快速翻遍和快换式的喷涂防护夹具和喷涂方法与流程

1.本发明涉及夹具领域，特别地，涉及一种快速翻遍和快换式的喷涂防护夹具。此外，本发明还涉及一种包括上述快速翻遍和快换式的喷涂防护夹具的喷涂方法。


背景技术：

2.某航空发动机的燃气涡轮一级外环是分瓣结构的燃气涡轮外环组件，工艺要求燃气涡轮外环组件内圆环区域面进行喷涂，并对其他部位进行防护，例如燃气涡轮外环组件的上端面和下端面，通常需要将燃气涡轮外环组件切割若干段形成多段弧状段，如图1所示，之后再进行喷涂，每段弧状段单独进行喷涂形成涂层，喷涂后涂层总厚度要求大于1.3mm。
3.现有喷涂工艺存在的缺点：(1)采用常用的喷枪喷涂燃气涡轮外环组件时，由于喷枪与燃气涡轮外环组件存在一定斜角，为保证涂层厚度的均匀性，在燃气涡轮外环组件喷涂过程中，需进行多次翻遍处理。但在燃气涡轮外环组件翻遍时，需先拆卸夹具，并将若干段弧状段一一取出，再依次对弧状段进行反向安装，整个过程中弧状段因多次与操作人员及工具的接触增加了喷涂中间的涂层污染可能性，且过程繁琐，耗费时间。(2)燃气涡轮外环组件喷涂面的涂层较厚，喷涂遍数较多，涂层堆积在工装和燃气涡轮外环组件周边，夹具下端面涂层堆积，影响喷涂面，需反复机加清理维护，影响夹具寿命；燃气涡轮外环组件过渡区涂层过高过厚，增加了燃气涡轮外环组件清理的工作量，打磨过程易崩边。(3)燃气涡轮外环组件在加工过程中，为控制底层和面层尺寸，需要多次测量。通常使用通用卡尺，测量局部壁厚，故燃气涡轮外环组件在喷涂过程中会多次被分解成弧状段，测量壁厚。(4)对上下端面结构不一致的燃气涡轮外环组件，同一类型燃气涡轮外环组件翻遍喷涂时，需要2套与燃气涡轮外环组件端面对应的夹具，增加了加工成本。(5)喷涂前的粗化吹砂工艺，通常采用手工吹砂，且是单个弧状段吹砂，而且夹持难度较高，导致此过程占用设备工作时间，劳动量大，而且增加待喷面污染的风险。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种快速翻遍和快换式的喷涂防护夹具和喷涂方法，以解决现有的喷涂防护夹具，由于待喷涂零件的上、下端面形状不同，且零件的支点少，定位难度大，另外，由于现有工艺方法及零件本身结构原因，导致零件局部喷涂层厚度大，使得喷涂防护夹具上粘接的涂层多，且很难去除的技术问题。
5.本发明采用的技术方案如下：
6.一种快速翻遍和快换式的喷涂防护夹具，用于装夹和防护分瓣结构的燃气涡轮外环组件并使燃气涡轮外环组件安装在喷涂装置的转台上，燃气涡轮外环组件由多段弧状段组成，多段弧状段沿周向拼装组合构成组合件，组合件的内圆环面为喷涂区域，包括：用于装夹组合件并暴露出组合件的喷涂区域的移动装置、用于安装定位移动装置以便于实现对组合件整体喷涂的固定装置；移动装置便于对喷涂区域进行整体吹砂粗化处理；移动装置
与固定装置安装配合，并带动组合件整体翻遍，以保证喷涂区域涂层厚度的均匀性；固定装置安装在喷涂装置的转台上。
7.进一步地，移动装置包括：用于与组合件上端面配合并对上端面进行防护的上圆环压板，上圆环压板上设有用于安装在固定装置上以实现组合件喷涂定位的第一装配机构，用于与组合件的下端面和外圆环面配合并对下端面和外圆环面进行防护的下圆环压板，下圆环压板上设有用于安装在固定装置上以实现组合件喷涂定位的第二装配机构，用于连接上圆环压板与下圆环压板并保证对组合件紧固夹持的第一连接件，组合件装夹安装在上圆环压板与下圆环压板之间，且组合件的喷涂区域处于上圆环压板与下圆环压板的内圆环一侧。
