一种涡轮工作叶片内腔液力研磨的加工夹具、装置及方法与流程

1.本发明属于航空航天技术领域，涉及一种涡轮工作叶片内腔液力研磨的加工夹具、装置及方法。


背景技术：

2.在航空发动机领域，复杂型腔涡轮叶片作为发动机的核心部件，处于高温、高压、高转速的环境中，为了提高叶片的承温能力，需要在叶身上加工冷却气膜孔，由于涡轮叶片叶身上加工气膜孔相当于人为制造缺陷，气膜孔进出口存在尖边毛刺，电加工还会导致气膜孔表面存在重熔层，影响叶片的强度和工作寿命。同时为了提高叶片的抗腐蚀、抗氧化性能，在叶片内腔进行渗铝工艺，渗铝前需要对叶片内腔进行清理，提高内腔表面粗糙度及污渍清理。针对气膜孔孔口倒圆、重熔层去除、内腔清理等难题，目前导向叶片采用磨粒流工艺，但工作叶片由于内腔结构窄小复杂，部分叶片甚至存在回型腔结构，磨粒流采用半固体磨料，在工作叶片内腔里不易清除干净，磨料残留在高温下会导致零件腐蚀报废。因此选择液力研磨工艺，采用液体悬浮磨料进行加工，但液体研磨时在压力影响下，大多会从流通面积大的出口流出。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于解决现有技术中在针对涡轮叶片气膜孔进行液力研磨时，现有装置不能保证有效密封的问题，提供一种涡轮工作叶片内腔液力研磨的加工夹具、装置及方法。
4.为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
5.一种涡轮工作叶片内腔液力研磨的加工夹具，包括固定单元，所述固定单元包括底板，底板上安装有支架、榫齿定位块和榫齿限位块，所述支架包括水平部和垂直部，所述水平部上连接叶尖孔密封单元，所述叶尖孔密封单元包括叶尖密封块和叶尖压块，叶尖压块通过紧固件连接在支架的水平部上，叶尖密封块安装在叶尖压块的下部；所述底板的底部开设有进料口，进料口中设置有导块，导块上放置榫齿密封垫，导块上的导流孔与榫齿密封垫上的进气孔对应放置，导块的外侧壁上开设有凹槽，凹槽中放置反压紧块的一端，反压紧块为l型结构，另一端伸入榫齿限位块底部的凹槽中，通过紧固件与榫齿限位块连接，所述榫齿定位块和榫齿限位块相接，相接处开设有与叶片榫齿形状匹配的空腔；所述垂直部上安装劈缝密封单元，所述劈缝密封单元包括劈缝密封块和压块，压块通过紧固件安装在垂直部上，劈缝密封块通过中间转轴安装在压块上开设的凹槽中，所述劈缝密封块上开设有与涡轮叶片劈缝匹配的凹槽，涡轮叶片与凹槽贴合。
6.本发明的进一步改进在于：
7.所述反压紧块与榫齿限位块之间通过压紧螺钉连接，压紧螺钉上设置有压缩弹簧，用于反压紧块的复位。
8.所述劈缝密封块上的凹槽内设置有密封片。
第一装配螺钉，14-第一销钉，15-定位销，16-圆柱销，17-第二装配螺钉，18-劈缝密封块压紧螺钉，19-第二销钉，20-劈缝密封块，21-压块。
具体实施方式
30.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
31.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
32.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
33.在本发明实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“水平”、“内”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
34.此外，若出现术语“水平”，并不表示要求部件绝对水平，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
35.在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
36.下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
