叶片测具设计.docx

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叶片测具设计

某第四级整流叶片工艺分析

制订工艺规程的原则是：

在一定的生产条件下，以极低成本，高的效率，可靠在加工出符合图纸样及技术要求的零件，工艺规程的编制首先要保证产品质量，同时要争取最好的经济效益，本文将就某第四级整流叶片的工艺进行分析。

某第四级整流叶片是某发动机压气机的第四级整流叶片。

压气机的主要作用是提高进入发动机气流的压力，压气机中整流叶片是将工作叶片加给空气的动能转变为压力能，并将气流扭转到所需要的方向，使紊乱的气流变成均匀气流。

某压气机整流叶片，1-3级为钛合金材料，因为钛合金导热系数低，磨销加工时零件易烧伤、弹性模量小，容易变形，压力加工时尺寸不易控制，故采用热扎毛坯。

4-10级为1G11Ni2W2MoV，采用冷轧方法加工。

下面就第四级整流呈片的工艺进行分析。

1、零件图分析：

图中标明采用轧制方法加工，本零件采用辊锻轧制。

这是在轧制工艺应用到锻造生产中的一种新工艺，辊锻是使坯料通过装有圆弧形模块的一对相对旋转的轧辊时，靠摩擦力的作用，得以连续进入轧辊受压而变形的生产方法。

它是实现叶片生产高效，无余量的主要工艺之一，此种工艺的经济效益特别明显，与铣削旧工艺相比，材料利用率提高4倍，生产率提高2.5倍，且叶片质量大为提高，由于是毛坯直接轧到无余量，手工劳动量大为减少，劳动条件大大改善，产品的表面硬度也提高了，抗拉强度及疲劳度均优于模锻毛坯。

叶片材料1G11Ni2W2MoV，属于马氏体型热强不锈钢，由于添加了W、Mo、V等强化元素，其室温和高温强度，持久强度，蠕变极限都很高，同时具有良好韧性和抗氧化性能工艺塑性好，技术条件YB677-71，品种规格为GB708-65，板材限厚0.5-4mm。

根据工艺要求，我们选取板厚是3.2±0.2mm，供应状态为热轧软态。

叶片型面复杂，不带叶冠，粗糙度0.8，要求低，WS11整流叶片相对与WJ6整流叶片来说相应尺寸的公差减小一倍多，故尺寸精度提高，给加工带来一定难度。

同时叶片的扭角增大，从0→VI截面，扭角从2从33°6′→35°58′，扭角过大，不利与后续工序如：

冷轧、全切等加工，原理如图所示：

F和F′是一对大小相等，方向

相反的力。

F可分解为F1和F2两个分力。

F1=Fcosa，F2=Fsina。

随着a的增大，F1增大，F2减小。

图1

由此可知，在冷轧或全切中，叶片型面上将受到一对相反的轴向分力，故需将设计图进行坐标转换。

在本零件中，我们取接近平均值的0截面摆平（a=0°）这也就是将原始坐标系XY顺时针旋转33°6′，建立新的坐标系X′Y′，如右图所示。

旋转后的数据见零件图。

零件图的技术条件中有：

（1）允许叶型剖面变形而扭转在±10′范围内如图1所示，这由型面测具来保证。

（2）叶片长度为28.44mm，分为6个截面，间隔为5.1~3.25mm，间隔过密，样板测量时无法靠住定位销测量，故Ⅱ、Ⅳ剖面不检查，数据仅供模具设计用。

（3）叶片型面上对规定型面的单边偏差在两边缘3mm上减薄不大于0.02，增厚不大于0.06，其余部位减薄或增厚不大于0.06，这可作为工人检查型面透兴的依据。

（4）叶片积叠轴对理论积叠轴沿Y′向偏移允差0.08，如图

（2）所示。

图2图3

2、工艺路线分析：

（1）某整流叶片的工艺路线安排：

领料（0）—→钳工（5）—→退火（10）—→下料（15）—→钳工（20）—→铣面1（25）—→铣面2（30）—→铣面3（35）—→铣面4（40）—→钳工（45）—→磨工（50）—→钳工（55）—→开坯（60）—→退火（65）—→粗轧（70）—→退火（75）—→精轧（80）—→退火（85）—→终轧（90）—→最终退火（95）—→钻孔（100）—→洗涤（105）—→全切（110）—→钳工（115）—→抛光（120）—→标印（125）—→磁力探伤（130）—→检验（135）—→抛光（140）

（2）其中0~55工序为毛坯准备阶段，60~140为精加工阶段。

叶片轧制（60、70、80、90）及全切（110）为关键工序，钳工及检验为辅助以序，几次退火为热处理工序。

其余为机械加工工序。

以下就一一加以分析：

如右图：

铣工加工出的

工艺凸台是为了后续工

序的定位，夹紧需要，

铣去的斜角的大小根据

以往经验给出，由试加毛坯图

工生产来最后确定。

图4

冷轧是关键工序之一，叶片型面由毛坯直接轧至无余量如右图所示，毛坯准备阶段加工出的工艺凸是轧制过程的加工基础，而终轧出的两锥孔2-φ4既是本工序的测量基准，又是后工序全切的加工基准。