8.进一步地，上圆环压板靠近喷涂区域的一侧设有用于量具测量涂层厚度尺寸的测量窗口；和/或，下圆环压板靠近喷涂区域的一侧设有用于量具测量涂层厚度尺寸的测量窗口。
9.进一步地，上圆环压板内环面采用径向尺寸由下至上逐渐增大的斜面，以防止涂层在上圆环压板和喷涂区域堆积；下圆环压板内环面采用径向尺寸由下至上逐渐减小的斜面，以防止涂层在下圆环压板和喷涂区域堆积。
10.进一步地，固定装置包括用于支撑移动装置并避免涂层堆积的底座，用于与第一装配机构或第二装配机构配合以将移动装置安装定位到底座上的装配件，用于将底座安装固定在转台卡爪上的第二连接件。
11.进一步地，底座包括圆环本体，圆环本体外壁沿径向延伸构成支靠凸块，支靠凸块设有至少三组，至少三组支靠凸块沿圆环本体的周向等间距间隔排布，装配件布设在支靠凸块的悬挑端，第二连接件采用衬套，衬套的一端与圆环本体过盈配合，衬套的另一端采用凸出于圆环本体表面的凸起结构，以便于卡爪抓取。
12.进一步地，圆环本体上设有用于与衬套定位卡紧的紧固螺钉。
13.进一步地，第一连接件外表面设有用于防止涂层污染的保护套；上圆环压板和/或下圆环压板上设有用于与组合件的凹槽结构配合以实现定位的定位凸槽。
14.根据本发明的另一方面，还提供了一种喷涂方法，采用权上述的快速翻遍和快换式的喷涂防护夹具，包括以下步骤：
15.对组合件的非喷涂区域粘贴保护膜进行防护，再将含有保护膜的组合件装配至移动装置内，并暴露出喷涂区域，对喷涂区域进行整体吹砂粗化；
16.将固定装置固定在喷涂装置的转台上，将含有组合件的移动装置安装在固定装置上，对喷涂区域整体进行等离子喷涂；
17.在等离子喷涂过程中，移动装置带动组合件整体翻遍，以保证喷涂区域涂层厚度的均匀性，翻遍次数依据涂层厚度和喷涂次数确定；
18.量具通过移动装置上的测量窗口检测局部涂层的厚度，直至到达要求的涂层厚度；
19.等离子喷涂结束后，从固定装置取下移动装置，拆卸移动装置，获得已喷涂的组合件。
20.进一步地，等离子喷涂具体步骤包括：对喷涂区域先喷涂镍
‑
铬
‑
铝
‑
钇涂层，形成底层，在底层上喷涂氧化锆/氧化钇涂层形成面层；等离子喷涂底层的工艺参数包括：喷涂
距离140mm～160mm，电流450a～550a，主气流量40nlpm～45nlpm，次气流量为8nlpm～10nlpm；等离子喷涂面层的工艺参数包括：喷涂距离60mm～80mm，电流550a～650a，主气流量40nlpm～45nlpm，次气流量为8nlpm～10nlpm；保护膜采用耐高温防护胶带。
21.本发明具有以下有益效果：
22.本发明的快速翻遍和快换式的喷涂防护夹具，包括固定装置和移动装置，用于装夹和防护分瓣结构的燃气涡轮外环组件。上述快速翻遍和快换式的喷涂防护夹具在现有夹具防护的基础上引入剥离式装夹、快速换型理念，通过将喷涂防护夹具剥离为两个模块，一个是将固定装置与转台连接形成的固定模块，另一个是移动装置夹持组合件形成的移动模块，而且移动装置暴露出喷涂区域，即便于对喷涂区域进行整体吹砂粗化处理，又便于当移动装置安装在固定装置上对喷涂区域进行整体喷涂，且还能通过移动装置带动组合件的整体翻遍，以达到喷涂区域所要求的涂层厚度，并且使得涂层厚度能够保持均一。上述快速翻遍和快换式的喷涂防护夹具，有效确保组合件上下部位涂层质量的均匀性，减少后续组合件喷涂边缘残余涂层的清理工作量，提高喷涂效率。另外，上述快速翻遍和快换式的喷涂防护夹具的喷涂生产模式可实现组合件的整体翻遍，无需将喷涂防护夹具拆卸，也无需将组合件中的各弧状段一一取出，再反向安装，从而显著降低操作人员的劳动强调，提高加工效率。同样，上述移动装置便于对喷涂区域进行整体吹砂粗化处理，且整体吹砂粗化处理能保证组合件吹砂粗化的均匀性。上述快速翻遍和快换式的喷涂防护夹具实际应用于燃气涡轮一级外环的喷涂中，可使每台次的加工时间从2～3小时缩短至30min～60min，显著缩短工时，提高了加工效率，降低了加工成本，可带来较大的经济效益。
