一种工装夹具及装夹航空发动机涡轮精铸叶片的方法与流程

本发明属于航空发动机叶片加工技术领域，特别涉及一种工装夹具及装夹航空发动机涡轮精铸叶片的方法。

背景技术：

涡轮叶片是把高温燃气的热能转变为转子机械功的重要零件，它是决定发动机寿命的主要零件之一。涡轮叶片不仅处于有腐蚀性的燃气包围中，而且还受高温和高应力的作用。涡轮叶片对材料的要求较高：高热强度，热稳定性好，足够好的抗热疲劳及机械疲劳性能。高温合金成为涡轮叶片优先选用的材料，近年来航空发动机发展迅速，单晶高温合金应用愈来愈多。涡轮叶片常采用高温合金精密铸造毛坯。

高温合金精密铸造叶片切削加工性能差，单晶高温合金叶片机械加工易产生再结晶，合格率较低，加工难度极大。

高温合金精密铸造涡轮叶片机械加工，采用传统的浇注低熔点合金方箱装夹加工存在以下缺点:

1、方箱数量大、成本高，存在方箱磨损不一致影响加工精度。

2、存在基准转换误差。浇注低熔点合金转移基准定位工艺方案，机加工大部分尺寸都是将设计图尺寸转换到方箱上面测量。存在转换设计图尺寸产生的基准不重合误差。

3、低熔点合金污染较大、成本高。浇注低熔点合金转移基准定位工艺方案，低熔点合金与叶身表面直接接触，叶片切削加工完成后需要熔退清除叶身表面上的低熔点合金，彻底去除较难，对设备、工装等污染较大，对接触低熔点合金的操作者身体也存在危害。而熔退低熔点合金需建立单独的去污染生产线，成本较高。

因此，一种可提高加工精度并消除基准转换误差的工装夹具及装夹航空发动机涡轮精铸叶片的方法亟待出现。

技术实现要素：

本发明提供一种工装夹具及装夹航空发动机涡轮精铸叶片的方法，用于解决现有技术中传统的浇注低熔点合金方箱装夹加工存在的加工精度低、基准转换误差大的技术问题。

本发明通过下述技术方案实现：一种工装夹具，包括方箱、叶身根部定位组件、叶身尾部定位组件和缘板叶肩定位组件，所述方箱包括底座和顶板，所述底座为截面呈“凵”字形的矩形槽状结构件，所述顶板盖合在所述底座上，所述叶身根部定位组件、所述叶身尾部定位组件和所述缘板叶肩定位组件均固定安装在所述方箱内。

进一步地，为了更好的实现本发明，所述叶身根部定位组件包括根部截面定位块和根部截面压紧装置，所述根部截面定位块固定安装在所述底座槽底面上，所述根部截面定位块上设有根部截面前缘定位面以及与根部截面型面定位点配合抵接第一圆弧头和第二圆弧头，所述根部截面压紧装置包括根部截面压紧块和a紧定螺钉，所述根部截面压紧块下端设有u型开口结构，所述根部截面压紧块上端设有t型槽，所述顶板上设有第一螺孔，所述a紧定螺钉穿过所述第一螺孔并抵接于所述根部截面压紧块上端的t型槽内。

进一步地，为了更好的实现本发明，所述叶身尾部定位组件包括尾部截面定位块和尾部截面压紧装置，所述尾部截面定位块固定安装在所述底座槽底面上，所述尾部截面定位块上设有尾部截面前缘定位面以及与尾部截面定位点配合抵接的第三圆弧头，所述尾部截面压紧装置包括尾部截面压紧块和b紧定螺钉，所述尾部截面压紧块下端与尾部截面压紧面配合抵接，所述顶板上设有第二螺孔，所述b紧定螺钉穿过所述第二螺孔并与所述尾部截面压紧块上端抵接。

进一步地，为了更好地实现本发明，所述缘板叶肩定位组件包括缘板叶肩内侧轴向定位件和缘板叶肩外侧轴向压紧装置，所述缘板叶肩内侧轴向定位件固定安装在所述根部截面定位块前端，所述缘板叶肩外侧轴向压紧装置为杠杆式压杆，所述杠杆式压杆一端弹性连接在所述底座外壁上，所述杠杆式压杆另一端与缘板叶肩外侧抵接。

进一步地，为了更好地实现本发明，所述缘板叶肩内侧轴向定位件为圆锥头销，所述根部截面定位块上设有销孔，所述圆锥头销的大头端过盈插接在所述销孔内，所述圆锥头销的小头端与缘板叶肩内侧抵接。