参考试轧记录的参数进行开坯，粗轧、精轧及终轧工序，最后使叶片个截面满足技术要求，

如无需要，粗轧工序

可以不进行。

当叶片

型面不合格时，就需

要修模，轧模型面的

好坏直接影响叶片型图5

面的质量。

另外，因叶片进气

边比排气边缘半径大，在

轧制过程中，进气边材料

流动慢，排气边材料流动

快，故轧制出的叶片形状

如图所示，为避免叶片装

夹在测具中引进干涉，故

规定最大长度为25mm，但图6

最小长度必须大于4mm。

在每一道轧制工序后，钢件的机械性能低劣，存在残余应力。

如果不用中间退火，一直轧到底，除成型困难，容易损坏模具之外，叶片表面还会被“拉”裂。

故在每道工序之间安排退火，以除应力，改善钢材的机械性能，使塑性增强。

硬度降低，为后续工序做准备。

中间退火温度700±10℃，保温4h，用真空炉。

95工序为最终退火，本工序与前几道热处理工序有所区别。

退火温度580±10℃，保温4h，用真空炉。

其主要作用是使叶片硬度达到3.8≤HBd≤4.3。

根据零件图的要求，热处理工序按照工艺说明书Q/2B364进行。

图中带尺寸，如为理论正确尺寸，它是确定被测要素的理想状态，方向位置的尺寸，该尺寸不带公差，实际尺寸由工装设计保证。

110工序全切也是一道关键工序。

全切，即用冲模一次切去四周多余部分，省支砂轮切割等工序，提高了工效。

全切模冲切叶片时，冲头四周刃口，应尽量可能同时接触叶片，否则容易切歪，此外，顶料块型应与叶片型面良好贴合。

否则叶片边缘容易变形。

本工序后，叶片基本成型。

如图所示：

其中叶片长度及型面完全加工最终尺寸，a尺寸留有0.05mm余量由抛光工序（120）抛去，t尺寸留有0.25mm的余量由钳工工序（115）打磨掉。

故本道工序全切的质量对于加工有很大的影响。

如图所示，零件图中给

出的尺寸27.38±0.15无法直

接测量，可将其换算至A.M

两点，借助φ3的芯棒测量H，

换算过程如下：

在△ABCk，

AB=1.5ctg∠1=1.5*ctg（90°-5°40′）/2

=1.6562

BC=Abcosa=1.6562*cos5°40′

=1.6481

XA=BC+BE=1.6481+2.76

=4.4081图7

取XA=4.4081其公差由工装设计给出。

AF=XD-XA=6.3627-4.4081

=1.9546

DF=1.9546tg5°40′

=0.1939

H=ZA-2.5=ZD-FD-2.5

=30.354-0.1939-2.5

=27.66图8

取H=27.66±0.1故尺寸27.388±0.15由测量27.66±0.1间接保证。

为消除因尺寸换算及芯棒测量定位带来的累积误差，所以公差由±0.15缩小为±0.1。

本工序中的两圆孔为加工基准，而全切后的叶片以0——VI剖面为测量基准，故两剖面的精度要求较高。

两孔至积叠轴的距离由工艺确定，中心孔一般取在剖面最大厚度处Cmax，这样的优点是可防止冲切叶片时因摆放不平衡而产生翻转。

另外，需特别注意的是，在全切与抛光工序中共用一套型面测具，测具基准相同，故其测具原理一致，但在全切（110）工序中，定位面处留有0.05的余量由钳工工序（115）

打磨去，故其定位件与抛光（120）工序用定位件有所区别，这样才能即准确又经济地进行测量。

叶片经过轧制及全切

两道关键工序后基本定形，

再经抛光，进排气边边缘

半径，即达到零件图的技

术条件。

最后按工艺说明书

Q/2B356进行磁检（130）。

图9

按YJ0058验收。

3、冷轧叶片工艺的优点

（1）精度高：

目前中、小叶片型面精度可控制在0.12mm之内，是当国内叶片加工精度最高的工艺方法。

（2）工效高，叶片冷轧一道机动循环时间只5s左右。

（3）表面光洁度高，目前生产条件下，可达0.4以上。

（4）模具寿命长：

有资料介绍，是相应精锻模的五倍，我厂的冷轧模寿命在15000片次以上。

后语

通过这次工艺、测具设计，把自己三年的学习知识复习了一遍，把理论知识运用到生产实践中。

同时，在设计中学会了辩证的看待、分析问题的方法，加强了自身设计的能力，解决问题的能力，总之，为以后的工作打下了良好的基础。

参考文献

工艺部分：

1、《工程材料实用手册》的《结构钢、不锈钢》；

2、《叶片冷轧新工艺》；

3、《喷气发动机》英国罗·罗公司编

4、《机械制造工艺学》机械工业出版社赵志修主编

5、《金属工艺学》高等教育出版社邓文英主编

测具设计部分：

1、《机床夹具设计》机械工业出版社李庆寿主编

2、《机床夹具设计手册》上海科学技术出版社