆焊区域铣平后，加工出内型面篦齿，实现蜂窝状嵌入块的修复。采用拼接整环的方式，需要的夹持工装尺寸较大，其工装的定位方式和操作方式较复杂；在拼接整环的过程中需要集件成套，然而单片蜂窝状嵌入块的超差程度和铣削深度要求具有随机性，采用集件成套方式修理会造成资源浪费；同时任务数量随机性大，该方法灵活性低，存在拖慢生产进度的可能性，同时提高了多台零件混台的几率。

蜂窝状嵌入块是航空发动机的重要零件，其制造工艺复杂、成本高，服役环境恶劣属易报废。采用针对性装置实现嵌入块内型面恢复，是减少报废的有效途径。同时也是提高修理效率，降低劳动强度有效措施。

技术实现要素：

本发明的发明目的是针对上述现有技术存在问题，提供一种修复成本低，效率高，能够减小蜂窝状嵌入块修理报废率、降低劳动强度，提高修理加工效率和控制精度的蜂窝状嵌入块内型面恢复方法及其装置。

本发明解决其技术问题所采用的方案是，一种发动机内壁蜂窝状嵌入块内型面的修复方法，其特征在于包括如下步骤：根据发动机内壁蜂窝状嵌入块内、外型面为半径固定的同心圆弧段和不同截面物理形状、几何特征相同的条件；按对应机型的蜂窝状嵌入块2的工程图纸的设计尺寸和精度要求，加工出蜂窝状嵌入块2修磨轨迹的仿形模板13；然后，用对称于仿形模板13中心轴线的两个滚针轴承组3,支撑在仿形模板13下方弧形面的两端,再将仿形模板13固联在蜂窝状嵌入块内型面修复装置的传动机构4上的摇臂12上，蜂窝状嵌入块2固定在夹持机构7上边，摇臂12通过传动机构4带动仿形模板13运动，控制仿形模板13仿形运动轨迹的弧面，仿形模板13在两个支撑滚针轴承组3之间按修磨轨迹做摆线运动，蜂窝状嵌入块2随夹持机构7运动并与铣刀刀头1做相对摆动，依据放大标准嵌入块轨迹做标准嵌入块内型面运动，对蜂窝状嵌入块2内型面进行仿形铣削。

本发明相比于现有技术具有如下有益效果。

本发明利用仿形原理，放大铣削轨迹，采用蜂窝状嵌入块2的仿形模板13，依据放大标准嵌入块轨迹对嵌入块内型面进行仿形铣削，制作成本低廉、操作简单。通过仿形模板13带动蜂窝状嵌入块2做标准嵌入块内型面运动，提高控制精度；通过传动机构4，降低操作者劳动强度，提高加工效率。

本发明通过修复装置的底座两端由螺栓紧固两个限位挡板8，通过调整限位挡板8上的限位螺栓，可以限制仿形模板13的摆动幅度。

实验表明，使用本发明可以使蜂窝状嵌入块精密加工不再局限于拼接成环，减少了由于铣削深度不同引起的资源浪费，采用蜂窝状嵌入块的仿形铣削夹具，提升了生产效率，提高了产品质量的稳定性，提高了应对生产任务的灵活性；同时，使蜂窝状嵌入块修复保障能力得到有效提升。

附图说明

图1是本发明蜂窝状嵌入块内型面修复装置的仿形铣削原理图。

图2是根据图1原理设计的发动机蜂窝状嵌入块内型面修复装置的构造示意图。

图3是蜂窝状嵌入块夹持机构的构造示意图。

图4是蜂窝状嵌入块示意图。

图5是图4的A-A向局部放大俯视图。

图中：1铣刀刀头，2蜂窝状嵌入块，3滚针轴承组，4传动机构，5仿形弧面，6限位机构，7夹持机构，8限位挡板，9齿条，10齿轮轴，11底座，12摇臂，13仿形模板，14限位螺栓，15六角螺栓，16后上侧轴向挡板，17左上侧周向压板，18背紧螺栓，19右上侧周向挡板，20前上侧轴向压板，21基座，22压簧，23内型面，24蜂窝状孔槽结构。

具体实施例方式

参阅图1、图2。在以下描述的实施例中，本发明根据发动机内壁蜂窝状嵌入块内、外型面为半径固定的同心圆弧段和不同截面物理形状、几何特征相同的条件；按对应机型的蜂窝状嵌入块2的工程图纸的设计尺寸和精度要求，加工出蜂窝状嵌入块2修磨轨迹的仿形模板13。以下以蜂窝状嵌入块内型面修理为例，图4、图5所示蜂窝状嵌入块2任一点厚度均相同，内型面23与外型面为同心、半径固定的标准圆弧段，零件不同截面物理形状、几何特征相同。首先，利用三坐标测量仪对标准蜂窝状嵌入块作微米级测量，作出嵌入块修磨轨迹的仿形模板13，其次，利用仿形原理，将标准打磨轨迹经仿形放大，可以得到仿形模板13修磨的仿形运动轨迹弧面。用两个对称中心轴线的滚针轴承组3和传动机构4控制仿形模板13仿形运动轨迹，然后，用两个对称于仿形模板13中心轴线的两个滚针轴承组3,支撑在仿形模板13下方弧形面的两端,再将仿形模板13固联在嵌入块内型面修复装置的传动机构4上的摇臂12上，蜂窝状嵌入块2固定在夹持机构7上边，摇臂12通过传动机构4带动仿形模板13运动，控制仿形模板13仿形运动轨迹的弧面，仿形模板13在两个支撑滚针轴承组3之间按修磨轨迹做摆线运动，蜂窝状嵌入块2随夹持机构7上的铣刀刀头1做相对摆动，依据放大标准嵌入块轨迹做标准嵌入块内型面运动，对蜂窝状嵌入块2内型面进行仿形铣削。

