一种用于多级整体叶盘电子束焊接的夹具的制作方法

本发明属于航空发动机转动件制造工具技术领域，具体涉及一种用于多级整体叶盘电子束焊接的夹具。

背景技术：

三级整体叶盘作为航空发动机中的转动件，对其动平衡和静平衡都有着非常严格的要求，如果因焊接加工过程中导致的任何不均匀变形都会严重影响零件整体平衡。由于三级整体叶盘是由单个的1号整体叶盘、2号整体叶盘和3号整体叶盘组成，使用前需要将1号叶盘与2号叶盘中部、2号叶盘和3号叶盘中部通过电子束焊接来完成3个整体叶盘的连接。

当用电子束焊接时，由于一方面焊接形成的熔池在焊接部位正反面的宽度不均匀会导致零件会发生焊接变形，另一方面在焊接过程中，因焊接电流需要在某一区域增加到稳定值，然后维持在某一稳定值时完成所在位置的焊接，其后电流又需要在另一区域降低至0，因而就会导致焊接热输入在周向上分布不均匀，这种热输入的不均匀也会造成零件变形的不均匀。而且这种不均匀变形不仅会出现在第1级辐板、第2级辐板和第3级辐板上，还会出现在它们所围合形成的区域m-n和区域p-q中，见图1。一般而言，当留有加工余量的情况下，在第1级辐板、第2级辐板和第3级辐板外侧上出现的不均匀变形还可以通过焊接后进行机械加工来得以消除，但是其围合所形成的区域m-n和区域p-q在焊接后因机械加工的可达性差，加工时具有非常高的难度，零件报废的风险将大幅增加。况且，这些叶盘在电子束焊接前通常已加工至最终状态，也就是说基本没有剩余加工余量。当区域m-n和区域p-q焊接后发生较大变形时，因对平衡的影响将导致零件不能满足使用要求，就只能作报废处理了。

从图1可见，2号整体叶盘的辐板直径较下侧1号整体叶盘的辐板和上侧3号整体叶盘的辐板直径大，这样就使得第2级辐板内凹至上、下两个辐板之间。如果焊接时采用焊接夹具通过对辐板进行约束来消除这种焊接的不均匀变形时，也会因2号整体叶盘的辐板这种内凹结构使得其很难被充分约束，从而导致该辐板及其附近的m-n、p-q区域的变形将更加难以控制。虽然也可以采用普通定位环来对2号整体叶盘的辐板进行约束，控制其附近区域变形，但电子束焊接后定位环必须采用机械方法予以去除，而机械方法去除定位环的过程中极易伤到相邻叶盘的辐板表面，导致辐板尺寸超差零件报废。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有三级整体叶盘在电子束焊接中出现的变形大，无法满足使用要求的问题，提供一种用于多级整体叶盘电子束焊接的夹具。

本发明提供的一种用于多级整体叶盘电子束焊接的夹具，其特征在于该夹具是由底座、固定立柱、下固定隔块、上固定隔块、盖板、压紧螺帽和吊装耳环组成，固定立柱、下固定隔块、上固定隔块、盖板、压紧螺帽依次由下向上与待焊接的1号、2号和3号整体叶盘交错装配在底座上，吊装耳环固连于固定立柱的上端面。

以上夹具中所述的底座为圆形盘，其上表面有一同轴限位凸台，凸台的直径与待焊接的1号整体叶盘下端面盘孔内径匹配，其上开有销孔。

以上夹具中所述的固定立柱为一圆柱体，柱体直径与待焊接的1号和3号整体叶盘辐板内径匹配，其上端部壁面开有螺纹，下端部壁面水平外凸形成二级台阶，第一级台阶上开有销孔，并通过销钉与底座相连，安装时第二级台阶上端面与待焊接的1号整体叶盘辐板的下端面匹配接触相连；上端部顶面开有一螺纹孔。

