柔性耦合模块式整体叶盘磨粒流抛光夹具的制作方法

本发明属于精密加工技术与机械工装技术领域，涉及一种柔性耦合模块式整体叶盘磨粒流抛光夹具；特别适用于多类型航天发动机中涡轮叶盘的叶片曲面抛光。

背景技术：

航天发动机中整体叶盘的表面抛光手工打磨，人工抛光不仅劳动强度大、效率低，而且抛光表面易烧伤，型面精度和表面完整性难以保证。

整体叶盘的叶片属于典型的复杂曲面，由于一般工具难以接触到叶片表面，存在很大的抛光难度。

磨粒流加工（Abrasive Flow Machining,AFM），也称挤压珩磨，是一种用载有磨料的流动性粘弹性聚合物，在压力作用下对工件进行表面抛光、倒角和去毛刺等精加工的新型工艺技术。该加工技术特别适用于工件内腔复杂面、内部交叉孔等无法触及区域的毛刺去除和抛光。

磨料在流道内的压力会受流道截面形状的影响，所以磨料的压力不仅与进入流道时的初始压力有关还与间隙流道的形状相关。在航天发动机中整体叶盘的叶片曲面抛光作业中，现有的磨粒流加工抛光整体叶盘的夹具，非模块式装夹约束整体叶盘，磨粒流通过整体叶盘的叶片的间隙流道间距不一致；磨粒流进入间隙流道时的状态不平稳连续；叶片表面质量均匀性差；夹具不通用，不同类型的整体叶盘需采用不同的夹具，夹具制造成本高。

技术实现要素：

本发明公开了一种柔性耦合模块式整体叶盘磨粒流抛光夹具，以解决现有技术中间隙流道间距不一致；磨粒流进入间隙流道时的状态不平稳连续；叶片表面质量均匀性差；夹具不通用，不同类型的整体叶盘需采用不同的夹具，夹具制造成本高等问题。

本发明包括上分流板、外套筒、下分流板、约束模块、中心轴、定位销；上分流板、下分流板上分别具有中心轴安装孔、周向分布的分流通道；涡轮叶盘一般都包含数个叶片，约束模块由与涡轮叶盘的叶片个数相同的子约束模块组成；涡轮叶盘紧固安装在中心轴上；子约束模块安装在外套筒内；中心轴上端与下端分别与上分流板、下分流板的中心轴安装孔紧固连接；涡轮叶盘的上下表面、每个子约束模块的上下表面分别与上分流板、下分流板紧密接触，上分流板与外套筒上端面紧固连接；下分流板与外套筒下端面紧固连接；子约束模块与涡轮叶盘的叶片间具有间隙流道，间隙流道上的子约束模块与涡轮叶盘的叶片表面具有耦合的曲面形状，间隙流道垂直于叶片曲面方向的截面相同、宽度一致；每个子约束模块由定位销限位安装在上分流板与下分流板之间；上分流板、下分流板上的分流通道与涡轮叶盘的叶片个数相同、与叶片的周向排布规律相同、与间隙流道曲线相切；抛光过程中磨料沿上分流板的分流通道流入子约束模块与涡轮叶盘叶片间的间隙流道；在磨料流经间隙流道过程中，磨料在压力作用下产生的剪切力对叶片表面进行材料剔除，实现对涡轮叶盘的叶片表面抛光；最后，磨料从下分流板的分流通道流出；子约束模块组合式的约束模块便于装夹，易于装配；约束模块8曲面与涡轮叶盘的叶片曲面对应耦合，保证了间隙流道截面宽度的一致性，促使磨粒流与叶片表面进行均匀且充分的接触；从而保证了被抛光后叶片质量的均匀性好。

为了对每个叶片都进行高精密均匀抛光，优化的方案，子约束模块与涡轮叶盘的叶片间垂直距离始终保持一个不变的间距值；这个间距值为0.5--2毫米。优化为1毫米。

对应抛光一种尺寸涡轮叶盘的子约束模块组成的约束模块为一组；约束模块的组数大于1；外套筒数量与约束模块组数相同；不同尺寸大小的涡轮叶盘通过更换相应组的约束模块，及加装对应尺寸需求的外套筒，都可以在本发明上进行磨粒流抛光精整加工。对于同系列、不同大小的涡轮叶盘的装夹，只需更换与之相对应的约束模块或选择型加装套筒，就可以达到耦合约束的效果，实现柔性生产。

一个优化的方案，本发明还包括上导流板、下导流板；上导流板具有漏斗状喇叭口流道；下导流板具有锥台状喇叭口流道；上导流板与上分流板紧固连接；下分流板与下导流板紧固连接；磨料通过上导流板、上分流板引导进入子约束模块与涡轮叶盘叶片间的间隙流道；上导流板的漏斗状喇叭口流道消除了磨料进入间隙流道产生的宏观喇叭口现象；防止了因入口与内部流道不和谐产生的流速不均匀现象，使得磨料可以保持连续的稳定流动，保证了抛光质量的均匀性。均匀地抛光涡轮叶盘的叶片表面。

本发明上导流板、下导流板上具有周向均匀分布的螺纹孔，用于上导流板、下导流板与机床平台的安装固定；机床加工时，对本发明施加自上而下的压紧力，压紧上导流板、上分流板；上分流板向下压紧涡轮叶盘，涡轮叶盘压紧下分流板、下导流板；涡轮叶盘在外套筒内定位夹紧。