进一步地，为了更好地实现本发明，还包括叶身后缘限位装置，所述叶身后缘限位装置包括限位块和c紧定螺钉，所述底座右侧壁顶部设有定位槽，所述顶板上设有与所述定位槽位置对应的第三螺孔，所述限位块间隙配合插接在所述定位槽内，所述限位块顶面为楔形面，所述c紧定螺钉穿过所述第三螺孔并抵接于所述限位块的楔形面上。

进一步地，为了更好地实现本发明，所述楔形面朝向所述底座右侧壁外侧设置。

进一步地，为了更好地实现本发明，所述叶身后缘限位装置的数量为两组，所述定位槽和所述第三螺孔的数量也均为两个，两组所述叶身后缘限位装置分别安装在两个所述定位槽内。

一种使用所述工装夹具装夹航空发动机涡轮精铸叶片的方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：将所述方箱固定在机床工作台上，将叶片置于所述方箱中；

步骤2：保持叶身根部截面型面定位点与所述根部截面定位块上的第一圆弧头和第二圆弧头贴合、叶身尾部截面定位点与所述尾部截面定位块上的第三圆弧头贴合、叶身根部截面前缘定位点与所述根部截面定位块上的根部截面前缘定位面贴合、叶身尾部截面前缘定位点与所述尾部截面定位块上的尾部截面前缘定位面贴合、缘板叶肩内侧定位点与所述缘板叶肩内侧轴向定位件贴合；

步骤3：推动所述限位块，使其与叶片后缘面自然接触，并拧紧所述c紧定螺钉以固定所述限位块；

步骤4：将所述根部截面压紧块的u型开口结构压紧根部截面压紧面，所述尾部截面压紧块下端压紧尾部截面压紧面，所述缘板叶肩外侧轴向压紧装置压紧缘板叶肩外侧。

进一步地，为了更好地实现本发明，所述机床工作台上安装有榫齿型面金刚石滚轮，所述榫齿型面金刚石滚轮包括一体成形的滚轮榫齿轮廓面和滚轮榫头底面，将所述滚轮榫头底面绕榫齿中心线逆时针旋转15度，所述榫齿型面金刚石滚轮切削时，所述滚轮榫齿轮廓面和所述滚轮榫头底面同时分别修磨加工叶片榫齿型面以及榫头底面。

本发明相较于现有技术具有以下有益效果：

本发明提供一种工装夹具，包括方箱、叶身根部定位组件、叶身尾部定位组件和缘板叶肩定位组件，方箱包括底座和顶板，底座为截面呈“凵”字形的矩形槽状结构件，顶板盖合在底座上，叶身根部定位组件、叶身尾部定位组件和缘板叶肩定位组件均固定安装在方箱内，采用该结构，通过固定安装在方箱内的叶身根部定位组件、叶身尾部定位组件和缘板叶肩定位组件分别定位叶身根部、叶身尾部以及缘板叶肩，从而将叶片固定在方箱中，切削加工时叶片位置固定牢靠，提高了加工稳定性和加工精度，各定位组件与方箱一体化装夹，避免出现基准转换误差大的缺陷，避免单晶叶片机械加工中产生再结晶，提高了产品合格率，消除低熔点合金污染，降低成本；

本发明还提供一种装夹航空发动机涡轮精铸叶片的方法，包括以下步骤：

步骤1：将所述方箱固定在机床工作台上，将叶片置于所述方箱中；

步骤2：保持叶身根部截面型面定位点与所述根部截面定位块上的第一圆弧头和第二圆弧头贴合、叶身尾部截面定位点与所述尾部截面定位块上的第三圆弧头贴合、叶身根部截面前缘定位点与所述根部截面定位块上的根部截面前缘定位面贴合、叶身尾部截面前缘定位点与所述尾部截面定位块上的尾部截面前缘定位面贴合、缘板叶肩内侧定位点与所述缘板叶肩内侧轴向定位件贴合；

步骤3：推动所述限位块，使其与叶片后缘面自然接触，并拧紧所述c紧定螺钉以固定所述限位块；

步骤4：将所述根部截面压紧块的u型开口结构压紧根部截面压紧面，所述尾部截面压紧块下端压紧尾部截面压紧面，所述缘板叶肩外侧轴向压紧装置压紧缘板叶肩外侧。

运用此方法，与现有技术浇注低熔点合金方箱装夹方法相比，本方法去除了传统的浇注低熔点合金方箱，消除了低熔点合金对设备、工装、环境的污染，通过各定位组件对叶片的一体化装夹，实现对叶片各部位定位后的有效压紧，保证各定位组件与叶片的各定位点精密定位，使叶片在方向上均不会滑动移位，保证了加工精度，消除了基准转换误差。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明中的工装夹具装夹叶片时的示意图；