23.除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
24.构成本技术的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
25.图1是本发明的弧状段结构图；
26.图2是本发明优选实施例的快速翻遍和快换式的喷涂防护夹具立体图；
27.图3是本发明优选实施例的快速翻遍和快换式的喷涂防护夹具剖面图；
28.图4是本发明优选实施例的底座俯视图；
29.图5是本发明优选实施例的上圆环压板结构图；
30.图6是本发明优选实施例的下圆环压板结构图；
31.图7是本发明优选实施例的下圆环压板俯视图；以及
32.图8是本发明优选实施例的b
‑
b图。
33.附图标号说明：
34.1、移动装置；11、上圆环压板；12、第一装配机构；13、下圆环压板；14、第二装配机构；15、第一连接件；16、测量窗口；
35.2、固定装置；21、底座；211、圆环本体；212、支靠凸块；22、装配件；23、第二连接件。
具体实施方式
36.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
37.图1是本发明的弧状段结构图；图2是本发明优选实施例的快速翻遍和快换式的喷涂防护夹具立体图；图3是本发明优选实施例的快速翻遍和快换式的喷涂防护夹具剖面图；图4是本发明优选实施例的底座俯视图；图5是本发明优选实施例的上圆环压板结构图；图6是本发明优选实施例的下圆环压板结构图；图7是本发明优选实施例的下圆环压板俯视图；图8是本发明优选实施例的b
‑
b图。
38.如图1和图2所示，本实施例的快速翻遍和快换式的喷涂防护夹具，用于装夹和防护分瓣结构的燃气涡轮外环组件并使燃气涡轮外环组件安装在喷涂装置的转台上，燃气涡轮外环组件由多段弧状段组成，多段弧状段沿周向拼装组合构成组合件，组合件的内圆环面为喷涂区域，包括：用于装夹组合件并暴露出组合件的喷涂区域的移动装置1、用于安装定位移动装置1以便于实现对组合件整体喷涂的固定装置2；移动装置1便于对喷涂区域进行整体吹砂粗化处理；移动装置1与固定装置2安装配合，并带动组合件整体翻遍，以保证喷涂区域涂层厚度的均匀性；固定装置2安装在喷涂装置的转台上。
39.本发明的快速翻遍和快换式的喷涂防护夹具，包括固定装置和移动装置，用于装夹和防护分瓣结构的燃气涡轮外环组件。上述快速翻遍和快换式的喷涂防护夹具在现有夹具防护的基础上引入剥离式装夹、快速换型理念，通过将喷涂防护夹具剥离为两个模块，一个是将固定装置与转台连接形成的固定模块，另一个是移动装置夹持组合件形成的移动模块，而且移动装置暴露出喷涂区域，即便于对喷涂区域进行整体吹砂粗化处理，又便于当移动装置安装在固定装置上对喷涂区域进行整体喷涂，且还能通过移动装置带动组合件的整体翻遍，以达到喷涂区域所要求的涂层厚度，并且使得涂层厚度能够保持均一。