本发明还包括两个密封圈；一个密封圈安装在上分流板与外套筒4上端面之间，另一个密封圈安装在下分流板与外套筒下端面之间。

一个优化的方案，本发明还包括搭扣；每两个相邻的子约束模块都由一个搭扣施加夹紧定位；搭扣紧固安装在箍圈上。

本发明的优点：磨粒流加工抛光涡轮叶盘，可以充分抛光一般工具难以接触的叶片表面。双层导流板使磨料进入间隙流道时的状态连续且平稳，保证了抛光过程的稳定性；磨粒流抛光过程中磨料通过的间隙流道内表面始终与叶片表面保持一样的间距，保证了叶片表面质量的均匀性；夹具体约束模块采用组合装夹方式，既方便装夹又保证了装夹过程中不对涡轮叶盘造成损伤；夹具体具有一定的柔性，可以抛光不同型号、不同尺寸的涡轮叶盘。充分利用机床液压系统的压力，提高抛光精度并降低抛光成本。

附图说明

图1为包含涡轮叶盘的本发明结构示意图；

图2为包含涡轮叶盘的本发明结构爆炸分解图；

图中：1上导流板、2上分流板、3密封圈、4外套筒、5下分流板、6下导流板、7搭扣、8约束模块、9箍圈、10中心轴、11定位销、12平键、13定位销、14涡轮叶盘。

具体实施方式

以下结合附图详细说明本发明的一个实施例。

本发明实施例是抛光某类型整体涡轮叶盘；如图1、图2所示，包括上导流板1、上分流板2、密封圈3、外套筒4、下分流板5、下导流板6、搭扣7、约束模块8、箍圈9、中心轴10、定位销11、平键12、定位销13；上导流板1具有漏斗状喇叭口流道；下导流板6具有锥台状喇叭口流道；上分流板2、下分流板5上分别具有中心轴安装孔、周向分布的分流通道；上导流板1与上分流板2紧固连接；下分流板5与下导流板6紧固连接；涡轮叶盘14一般都包含数个叶片，约束模块8由与涡轮叶盘14的叶片个数相同的子约束模块组成；涡轮叶盘14紧固安装在中心轴10上；子约束模块安装在外套筒4内；每个子约束模块上部由定位销13、定位销11限位安装在上分流板2与下分流板5之间；每两个相邻的子约束模块都由一个搭扣7施加夹紧定位；搭扣7紧固安装在箍圈9上；中心轴10上端与下端分别与上分流板2、下分流板5的中心轴安装孔紧固连接；涡轮叶盘14的上下表面、每个子约束模块的上下表面分别与上分流板2、下分流板5紧密接触；一个密封圈3安装在上分流板2与外套筒4上端面之间，另一个密封圈3安装在下分流板5与外套筒4下端面之间；上分流板2与外套筒4上端面紧固连接；下分流板5与外套筒4下端面紧固连接；上导流板1、下导流板6上具有周向均匀分布的螺纹孔，用于上导流板1、下导流板6与机床平台的安装固定；机床加工时，对本发明施加自上而下的压紧力，压紧上导流板1、上分流板2；上分流板2向下压紧涡轮叶盘14，涡轮叶盘14压紧下分流板5、下导流板6；涡轮叶盘14在外套筒4内定位夹紧。

子约束模块与涡轮叶盘14的叶片间具有间隙流道，间隙流道上的子约束模块与涡轮叶盘14的叶片表面具有耦合的曲面形状，间隙流道垂直于叶片曲面方向的截面相同、宽度一致；子约束模块与涡轮叶盘14的叶片间垂直距离始终保持1毫米。上分流板2、下分流板5上的分流通道与涡轮叶盘14的叶片个数相同、与叶片的周向排布规律相同、与间隙流道曲线相切。抛光过程中磨料通过上导流板1、上分流板2引导进入子约束模块与涡轮叶盘14叶片间的间隙流道；上导流板1的漏斗状喇叭口流道消除了磨料进入间隙流道产生的宏观喇叭口现象；防止了因入口与内部流道不和谐产生的流速不均匀现象，使得磨料可以保持连续的稳定流动，保证了抛光质量的均匀性。在磨料流经间隙流道过程中，磨料在压力作用下产生的剪切力对叶片表面进行材料剔除，实现对涡轮叶盘14的叶片表面抛光；最后，磨料从下分流板5的分流通道流出；均匀地抛光涡轮叶盘14的叶片表面。

子约束模块组合式的约束模块8便于装夹，易于装配；约束模块8曲面与涡轮叶盘14的叶片曲面对应耦合，保证了间隙流道截面宽度的一致性，促使磨粒流与叶片表面进行均匀且充分的接触；从而保证了被抛光后叶片质量的均匀性好。

对应抛光一种尺寸涡轮叶盘14的子约束模块组成的约束模块8为一组；约束模块8的组数大于1；外套筒4数量与约束模块8组数相同；不同尺寸大小的整体叶盘通过更换相应组的约束模块8，及加装对应尺寸需求的外套筒4，都可以在本发明上进行磨粒流抛光精整加工。对于同系列、不同大小的整体叶盘的装夹，只需更换与之相对应的约束模块或选择型加装套筒，就可以达到耦合约束的效果，实现柔性生产。