图2是本发明中的工装夹具取下顶板后的结构示意图；

图3是本发明中的工装夹具取下顶板后的俯视图；

图4是图3中r-r截面的向视图；

图5是图3中s-s截面的向视图；

图6是本发明中的榫齿型面金刚石滚轮的示意图；

图7是叶片的结构示意图；

图8是图7中a-a截面的向视图；

图9是图8中r1-r1的截面图；

图10是图8中s1-s1的截面图。

图中：

100-方箱；110-底座；111-定位槽；120-顶板；121-第一螺孔；122-第二螺孔；123-第三螺孔；

200-叶身根部定位组件；210-根部截面定位块；211-根部截面前缘定位面；212-第一圆弧头；213-第二圆弧头；220-根部截面压紧装置；221-根部截面压紧块；2211-u型开口结构；2212-t型槽；222-a紧定螺钉；

300-叶身尾部定位组件；310-尾部截面定位块；311-尾部截面前缘定位面；312-第三圆弧头；320-尾部截面压紧装置；321-尾部截面压紧块；322-b紧定螺钉；

400-缘板叶肩定位组件；410-缘板叶肩内侧轴向定位件；420-缘板叶肩外侧轴向压紧装置；

500-叶身后缘限位装置；510-限位块；511-楔形面；520-c紧定螺钉；

600-榫齿型面金刚石滚轮；610-滚轮榫齿轮廓面；620-滚轮榫头底面；

700-叶片；710-榫头；711-榫齿型面；712-榫头底面；720-缘板叶肩；721-缘板叶肩内侧；722-缘板叶肩外侧；730-叶身；731-叶身根部；7311-根部截面前缘定位点；7312-根部截面型面定位点；7313-根部截面压紧面；732-叶身尾部；7321-尾部截面前缘定位点；7322-尾部截面型面定位点；7323-尾部截面压紧面；733-前缘；734-后缘；

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

实施例1：

本实施例中，一种工装夹具，如图1和图2所示，包括方箱100、叶身根部定位组件200、叶身尾部定位组件300和缘板叶肩定位组件400，具体的，上述方箱100包括底座110和顶板120，上述底座110为截面呈“凵”字形的矩形槽状结构件，上述顶板120盖合在上述底座110上，可通过螺栓或螺钉连接，从而可拆卸安装上述顶板120，上述叶身根部定位组件200、上述叶身尾部定位组件300和上述缘板叶肩定位组件400均固定安装在上述方箱100内。

采用该结构，通过固定安装在上述方箱100内的上述叶身根部定位组件200、上述叶身尾部定位组件300和上述缘板叶肩定位组件400分别定位叶身根部731、叶身尾部732以及缘板叶肩720，从而将叶片700固定在上述方箱100中，切削加工时叶片700位置固定牢靠不会发生移位，提高了加工稳定性和加工精度，各定位组件与上述方箱100一体化装夹，避免出现基准转换误差大的缺陷，避免单晶叶片机械加工中产生再结晶，提高了产品合格率，去除了传统的浇注低熔点合金方箱，进而消除低熔点合金污染，降低成本。

值得注意的是，本实施例中，上述叶片700为各类高温合金叶片，作为本实施例的一种具体实施方式，上述叶片700为航空发动机涡轮精铸叶片，为了使上述叶身根部定位组件200、上述叶身尾部定位组件300和上述缘板叶肩定位组件400更稳固的将上述叶片700固定牢靠，将上述叶片700的各位置进行逐个分区定位，如图7、图8、图9和图10所示，上述叶片700分为榫头710、缘板叶肩720和叶身730三部分，其中榫头710分为榫齿型面711和榫头底面712，缘板叶肩720分为缘板叶肩内侧721和缘板叶肩外侧722，叶身730根据长度方向分为叶身根部731和叶身尾部732，叶身730根据宽度方向又分为前缘733和后缘734，其中叶身根部731细化为根部截面前缘定位点7311、两个根部截面型面定位点7312以及根部截面压紧面7313，叶身尾部732细化为尾部截面前缘定位点7321、尾部截面型面定位点7322以及尾部截面压紧面7323，通过对各定位点和定位面进行定位固定，进而将上述叶片700固定。