上述快速翻遍和快换式的喷涂防护夹具，有效确保组合件上下部位涂层质量的均匀性，减少后续组合件喷涂边缘残余涂层的清理工作量，提高喷涂效率。另外，上述快速翻遍和快换式的喷涂防护夹具的喷涂生产模式可实现组合件的整体翻遍，无需将喷涂防护夹具拆卸，也无需将组合件中的各弧状段一一取出，再反向安装，从而显著降低操作人员的劳动强调，提高加工效率。同样，上述移动装置(1)便于对喷涂区域进行整体吹砂粗化处理，且整体吹砂粗化处理能保证组合件吹砂粗化的均匀性。上述快速翻遍和快换式的喷涂防护夹具实际应用于燃气涡轮一级外环的喷涂中，可使每台次的加工时间从2～3小时缩短至30min～60min，显著缩短工时，提高了加工效率，降低了加工成本，可带来较大的经济效益。
40.如图2和图3所示，本实施例中，移动装置1包括：用于与组合件上端面配合并对上端面进行防护的上圆环压板11，上圆环压板11上设有用于安装在固定装置2上以实现组合件喷涂定位的第一装配机构12，用于与组合件的下端面和外圆环面配合并对下端面和外圆环面进行防护的下圆环压板13，下圆环压板13上设有用于安装在固定装置2上以实现组合件喷涂定位的第二装配机构14，用于连接上圆环压板11与下圆环压板13并保证对组合件紧固夹持的第一连接件15，组合件装夹安装在上圆环压板11与下圆环压板13之间，且组合件的喷涂区域处于上圆环压板11与下圆环压板13的内圆环一侧。上述移动装置1包括上圆环压板11、第一装配机构12、下圆环压板13、第二装配机构14和第一连接件15，上圆环压板11与下圆环压板13通过第一连接件15连接并稳定对组合件的上端面、下端面和外圆环面进行
夹持，从而实现对组合件的快速装夹定位，以露出喷涂区域，并对非喷涂区域进行防护。优选地，上述第一连接件15采用螺栓与螺母，并通过销子紧固。上述组合件包括多段弧状段，在组合件装配到上圆环压板11与下圆环压板13之间时，多段弧状段沿下圆环压板13周向依次间隔布设在下圆环压板13内，间隔区域距离为3～5mm，在弧状段相邻两个之间的间隙处采用保护膜进行防护，以防止在喷涂过程中喷涂到非喷涂区域和污染移动装置1，，也阻断涂层搭接，涂层搭接不方便后续的拆卸，再将上圆环压板11盖合在组合件上，通过第一连接件15连接上圆环压板11与下圆环压板13。
41.如图3、图7和图8所示，本实施例中，上圆环压板11靠近喷涂区域的一侧设有用于量具测量涂层厚度尺寸的测量窗口16；和/或，下圆环压板13靠近喷涂区域的一侧设有用于量具测量涂层厚度尺寸的测量窗口16。上述上圆环压板11或下圆环压板13设有测量窗口16，也可以是上圆环压板11和下圆环压板13均设有测量窗口16，便于量具对涂层厚度进行测量，从而不用频繁拆分移动装置1，缩短了加工周期，也减少了移动装置1拆卸时的污染。上述上圆环压板11和下圆环压板13均设有测量窗口16时，测量窗口16在圆环压板11和下圆环压板13上下对称布设，以便于对涂层上下部位进行检测。上述测量窗口16可为露出涂层的凹槽结构，使得壁厚卡尺插入凹槽结构并可直接测量涂层厚度。上述测量窗口16沿上圆环压板11周向布设有多组，上述测量窗口16沿下圆环压板13周向布设有多组，可对不同部位的组合件的涂层进行测量，以保证组合件涂层厚度的均匀性。
42.如图5和图6所示，本实施例中，上圆环压板11内环面采用径向尺寸由下至上逐渐增大的斜面，以防止涂层在上圆环压板11和喷涂区域堆积。下圆环压板13内环面采用径向尺寸由下至上逐渐减小的斜面，以防止涂层在下圆环压板13和喷涂区域堆积。
