一种用于激光冲击强化汽轮机叶片的组合夹具的制作方法

本发明涉及到机械工程技术领域，特指一种用于激光冲击强化汽轮机叶片的组合夹具，适用于具有枞树型叶根的叶片、外包凸肩双T型叶根的叶片以及叉型叶根的叶片的装夹和定位。

背景技术：

激光冲击强化技术的原理是当高功率密度的短脉冲通过约束层，作用于金属表面的吸收层时，吸收层迅速气化，于此同时形成等离子气体。等离子气体急剧膨胀，在金属表面引入残余压应力。激光冲击强化是可以提高金属材料的抗疲劳、耐磨损和抗腐蚀能力的一种高新技术。

叶片是汽轮机上的重要零件，叶片在工作时承受较大的弯矩和离心力，有时还要经受电化学腐蚀。由于汽轮机叶片疲劳断裂而引起的事故比较常见，约占整个火力电厂运行事故的三分之一。因此，对叶片进行激光冲击强化对延长叶片使用寿命有很大意义。叶片的叶根是连接叶片与叶轮的结构，叶片的叶根分为T型叶根、菌型叶根、叉型叶根、枞树型叶根。T型叶根适用于高压级短叶片。枞树型叶根承载能力强、适用性好，适用于末级叶片。叉型叶根可靠性好，主要运用于长叶片中。

现阶段，由于对汽轮机叶片进行激光冲击强化时，夹具不能触碰叶片的工作区，且激光很难实现垂直冲击叶片的表面，因此叶片的定位以及夹紧一直是一个技术难点。对此需要一种用于激光冲击强化汽轮机叶片的组合夹具来提高激光冲击强化叶片的定位精度和装夹效率。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明的目的在于，提供一种定位精度高，特别是能够保证激光垂直冲击汽轮机叶片的适用于枞树型叶根、外包凸肩双T型叶根以及叉型叶根叶片激光冲击强化的组合夹具，该夹具可以提高汽轮机叶片的装夹效率。

本发明的目的是通过以下技术手段来实现的：

一种用于激光冲击强化汽轮机叶片的组合夹具包括夹具体、用于枞树型叶根的左夹体、用于枞树型叶根的右夹体、用于外包凸肩双T型叶根的左夹体、用于外包凸肩双T型叶根的右夹体、用于叉型叶根的左夹体、用于叉型叶根的右夹体、内六角螺栓、螺旋夹紧机构、连接法兰、对光器。

在三个左夹体夹紧面的对面均布有螺纹孔，六角螺栓穿过夹具体的左壁夹紧左夹体；三个右夹体顶面上均布有沉头槽，采用内六角螺栓向下依次穿过防松垫片和沉头槽，固定右夹体和夹具体；没有装夹叶根时右夹体在夹具体长度方向有移动自由度，在夹具体的右壁上开有两个螺纹孔，与螺栓配合形成螺旋夹紧机构，当夹紧叶根时，螺栓向前顶住右夹体的背面，右夹体的正面是夹紧区域，与叶根相接触，旋紧内六角螺栓，右夹体的六个自由度被完全限制。

所述夹具体与六角螺母之间还设有防松垫片。

所述用于枞树型叶根的左、右夹体的夹紧区域为波浪形曲面，当夹紧叶根时，所述用于枞树型叶根的左夹体和用于枞树型叶根的右夹体的底部留有2mm的间隙，用于枞树型叶根的左夹体的底面设有一个定位销用于限制枞树型叶根在夹具体宽度方向的移动自由度。

所述用于外包凸肩双T型叶根的左、右夹体夹紧区域的形状为外包凸肩双T型叶根叶槽的形状；所述用于外包凸肩双T型叶根的左夹体的后端设有一块挡板。所述用于外包凸肩双T型叶根的右夹体的前端设有一块挡板，两块挡板限制了外包凸肩双T型叶根在夹具体宽度方向的移动自由度；所述用于外包凸肩双T型叶根的右夹体与叶根外包处的水平接触面(A面)为一平面；当夹紧叶根时，所述用于外包凸肩双T型叶根的左夹体和用于外包凸肩双T型叶根的右夹体的底部留有2mm的间隙。