实施例2：

本实施例在实施例1的基础上做进一步优化，本实施例中，如图2所示，上述叶身根部定位组件200包括根部截面定位块210和根部截面压紧装置220，具体的，如图4所示，上述根部截面定位块210固定安装在上述底座110槽底面上，如螺栓螺紧或开槽卡接，上述根部截面定位块210上设有根部截面前缘定位面211以及第一圆弧头212和第二圆弧头213，上述根部截面前缘定位面211用于与根部截面前缘定位点抵接定位，上述第一圆弧头212和第二圆弧头213用于与根部截面型面定位点配合抵接定位，如图3和图4所示，上述根部截面定位块210包括第一垂直部、第二垂直部和水平部，水平部上打孔并穿过螺栓以固定在上述底座110上，上述根部截面前缘定位面211即为上述第一垂直部与上述叶片700接触的垂直面，上述第一圆弧头212和第二圆弧头213分设在上述第二垂直部两边。

进一步的，上述根部截面压紧装置220包括根部截面压紧块221和a紧定螺钉222，如图2和图4所示，上述根部截面压紧块221下端设有u型开口结构2211，上述u型开口结构2211用于与根部截面压紧面配合定位，上述根部截面压紧块221上端设有t型槽2212，并且上述顶板120上设有第一螺孔121，上述a紧定螺钉222穿过上述第一螺孔121并抵接于上述根部截面压紧块221上端的t型槽2212内，从而与上述第一圆弧头212和第二圆弧头213一起在竖直方向上定位固定住叶片700根部，作为优选，上述a紧定螺钉222为平端内六角紧定螺钉。

实施例3：

本实施例在实施例2的基础上做进一步优化，本实施例中，如图2所示，上述叶身尾部定位组件300包括尾部截面定位块310和尾部截面压紧装置320，上述尾部截面定位块310固定安装在上述底座110槽底面上，如螺栓螺紧或开槽卡接，如图5所示，上述尾部截面定位块310上设有尾部截面前缘定位面311以及与尾部截面定位点配合抵接的第三圆弧头312，上述尾部截面前缘定位面311用于与尾部截面前缘定位点抵接定位，需要说明的是，上述尾部截面定位块310的结构与上述根部截面定位块210的结构大致相同，区别在于上述尾部截面定位块310上的圆弧头数量为一个。

进一步的，如图2和图5所示，上述尾部截面压紧装置320包括尾部截面压紧块321和b紧定螺钉322，上述尾部截面压紧块321下端与尾部截面压紧面配合抵接，上述顶板120上设有第二螺孔122，上述b紧定螺钉322穿过上述第二螺孔122并与上述尾部截面压紧块321上端抵接，从而与上述第三圆弧头312一起在竖直方向上定位固定住叶片700尾部，作为优选，上述b紧定螺钉322为平端内六角紧定螺钉。

实施例4：

本实施例在实施例3的基础上做进一步优化，本实施例中，如图2和图3所示，上述缘板叶肩定位组件400包括缘板叶肩内侧轴向定位件410和缘板叶肩外侧轴向压紧装置420，具体的，上述缘板叶肩内侧轴向定位件410固定安装在上述根部截面定位块210前端，使用时上述缘板叶肩内侧轴向定位件410端部抵接在缘板叶肩内侧721上，上述缘板叶肩外侧轴向压紧装置420为杠杆式压杆，上述杠杆式压杆一端弹性连接在上述底座110外壁上，上述杠杆式压杆另一端与缘板叶肩外侧722抵接，上述杠杆式压杆中部设有通孔以便穿过转轴使其可以该转轴为支点转动，转轴两端插接在上述底座110上，上述杠杆式压杆受弹性力作用而向内压紧缘板叶肩外侧722使其抵在上述缘板叶肩内侧轴向定位件410上，从轴向上对叶片700进行固定和定位。

作为本实施例的一种优选方式，上述缘板叶肩内侧轴向定位件410优选为圆锥头销，具体的，上述根部截面定位块210上设有销孔，将上述圆锥头销的大头端过盈插接在上述销孔内，上述圆锥头销的小头端伸出上述根部截面定位块210并与缘板叶肩内侧721抵接。