43.上述上圆环压板11的内环面、以及下圆环压板13的内环面均设有斜面，将装配有组合件的移动装置1安装在固定装置2上后，进行等离子喷涂，喷涂过程中飞溅的涂料溅射到斜面会沿斜面滑出上圆环压板11和下圆环压板13，无法在上圆环压板11、下圆环压板13以及喷涂区域堆积。因此，上述斜面的设计，不仅减少了端面涂层堆积，避免涂层的搭边。
44.如图3和图4所示，本实施例中，固定装置2包括用于支撑移动装置1并避免涂层堆积的底座21，用于与第一装配机构12或第二装配机构14配合以将移动装置1安装定位到底座21上的装配件22，用于将底座21安装固定在转台卡爪上的第二连接件23。上述第一装配机构12和第二装配机构14可采用螺纹孔，上述装配件22可采用与螺纹孔配合的螺栓。还可设有用于第一装配机构12与装配件22、第二装配机构14与装配件22连接稳定的止动螺钉。
45.如图4所示，本实施例中，底座21包括圆环本体211，圆环本体211外壁沿径向延伸构成支靠凸块212，支靠凸块212设有至少三组，至少三组支靠凸块212沿圆环本体211的周向等间距间隔排布，装配件22布设在支靠凸块212的悬挑端，第二连接件23采用衬套，衬套的一端与圆环本体211过盈配合，衬套的另一端采用凸出于圆环本体211表面的凸起结构，以便于卡爪抓取。优选地，第二连接件23设于圆环本体211的中部，或者圆环本体211的中轴线上，以便于对组合件的姿态控制，进而便于对组合件的喷涂区域的精确工艺操作。
46.上述底座21包括圆环本体211和沿圆环本体211径向延伸的至少三组支靠凸块212，且装配件22布设在支靠凸块212的悬挑端，从而使得固定装置2与移动装置1连接处形成悬空结构或者镂空结构。由于在等离子喷涂过程中，为了防止飞溅的涂料在底座21上堆积，因此设计成悬空结构或者镂空结构，防止涂层堆积和搭边，进一步保证卡爪的使用寿
命。上述衬套的一端与圆环本体211的内圆环过盈配合，并通过紧固螺钉定位卡紧，其另一端为凸起结构，方便卡爪抓取，衬套为卡爪与底座21的连接部件，具有耐磨损，易更换的特点。优选地，上述支靠凸块212采用三组，最大限度的将底座21结构简化，减轻底座21的重量，采用三组支靠凸块212的结构，使得固定装置2与移动装置1连接处形成悬空结构或者镂空结构，避免喷涂涂层的堆积，涂层堆积，一方面较难以清理，清理过程中可能会损坏喷涂防护夹具和卡爪，另一方面，可能会形成喷涂防护夹具之间的搭桥，不易喷涂防护夹具拆卸等问题，另外，还有效减少了涂层对转台卡爪的污染，提高了喷涂防护夹具以及转台卡爪的使用寿命。
47.优选地，圆环本体211上设有用于与衬套定位卡紧的紧固螺钉。
48.本实施例中，第一连接件15外表面设有用于防止涂层污染的保护套；上圆环压板11和/或下圆环压板13上设有用于与组合件的凹槽结构配合以实现定位的定位凸槽。以实现上圆环压板11与组合件、下圆环压板13与组合件的安装到位。
49.根据本发明的另一方面，还提供了一种喷涂方法，采用权上述的快速翻遍和快换式的喷涂防护夹具，包括以下步骤：
50.对组合件的非喷涂区域粘贴保护膜进行防护，再将含有保护膜的组合件装配至移动装置1内，并暴露出喷涂区域，对喷涂区域进行整体吹砂粗化；
51.将固定装置2固定在喷涂装置的转台上，将含有组合件的移动装置1安装在固定装置2上，对喷涂区域整体进行等离子喷涂；
52.在等离子喷涂过程中，移动装置1带动组合件整体翻遍，以保证喷涂区域涂层厚度的均匀性，翻遍次数依据涂层厚度和喷涂次数确定；