所述用于叉型叶根的左夹体的右垂直面的中央有一块定位销，用于限制叉型叶根在在夹具体宽度方向的移动自由度，当夹紧叶根时，用于叉型叶根的左夹体和用于叉型叶根的右夹体的底部留有2mm的间隙。

所述三个右夹体上的沉头槽长20mm，三个右夹体在夹具体长度方向有20mm的行程。

所述内六角螺栓既可作为三个右夹体的导轨，也可以夹紧右夹体。

所述夹具体底面设有连接法兰，用于连接机械手。所述连接法兰与夹具体通过六角螺栓连接。

所述夹具体的对光器由万向节和对光板组成。所述对光板的两个垂直面上分别开有两个圆孔，万向节的角度根据不同的叶片通过计算得出，保证对光板上的两个圆孔连成的直线垂直于叶片边缘面。所述万向节角度确定并摆正后，通过焊接固定住万向节的转向，使其转角不会产生偏转，所述万向节、对光板和左夹体之间各通过螺丝连接，且均完全定位；本发明专利有三种夹具体故有三个转角不同的对光器。

所述内六角螺栓、六角螺栓、螺旋夹紧机构均采用三角形粗牙螺纹，螺纹升角≤26°。

所述夹具体、用于枞树型叶根的左夹体、用于枞树型叶根的右夹体、内六角螺栓、六角螺栓、螺旋夹紧机构、垫片连接法兰、用于外包凸肩双T型叶根的左夹体、用于外包凸肩双T型叶根的右夹体、用于叉型叶根的左夹体、用于叉型叶根的右夹体、对光器均采用不锈钢材料。

本发明所述的激光冲击强化汽轮机叶片夹具的对光原理如下：

激光器发出激光的方向是固定的，因此通过调节机械手带动夹具体运动，使与激光路径重合的指示光穿过对光器的对光板上的两个圆孔落在叶片边缘的第一个冲击点上，由于该两孔连成的直线垂直于汽轮机叶片的边缘面，因此指示光或激光垂直于汽轮机叶片边缘面。