实施例5：

本实施例在实施例4的基础上做进一步优化，本实施例中，如图2所示，还包括叶身后缘限位装置500，上述叶身后缘限位装置500包括限位块510和c紧定螺钉520，上述c紧定螺钉520优选平端内六角紧定螺钉，具体的，上述底座110右侧壁顶部设有定位槽111，上述顶板120上设有与上述定位槽111位置对应的第三螺孔123，上述定位槽111为矩形槽，使上述限位块510间隙配合插接在上述定位槽111内并能沿上述定位槽111的长度方向滑动，当上述定位组件将叶片700定位完毕后，向内推动上述限位块510使其与叶身后缘抵接并通过上述c紧定螺钉520锁定位置，从而与上述根部截面前缘定位面211以及上述尾部截面前缘定位面311一起在横向上限位固定住叶片700，作为优化，上述限位块510顶面为楔形面511，上述c紧定螺钉520穿过上述第三螺孔123并抵接于上述限位块510的楔形面511上，需要注意的是，上述限位块510的楔形面511朝向上述底座110右侧壁外侧设置，从而当其受到上述c紧定螺钉520的压力时，其水平方向上的分力作用在楔形面511以推动上述限位块510向内移动并与叶身后缘734抵接。

作为本实施例的一种更优实施方式，上述叶身后缘限位装置500的数量为两组，上述定位槽111和上述第三螺孔123的数量也均为两个，两组上述叶身后缘限位装置500分别安装在两个上述定位槽111内，其中一组叶身后缘限位装置500用于限位叶身根部后缘，另一组叶身后缘限位装置500用于限位叶身尾部后缘。

实施例6：

本实施例中，一种装夹航空发动机涡轮精铸叶片的方法，包括以下步骤：

步骤1：将上述方箱100固定在机床工作台上，将叶片700置于上述方箱100中；

步骤2：保持根部截面型面定位点7312与上述根部截面定位块210上的第一圆弧头212和第二圆弧头213贴合、尾部截面型面定位点7322与上述尾部截面定位块310上的第三圆弧头312贴合、根部截面前缘定位点7311与上述根部截面定位块210上的根部截面前缘定位面211贴合、尾部截面前缘定位点7321与上述尾部截面定位块310上的尾部截面前缘定位面311贴合、缘板叶肩内侧721与上述缘板叶肩内侧轴向定位件410贴合；

步骤3：推动上述限位块510，使其与叶片700后缘面自然接触，并拧紧上述c紧定螺钉520以固定上述限位块510；

步骤4：将上述根部截面压紧块221的u型开口结构2211压紧根部截面压紧面7313，上述尾部截面压紧块321下端压紧尾部截面压紧面7323，上述缘板叶肩外侧轴向压紧装置420压紧缘板叶肩外侧722。

与现有技术浇注低熔点合金方箱装夹方法相比，本发明的装夹方法所使用的工装夹具，其圆锥头的缘板叶肩内侧轴向定位件410，根部截面定位块210上的根部截面前缘定位面211、第一圆弧头212以及第二圆弧头213，尾部截面定位块310上的尾部截面前缘定位面311以及第三圆弧头312均通过各紧固件装甲固定呈一体化设计，保证其与叶片700各定位点精密定位；叶身后缘限位装置500的限位块510顶面设计为可水平移动的楔形面511结构，保证叶片700定位后，在前后缘方向不能滑动移位；根部截面压紧块221和尾部截面压紧块321分别设计成与根部截面压紧面7313和尾部截面压紧面7323对应的压紧结构，同时缘板叶肩外侧轴向压紧装置420设计为杠杆式压杆结构，从而实现对叶片700各部位定位后的有效压紧；采用本方法，去除了传统的浇注低熔点合金方箱，消除了低熔点合金对设备、工装、环境的污染，能广泛应用于各类高温合金(单晶高温合金在本发明压紧装置上连接铁弗龙制品可减轻压紧力，避免单晶叶片机械加工产生再结晶)叶片的加工，适用于小批量、单批量生产，大批量生产使用在提高效率、节约成本上效果显著，加工后的叶片700尺寸、外观、技术条件完全符合设计要求，合格率明显提高。

作为本实施例的一种具体实施方式，机床工作台上安装有榫齿型面金刚石滚轮600，如图6所示，上述榫齿型面金刚石滚轮600包括一体成形的滚轮榫齿轮廓面610和滚轮榫头底面620，将上述滚轮榫头底面620绕榫齿中心线逆时针旋转15度，上述榫齿型面金刚石滚轮600切削时，上述滚轮榫齿轮廓面610和上述榫头710底面620同时分别修磨加工叶片700榫齿型面711以及榫头710端面，从而实现了同时对滚轮榫齿轮廓面610与榫头710端面的一次成型磨削加工，提高了叶片700的加工合格率和加工效率。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。