以上夹具中所述的下固定隔块为一带上凸台的圆环，上固定隔块为一带下凸台的圆环，圆环内径与固定立柱外径匹配，两凸台的外径均与待焊接的2号整体叶盘的辐板内径匹配，安装时依次套接在固定立柱的圆柱体上，下固定隔块的下端面与待焊接的1号整体叶盘辐板的上端面接触相连，并使待焊接的2号整体叶盘的辐板固定于两凸台外两台阶之间形成的凹槽中，且上固定隔块的上端面刚好与待焊接的3号整体叶盘辐板的下端面接触相连。

以上夹具中所述的盖板为一圆环板，圆环板的内径与固定立柱外径匹配，圆环板的外径与待焊接的3号整体叶盘辐板上端面盘孔内径匹配，安装时盖板外侧面与待焊接的3号整体叶盘上端面盘孔内壁接触相连，并使待焊接的3号整体叶盘的辐板固定于上固定隔块与盖板之间的凹槽内。

以上夹具中所述的压紧螺帽通过固定立柱上端部外壁面的螺纹，可将待焊接的1、2和3号整体叶盘与夹具的其它部件压紧固连为一体。

以上夹具中所述的下固定隔块的上凸台和上固定隔块的下凸台分别为四个，每个凸台均呈扇形，均布于下固定隔块的上方或上固定隔块的下方，而每两个凸台间为一凹槽，在凹槽对应位置的隔块另一面上也开有一凹槽。

以上夹具中所述的底座限位凸台和固定立柱第一级台阶上开的销孔至少为4个。

由于采用本发明夹具对三级整体叶盘进行电子束焊时，夹具中的下固定隔块、上固定隔块是与零件交替安装在固定立柱上，并分别位于1号整体叶盘辐板与2号整体叶盘辐板围合形成的区域p-q和2号整体叶盘辐板与3号整体叶盘辐板围合形成的区域m-n中，当焊接完成后，无法直接将下固定隔块和上固定隔块取下，需要采用手工打磨或车加工方式去除，因而为了便于采用手工打磨或车加工方式轻易去除，下固定隔块和上固定隔块的材料选为锡铋合金。这是因为一方面锡铋合金材料的强度较低，不会对零件造成碰划伤，另一方面取下的难度和需要技巧也较低，且切断后的剩余残件可被反复回收利用，以降低成本。夹具其余部件材料可采用300系列不锈钢制造。

本发明与现有技术相比，具有以下积极效果：

1、由于本发明是根据需要进行焊接的三级整体叶盘的结构设计了与之匹配度极高的夹具，焊接效果非常好，使电子束焊接后的三级整体叶盘各级辐板的圆跳和端面跳动(即变形)不大于0.10mm，因而不仅可解决现有焊接夹具存在的多级整体叶盘中间辐板直径大小不同时，直径较大的辐板焊接不易控制，极易带来的不均匀变形的问题，且弥补了普通定位环在去除时极易伤到相邻叶盘辐板，导致叶盘报废的缺陷，减少废品率，降低生产成本。

2、由于本发明提供的夹具中下固定隔块和上固定隔块都是采用的锡铋合金制成，而锡铋合金熔点仅为138℃，因而通过手工打磨或车加工方式切下或取下的锡铋合金隔块可通过重熔重复利用，可减少材料浪费，降低成本。

3、由于本发明提供的夹具不仅下固定隔块和上固定隔块采用锡铋合金制造，避免了使用过程中对零件造成的损伤，且夹具的其它部件又是采用300系列不锈钢，因而还具有不生锈、无磁特点，减少了夹具清洗工作量和电子束焊前需进行退磁处理的麻烦。