激光冲击强化汽轮机叶片的初始位置度及垂直度由对光器保证，激光冲击强化汽轮机叶片其余各点的位置度以及垂直度由CAM程序保证。

本发明的增益效果：

1.本发明结构简单，便于装夹操作，提高了激光冲击强化汽轮机叶片的效率。

2.本发明可以保证激光垂直冲击汽轮机叶片的表面，且汽轮机叶片在夹具体上完全定位，本发明提高了激光冲击强化汽轮机叶片的精度。

4.本发明采用组合式设计，一个夹具体可以满足不同叶根的定位夹紧，具有一定程度的柔性。

5.本发明夹紧叶根时不直接接触叶片的工作区域，方便对叶片进行后续的激光冲击强化处理。

6.本发明的夹紧区域大部分为叶根叶槽的形状，因此加工时可直接用叶槽铣刀加工，生产成本不高。

附图说明

图1为适用于枞树型叶根的夹具装夹叶片的三维结构示意图。

图2为适用于外包凸肩双T型叶根的夹具装夹叶片的三维结构示意图。

图3为适用于叉型叶根的夹具装夹叶片的三维结构示意图。

图4为适用于枞树型叶根的夹具装夹叶片时的剖视图(去除对光器)。

图5为适用于外包凸肩双T型叶根的夹具装夹叶片时的剖视图(去除对光器)。

图6为适用于叉型叶根叶片的夹具的三维结构示意图。

图7为适用于外包凸肩双T型叶根的夹具体的三维结构示意图。

图8为对光器的三维结构示意图。

图9为枞树型叶根的三维结构示意图。

图10为外包凸肩双T型叶根的三维结构示意图。

图11为叉型叶根的三维结构示意图。

其中，1为夹具体，2为用于枞树型叶根的左夹体、3为用于枞树型叶根的右夹体、4为内六角螺栓、5为六角螺栓、6为小六角螺栓、7为螺旋夹紧机构、8为防松垫片、9为连接法兰。10为用于外包凸肩双T型叶根的左夹体、11为用于外包凸肩双T型叶根的右夹体、12为用于叉型叶根的左夹体、13为用于叉型叶根的右夹体、14为枞树型叶根叶片、15为外包凸肩双T型叶根叶片、16为叉型叶根叶片、17为对光器、18为指示光或激光、A为用于外包凸肩双T型叶根的右夹体与叶根外包处的水平接触面、B为用于枞树型叶根的定位销、C为用于叉型叶根的定位销、D为万向节、E为对光板、F为圆孔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详述，但本发明的保护范围并不仅限于此。

如图所示，本发明包括夹具体1、用于枞树型叶根的左夹体2、用于枞树型叶根的右夹体3、内六角螺栓4、螺旋夹紧机构7、连接法兰9、用于外包凸肩双T型叶根的左夹体10、用于外包凸肩双T型叶根的右夹体11、用于叉型叶根的左夹体12、用于叉型叶根的右夹体13、对光器17。

在三个左夹体2、10、12夹紧面的对面均布有螺纹孔，六角螺栓5穿过夹具体1的左壁夹紧左夹体1。三个左夹体2、10、12与六角螺栓5之间还设有防松垫片8。三个右夹体3、11、13顶面上均布有沉头槽，内六角螺栓4向下依次穿过防松垫片8和沉头槽，固定右夹体3、11、13和夹具体1。当未夹紧叶根14、15、16时，右夹体3、11、13在夹具体长度方向上可以移动。在夹具体1的右壁上开有两个螺纹孔，与螺栓配合形成螺旋夹紧机构7。当夹紧叶根14、15、16时，螺旋夹紧机构7向前顶住右夹体3、11、13的背面，右夹体3、11、13的正面是夹紧区域，与叶根14、15、16相接触，旋紧内六角螺栓4，因此右夹体3、11、13的六个自由度被完全限制。

本发明所述的激光冲击强化汽轮机叶片夹具的安装步骤如下：

(1)用普通外六角将连接法兰9固定在夹具体1上。

(2)根据叶根的型号选择相应的左夹体，用普通外六角扳手将六角螺栓5穿过夹具体1的左壁固定住左夹体。将对光器17通过螺丝安装在左夹体上。

(3)根据叶根的型号选择相应的右夹体，将右夹体的沉头槽对准夹具体1的螺纹孔，用普通内六角扳手将内六角螺栓4穿过右夹体旋入夹具体1，但不要旋紧，保证右夹体在夹具体1长度方向可以移动。

(4)用左夹体定位叶根。若叶根为枞树型叶根14则将叶根底部的缺口对准定位销，将叶根嵌入左夹体中，若叶根为外包凸肩双T型叶根15则从夹具体1宽度方向上将叶根插入左夹体中，若叶根为叉型叶根则将叶根中间的缺口对准左夹体的定位销，将叶根嵌入左夹体中。

(5)用普通外六角扳手旋动螺旋夹紧机构7，使右夹体夹紧叶根。

(6)用普通内六角扳手将内六角螺栓4旋紧，固定住右夹体，完成装夹。

本发明所述的激光冲击强化汽轮机叶片夹具的对光以及使用步骤如下：

(1)把夹具装夹叶片的三维模型导入Mastercam中编写CAM程序，使激光能够垂直冲击叶片边缘面。

(2)在Mastercam中的Robotmaster模块进行夹具轨迹模拟，确保夹具与机械手以及周围设备没有干涉，模拟无误后将CAM程序拷贝到机械手的示教器中。

(3)激光器发出激光的方向是固定的，因此通过示教器调节机械手带动夹具体移动，使与激光路径重合的指示光穿过对光器17对光板上的两个圆孔落在叶片边缘的第一个冲击点上，由于该两孔连成的直线垂直于汽轮机叶片的边缘面，指示光或激光垂直于汽轮机叶片边缘面。

(4)拆下对光器，防止对激光产生干涉。

(5)启动程序，开始对叶片进行激光冲击强化。