在图2中，蜂窝状嵌入块的修复装置主体包括固定在底座11的仿形机构、位于仿形机构两端的限位机构6和固联仿形模板13的传动机构4。其中，仿形机构包括制有仿形弧面5的仿形模板13和固联在仿形模板13板端上侧面的夹持机构7和轴对称分布在底座11立板上的两个滚针轴承组3；限位机构6包括对称固定在底座11两端的限位挡板8和设置在所述限位挡板8两侧垂直平面上的限位螺栓14，限位挡板8通过沿底座11长度方向的六角螺栓15固联在底座11的两侧端面上。传动机构4包括，位于仿形模板13仿形弧面下方的齿条9和与所述齿条9啮合的齿轮轴10，以及定位于底座11后侧立板上，靠近夹持机构7的摇臂12。通过修复装置的底座两端由螺栓紧固两个限位挡板8，通过调整限位挡板8上的限位螺栓，可以限制仿形模板13的摆动幅度。

仿形模板13通过齿轮轴10与滚针轴承组3的限位，在底座11的两道立板之间形成轴向与径向的限位，夹持机构7通过拉紧螺栓紧固在仿形模板13上。当外力摇动连接齿轮轴10的摇臂12时，通过齿轮轴10与齿条9的啮合传动，将力矩传递到仿形模板13上。当仿形模板受到齿轮轴10与滚针轴承组3的限位，沿仿形运动路径进行周向摆动时，夹持机构7上紧固的蜂窝状嵌入块2也随之被带动起来做来回仿形周向摆动，运动轨迹恰好与蜂窝状嵌入块内型面相符。

参阅图3。夹持机构7的主体包括固联在基座21立方体后侧上方的后上侧轴向挡板16，位于基座21立方体左侧端面上的左上侧周向压板17，固联在基座21立方体右侧上方的右上侧周向挡板19和位于在立方体前侧上方的前上侧轴向压板20。其中，后上侧轴向挡板16和右上侧周向挡板19均为固定板，在装配时要保证，后上侧轴向挡板16内壁面与蜂窝状嵌入块2的接触面相互垂直，采用螺栓紧固于基座21立方体上，保证使用过程中不再松动，并不再拆卸；左上侧周向压板17为活动压板，通过连接于基座21立方体左侧的背紧螺栓18背紧，同时与基座21立方体左侧的压簧22相压紧；前上侧轴向压板20为活动压板，板上开有长条状通孔，可以使前上侧轴向压板20相对基座21上下移动，通过穿过长条状通孔连接于基座21立方体前侧的螺栓背紧。

安装蜂窝状嵌入块2时，将蜂窝状嵌入块2置于基座21上，使蜂窝状嵌入块2与后上侧轴向挡板16和右上侧向挡板19同时接触压紧无间隙；此时，后上侧轴向挡板16限制了蜂窝状嵌入块2的轴向位置，右上侧向挡板19限制了蜂窝状嵌入块2的轴向位置。

将前上侧轴向压板20沿长条状通孔推至最高位置，并使前上侧轴向压板20的内壁面抵紧蜂窝状嵌入块2轴向端面；拧紧穿过长条状通孔的螺栓，减小前上侧轴向压板20与后上侧轴向挡板16的距离，实现蜂窝状嵌入块2前后两侧的轴向压紧。通过拧紧穿过左侧周向压板17的背紧螺栓18，压缩基座21立方体左侧的压簧22，减小左上侧周向压板17与右上侧周向挡板19的距离，实现蜂窝状嵌入块2左右两侧的周向压紧。

当进行嵌入块修理时，首先需将蜂窝状嵌入块内型面修复装置紧固于铣床导轨上，将待修蜂窝状嵌入块2在夹持机构7上夹持紧固。其次，要经过量表测量定标，将铣刀刀头1对准蜂窝状嵌入块2内型面的最低切线位置，根据加工所需的铣削量和精度，对铣床进行准确的预调。最后，当铣刀刀头1对蜂窝状嵌入块2的内型面进行铣削时，通过反复顺(逆)时针摇动摇臂12，使仿形模板13带动蜂窝状嵌入块2反复摆动，使内型面周向各处均加工到。

修理完成后，抬起铣刀刀头1，旋动摇臂12使夹持机构7回复至中心位置，反方向旋动背紧螺栓18，使左侧向压板17从蜂窝状嵌入块2的端面脱离，解除周向夹持；反方向旋动背紧螺栓，使轴向压板20下降至最低位置，解除轴向夹持，取下蜂窝状嵌入块2。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，或者，均应包含在本发明的保护范围之内。