发动机压气机盘防变形加工工装夹具的制作方法

本实用新型主要涉及钛合金压气机盘加工过程的工装夹具。

背景技术：

发动机中盘、轴、鼓筒、轴颈等零件均是发动机的核心转动部件和关键件，在高温、高压、高转速的恶劣环境下工作。这类零件材料大多采用高温合金、粉末高温合金、钛合金等难加工材料制造，尺寸精度要求高，技术条件严格，对零件表面质量、表面完整性要求高，其加工质量的高低直接影响到发动机的使用寿命和安全可靠性。盘轴一体结构零件是将传统的压气机盘和轴颈集成为一体的重要承力件，材料为钛合金，大端是轮盘结构，具有轮缘、辐板、轮毂、盘心孔，轮缘上带有安装叶片的燕尾榫槽，辐板处有精密螺栓连接孔。零件轴颈端外型面带有螺纹、篦齿、外花键、径向斜孔等结构特征。盘轴一体结构零件的另一特点是轴颈锥璧与轮盘辐板形成了半封闭深型腔结构，加工工艺性差。

压气机后鼓筒零件是由5个压气机盘通过惯性摩擦焊焊接组合而成，带有五级环形燕尾榫槽，辐板间内腔型面空间狭小，内腔根底部径向深度大、敞开性差、加工难度大，外型面结构复杂，尺寸精度高，技术条件要求严，后鼓筒材料为钛合金，硬度HB≥388N/mm²。传统的加工方式，零件尺寸精度依靠操作者上刀补值控制、受人为的影响因素大，尺寸公差离散度大。盘鼓类零件轮缘上通常都带有安装叶片的榫槽，按形状可分为纵树形榫槽和燕尾形榫槽，按榫槽方向又分为轴向榫槽和环形榫槽，轴向榫槽通常采用拉削加工，环形燕尾榫槽采用数控车削加工。在发动机压气机盘及鼓筒组件上应用环形燕尾榫槽结构的较多，榫槽开口小、内腔宽，榫槽工作面轮廓度一般在0.01 mm左右，其他表面轮廓度一般在0.025 mm左右，制造的精度要求高，主要加工难点为：

（1）榫槽工作面节点尺寸、轴向位置精度及基准边直径尺寸公差要求严格，尤其是榫槽轮廓度要在全型面上保证，对设备刀具要求高，钛合金材料切削性差、加工硬化现象严重，影响零件的加工精度与表面质量水平。

（2）榫槽结构为腔大、口小，敞开性差，使榫槽加工用刀具头大颈小，颈部强度较弱，且加工余量较大，排屑困难，加工过程中易出现打刀现象。

压气机盘通过摩擦焊或电子束焊形成鼓筒组合件后，各级盘辐板间深腔底部型面加工一直是加工中的难点和瓶颈，特别是内腔径向深度尺寸H大于盘心孔直径φA的封闭狭长内腔型面加工更是鼓筒组合件加工中的关键。由于各级盘轮毂之间间距C小，刀具切削时在盲视状态下加工，无法观察监控切削情况，加工风险大。常规的工艺方法及刀具无法完成此类深腔封闭型面加工，只能选用悬伸较长、厚度较薄的刀具进行加工，造成刀具刚性差、强度较低，加工过程中易出现让刀及切削共振现象，加剧刀具磨损，加工后零件表面易出现振纹，加工难度大。而在整个涡轮盘的机械加工中，工作量最大、难度最高的是轮盘榫槽加工。各种形状复杂的周向榫槽常用铣床铣削和拉床拉削来加工。由于燕尾式榫槽结构不规则，形状复杂，而且表面粗糙度要求在 Ra0.8以上,若采用铣削加工，必须通过粗铣、半精铣、精铣三道工艺，才有可能使榫槽达到要求的表面粗糙度，并且劳动强度大，效率低，加工精度难以保证，在批量生产中已经很少采用了，故而多采用拉削加工。拉削特点拉削是一种高精度、高效率的可最终成型的机械加工方法，用于加工各种形状的内、外表面，以及具有旋转运动的螺旋槽等。特别适合加工精度高、表面质量要求高的成批和大量生产的零件。现已广泛用于航空发动机各级圆盘、叶片榫头、涡轮盘、压气机盘、安装板等零部件的加工，但必须配以专用的刀具、量具、及其它辅具。

现有技术对钛合金压气机盘的加工没有固定成熟的加工方法。常规的加工方法工序多，工装多，所使用的机床多，且加工出来的产品尺寸变形大，合格率低，耗时耗力；这种传统的方法不仅生产效率低下，而且加工出来的产品尺寸、形状和位置精度，因关联性太强，难以控制；质量不稳定，易产生废品。如图1所示发动机压气机盘，该压气机盘为大型盘类薄壁零件外径527 mm，最薄处4 mm，且精度要求很高，非常容易变形，传统的加工工序涉及50多个，需要更换5-10台机床，加工费时，合格率仅为50%，随着航空、航天产业的发展，对产品质量要求越来越高，这种加工方法已经远远不能满足产品质量和生产效率的需求了。