53.量具通过移动装置1上的测量窗口16检测局部涂层的厚度，直至到达要求的涂层厚度；等离子喷涂结束后，从固定装置2取下移动装置1，拆卸移动装置1，获得已喷涂的组合件。
54.本发明的喷涂方法，实现对分瓣结构的燃气涡轮外环组件的整体吹砂粗化和整体喷涂，提高了燃气涡轮外环组件喷涂的防护效果，且有效确保喷涂区域上下部位涂层厚度的均匀性，有效避避喷涂死角，提高涂层质量。通常情况下，喷涂3～5次进行一次翻遍，再依据涂层厚度的厚度确定翻遍的次数。
55.本实施例中，等离子喷涂具体步骤包括：对喷涂区域先喷涂镍
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铬
‑
铝
‑
钇涂层，形成底层，在底层上喷涂氧化锆/氧化钇涂层形成面层；等离子喷涂底层的工艺参数包括：喷涂距离140mm～160mm，电流450a～550a，主气流量40nlpm～45nlpm，次气流量为8nlpm～10nlpm；等离子喷涂面层的工艺参数包括：喷涂距离60mm～80mm，电流550a～650a，主气流量40nlpm～45nlpm，次气流量为8nlpm～10nlpm；保护膜采用耐高温防护胶带。
56.优选地，喷涂方法具体步骤如下：
57.将分瓣结构的燃气涡轮外环组件切割成多段弧状段，多段弧状段沿周向拼装组合构成组合件，对组合件采用耐高温防护胶带，优选地为chr2925
‑
07，对非喷涂区域进行防护，再将含有保护膜的组合件装配在移动装置的上圆环压板11与下圆环压板13之间，以将组合件的非喷涂区域进行防护，并暴露出喷涂区域，且喷涂区域处于上圆环压板11与下圆环压板13的内圆环一侧，再通过第一连接件15将二者连接固定；
58.对喷涂区域进行整体吹砂粗化；
59.通过固定装置2上的第二连接件23，将固定装置2的底座21与转台卡爪安装固定；
60.通过下圆环压板13上的第二装配机构14与装配件22配合连接，以将装配有组合件的移动装置1安装在支靠凸块212上，再对组合件的喷涂区域进行等离子喷涂，等离子喷涂具体步骤包括：对喷涂区域先喷涂镍
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铬
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铝
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钇(amdry962)涂层，形成底层，在底层喷涂氧化锆/氧化钇(metco 204ns)涂层形成面层，等离子喷涂底层的工艺参数包括：喷涂距离150mm，电流500a，主气流量42nlpm，次气流量为9nlpm；等离子喷涂面层的工艺参数包括：喷涂距离70mm，电流600a，主气流量42nlpm，次气流量为9nlpm；
61.在等离子喷涂过程中，等离子喷涂3次后，拆开第二装配机构14与装配件22的连接，移动装置1带动组合件整体翻遍，再通过上圆环压板11上的第一装配机构11与装配件22配合连接，继续喷涂，每喷涂3次后重复上述操作，直至完成等离子喷涂；
62.在等离子喷涂过程中，采用壁厚卡尺通过上圆环压板11的测量窗口16、下圆环压板13的测量窗口16对涂层厚度进行测量，
63.等离子喷涂结束后，从固定装置2取下移动装置1，拆卸第一连接件15，上圆环压板11与下圆环压板13分开，获得已喷涂的组合件。
64.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。