4、本发明提供的夹具结构简单，操作使用方便、可靠性高，可以一次实现多级整体叶盘的焊接，提高焊接生产效率。

附图说明

图1为待焊接三级整体叶盘的主视结构剖面示意图；

图2为本发明提供的焊接夹具装配后各部件的主视结构剖面示意图；

图3为本发明提供的夹具中下固定块的俯视结构、a-a向和b-b向剖视结构示意图；

图4为本发明提供的夹具中上固定块的俯视结构、c-c向和d-d向剖视结构示意图；

图5为本发明提供的夹具与待焊接三级整体叶盘(只画了一半)装配后的主视结构示意图。

图中：1-底座、2-销孔、3-固定立柱、4-销钉、5-螺纹孔、6-下固定隔块、7-上凸台、8-凹槽、9-上固定隔块、10-下凸台、11-凹槽、12-盖板、13-压紧螺帽、14-吊装耳环、15-凹槽、16-凹槽。

具体实施方式

下面结合附图给出实施例，以对本发明进行具体的描述，有必要在此指出的是以下实施例只用于对本发明作进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术熟练人员根据上述本发明的内容和设计思想所作出的非本质的改进和调整，仍应属于本发明的保护范围。

实施例

本实施例提供的一种用于多级整体叶盘电子束焊接的夹具是根据某型发动机三级整体叶盘来进行设计的，其焊接位置有两处，分别位于1号整体叶盘和2号整体叶盘、2号整体叶盘和3号整体叶盘中部位置，见图1，因而设计的该夹具的结构如图2所示，具体是由底座1、固定立柱3、下固定隔块6、上固定隔块9、盖板12、压紧螺帽13和吊装耳环14组成，固定立柱3、下固定隔块6、上固定隔块9、盖板12、压紧螺帽13依次由下向上与待焊接的1号、2号和3号整体叶盘交错装配在底座1上，吊装耳环14固连于固定立柱3的上端面，见图5。

其中底座1为圆形盘，其上表面有一同轴限位凸台，凸台的直径与待焊接的1号整体叶盘下端面盘孔内径匹配，其上开有4个销孔2。固定立柱3为一圆柱体，柱体直径与待焊接的1号和3号整体叶盘辐板内径匹配，其上端部壁面开有螺纹，下端部壁面水平外凸形成二级台阶，第一级台阶上开有4个销孔2，与底座上的4个销孔2对应，并通过销钉4与底座1相连，安装时第二级台阶上端面与待焊接的1号整体叶盘辐板的下端面匹配接触相连，上端部顶面开有一螺纹5。下固定隔块6为一带上凸台7的圆环，上固定隔块9为一带下凸台10的圆环，两圆环内径与固定立柱3外径匹配，两凸台7、9的外径均与待焊接的2号整体叶盘的辐板内径匹配，安装时依次套接在固定立柱3的圆柱体上，下固定隔块6的下端面与待焊接的1号整体叶盘辐板的上端面接触相连，并使待焊接的2号整体叶盘的辐板固定于两凸台7、10外两台阶形成的凹槽中，且上固定隔块9的上端面刚好与待焊接的3号整体叶盘辐板的下端面接触相连。为了使叶盘焊接后易于通过手工打磨或车加工方式将位于围合区域m-n和区域p-q内的下固定隔块6和上固定隔块9切下或取下，本实施例的下固定隔块6的上凸台7和上固定隔块9的下凸台10分别设计为四个，每个凸台7、10均呈扇形，均布于下固定隔块6的上方或上固定隔块9的下方，而每两个凸台间为一凹槽8、11，在凹槽8、11对应位置的隔块另一面上也开有一凹槽15、16。这样凹槽部位的隔块就比较薄，就更利于用合金打磨头沿凹槽切断，将下固定隔块6和上固定隔块9取出。盖板12为一圆环板，圆环板的内径与固定立柱3外径匹配，圆环板的外径与待焊接的3号整体叶盘辐板上端面盘孔内径匹配，安装时盖板12外侧面与待焊接的3号整体叶盘上端面盘孔内壁接触相连，并使待焊接的3号整体叶盘的辐板固定于上固定隔块9与盖板12之间的凹槽内。压紧螺帽13通过固定立柱3上端部外壁面的螺纹，可将待焊接的1、2和3号整体叶盘与夹具的其它部件压紧固连为一体。吊装耳环14通过固定立柱3上端面的螺纹孔5固连其上。