技术实现要素：

本实用新型针对上述现有技术存在的问题，提供一种质量稳定可靠,合格率高，能够减少装夹次数，可防止钛合金压气机盘加工过程中变形的装夹机构。

本实用新型的上述目的可以通过以下措施来达到，一种发动机压气机盘防变形加工工装夹具，包括：固定压气机盘7的底座5，其特征在于：在底座5的底部圆盘上制有固定定位板1的紧固孔，所述定位板1中心制有圆柱凸台，一个中心孔大于所述圆柱凸台的弹性支撑垫圈6支撑在压气机盘7下侧腹板环面的下方，一个与发动机压气机盘7内形相同的内形压板8固定在上述圆柱凸台上，一个与压气机盘7外形基本一致的外形压板2通过圆周上分布的螺栓和中心压紧螺栓4、垫圈3将压气机盘7定位固定在定位板1、弹性支撑垫圈6和内形压板8与外形压板2之间，其中，压气机盘7的内孔套入在定位板1的圆柱凸台上。

本实用新型具有如下有益效果。

质量稳定可靠,合格率高，能够减少装夹次数，本实用新型采用一个与压气机盘7外形基本一致的外形压板2，通过圆周上分布的螺栓和中心压紧螺栓4、垫圈3将压气机盘7定位固定在定位板1、弹性支撑垫圈6和内形压板8与外形压板2之间，通过橡胶制作的弹性支撑垫圈6，可以有效防止压气机盘在加工过程中腹板的变形，通过一次性装夹，减少了现有技术50%的零件装夹。通过弹性支撑垫圈弹性支撑压气机盘的腹板位置，压紧压气机盘的端面，防止压气机盘加工过程的变形，满足压气机盘对尺寸、形状、位置度要求，从而提高了钛合金压气机盘加工过程的合格率，提高钛合金压气机盘加工过程中的加工合格率几乎可以得到100%。从根本上解决了传统的加工方法生产效率低下，关联性太强，难以控制；质量不稳定，易产生废品的问题。

由于采用本实用新型时，只需更换内形压板8和外形压板2，即可实现压气机盘外形及内形在同一台机床上的加工，进而解决了传统加工工序涉及50多个，需要更换5-10台机床，加工费时的缺陷。

按照本实用新型设计、制造的装夹工装，可在一套夹具上实现钛合金压气机盘加工过程中的防变形，同时可以减少加工工序，使加工工艺、加工内容集中，减少50%的零件装夹次数，提高50%的零件加工合格率。

本实用新型采用铸铁制作的中空结构底座5，一方面减轻重量，另一方面可以提高整个装置在加工过程中的稳定性。

附图说明

图1本实用新型发动机压气机盘防变形加工工装夹具装夹加工压气机盘的剖视图。

图2 是图1去掉外形压板后的剖视图

图3是图1底座构造示意图

图4是图1定位板的构造示意图。

图5是图1外形压板的构造示意图。

图6是图1内形压板的构造示意图。

图7是图1弹性支撑的构造示意图

图8 发动机压气机盘的主视图。

图9是图8压气机盘榫槽的俯视图。

图中：1定位板，2外形压板，3垫圈，4压紧螺栓，5底座，6弹性支撑，7压气机盘，8内形压板。

具体实施方式

参阅图1-图7。在以下描述的实施例中，发动机压气机盘防变形加工工装夹具主要由固定发动机压气机盘的底座5，定位板1、外形压板2、垫圈3、压紧螺栓4、、弹性支撑垫圈6和内形压板8组成。其中，在底座5的底部圆盘上制有固定连接定位板1的紧固孔，所述定位板1中心制有圆柱凸台，一个中心孔大于所述圆柱凸台的弹性支撑垫圈6支撑在压气机盘7下侧腹板环面的下方，一个与发动机压气机盘7内形相同的内形压板8固定在上述圆柱凸台上，一个与压气机盘7外形基本一致的外形压板2通过圆周上分布的螺栓和中心压紧螺栓4、垫圈3将压气机盘7定位固定在定位板1、弹性支撑垫圈6和内形压板8与外形压板2之间，其中，压气机盘7的内孔套入在定位板（1）的圆柱凸台上。图3所示底座5是采用铸铁制作的中空结构，在它的圆柱壳体上端平面上制有连接固定连接定位板1按圆周分布的紧固孔和中心定位紧固孔，在它的圆柱壳体的外圆周上制有减轻孔。

装夹发动机压气机盘时，将底座5固定在机床上，再使用压紧螺栓4将定位板1和底座5连接，然后将弹性支撑垫圈6固定在定位板上，放上压气机盘7，拧紧压紧螺栓4和外形压板2，从而实现发动机压气机盘零件在装置上的定位及夹紧（如图1所示），开始外形的加工。外形部分加工完成后松开压紧螺栓4，取下外形压板2，更换成内形压板8，然后拧紧压紧螺栓4，从而实现发动机压气机盘零件在装置上的定位及夹紧（如图2所示），开始其内形的加工。加工完一个面后将压气机盘翻转，然后按照上述步骤进行装夹和加工。