37.参见图1-图3，分别为本发明的涡轮工作叶片内腔液力研磨的加工装置立体图、剖视图和俯视图，夹具包括固定单元、叶尖孔密封单元和劈缝密封单元，固定单元包括支架1和底板2，底板2的底部开设有进料口，支架1为u型支架，包括一个水平部和两个垂直部，支架1的两个垂直部通过第一装配螺钉13固定安装在底板2上，榫齿定位块3和榫齿限位块4分别通过第二装配螺钉17和圆柱销16固定在底板上，榫齿定位块3和榫齿限位块4相接，在相接处按照涡轮叶片的榫齿形状开设空腔，并预留0.1mm间隙，以保证整个涡轮叶片可以顺利安装。将涡轮叶片装入榫齿定位块3和榫齿限位块4中，叶片端面贴紧定位销15，从而保证整个叶片零件在每次装夹时位置的一致性。拧紧压紧螺钉9，压紧螺钉与反压紧块5连接，拧紧时将会带动反压紧块5向上压紧，反压紧块5为l型结构，反压紧块5的另一端伸入导块7外侧壁上开设的凹槽中，反压紧块5向上压紧时会带动导块7同步向上压紧，导块7上放置有榫齿密封垫6，榫齿密封垫6的材质为天然橡胶，具有一定的弹性，导块7上的导流孔与榫齿密封
垫6上的进气孔对应放置。液体磨料依次通过进料口、导流孔与进气口进入到叶片中，导块7上导流孔的尺寸大于叶片榫齿的进气孔尺寸。在压紧时，将榫齿密封垫6与涡轮叶片榫齿底面完全贴合，并且压紧叶片，使得叶片与榫齿定位块3和榫齿限位块4紧密贴合，保证叶片固定不松动并且不发生泄露。
38.参见图4，为劈缝密封单元结构示意图，支架1的一个垂直部上安装劈缝密封单元，劈缝密封单元包括劈缝密封块20和压块21，压块21通过两个劈缝密封块压紧螺钉18安装在支架1的垂直部上，在涡轮叶片安装固定好之后，将劈缝密封块20贴合在叶片劈缝处，劈缝密封块20上开设有与叶片劈缝型面对应的凹槽结构，在凹槽结构处粘贴天然橡胶片，能够保证叶片劈缝与夹具更好的贴合，劈缝密封块20与压块21之间采用第二销钉19相连，劈缝密封块20为船型结构，可在压块上旋转摆动，能够更好的适应毛料偏差带来的不同劈缝形状。支架1通过两个劈缝密封块压紧螺钉18与劈缝密封装置相连，通过压紧螺钉带动压块21向前运动，压块21带动劈缝密封块20贴合叶片劈缝，实现叶片劈缝的完全密封。
39.支架1的水平部上安装叶尖孔密封单元，叶尖孔密封单元包括叶尖密封块10和叶尖压块11，叶尖压块11通过两个叶尖压块螺钉12和第一销钉14安装在支架1的水平部上，第一销钉14起到导向作用，防止叶尖压块11的位置出现偏差，叶尖密封块10安装在叶尖压块11的下部。将叶尖密封块10放置在叶尖处，在两个叶尖压块螺钉12的作用下，带动叶尖压块11向下压紧，使叶尖密封块10与叶尖紧密贴合。
40.本发明一实施例公开了一种涡轮工作叶片内腔液力研磨的加工装置，采用如前项所述的涡轮工作叶片内腔液力研磨的加工夹具，将整个夹具连接在加工设备上，在夹具底板2的底部进料口周围设置有密封圈8，保证夹具与设备的。
41.试验完成后，将叶尖密封单元、劈缝密封单元拆卸，然后再拧松压紧螺钉9时，在压缩弹簧的作用力下，带动反压紧块5和导块7向下运动，将叶片取出，更换其它叶片。其中榫齿密封垫6可设计成不同进气孔的结构，通过更换榫齿密封垫6可实现对叶片前、中、后腔分别进行研磨处理。
42.本发明一实施例公开了一种涡轮工作叶片内腔液力研磨的加工方法，采用如前项所述的涡轮工作叶片内腔液力研磨的加工装置，具体包括以下步骤：
43.将叶片前腔对应的榫齿密封垫6放置在装置内，将叶片放入榫齿定位块3和榫齿限位块4中，叶片端面紧贴定位销15，压紧螺钉9拧紧后带动反压紧块5和导块7向上压紧，使得榫齿密封垫6与叶片榫齿端面贴合；
44.将液体悬浮磨料从底板2进料口通过导块7和榫齿密封垫6上的导流孔引流至叶片榫齿进气孔；
45.液体悬浮磨料由榫齿进气孔进入叶片内腔，对叶片内腔表面进行研磨抛光；
46.更换榫齿密封垫6，对叶片的中后腔进行研磨处理；
47.拆卸叶片，放入超声波清洗机内进行清理，采用高压水对叶片内腔冲刷，完成加工。
48.本发明的具体工作过程为：
49.选取叶片前腔的榫齿密封垫6，放置在工装内，将叶片放进榫齿定位块3和榫齿限位块4中，端面贴紧定位销15，拧紧压紧螺钉9，带动反压紧块5和导块7向上压紧，使榫齿密封垫6与叶片榫齿底面完全贴合，并且压紧叶片，使叶片固定；
50.拧紧压紧螺钉18，带动压块21向前运动，压块21带动劈缝密封块20贴合叶片劈缝，实现叶片劈缝的完全密封；
51.拧紧压紧螺钉12，带动叶尖压块11向下压紧，使叶尖密封块10与叶尖紧密贴合；
52.将夹具安装在设备底面上，固定压紧；
53.液体悬浮磨料从底板2进料口通过导块7、榫齿密封垫6上的孔引流至叶片榫齿进气孔，液体悬浮磨料颗粒大小为微米级；
54.悬浮磨料由榫齿进气孔进入，磨料在流动的过程中将叶片内腔表面进行研磨抛光；
55.由于叶身气膜孔孔口小，一般在φ0.6以下，流通面积小，叶片劈缝孔和叶尖孔的流通面积大，从而被封堵，液体悬浮磨料从叶身气膜孔流出，流速很快，在流动过程中对气膜孔进出口、孔内壁表面进行冲涮，将气膜孔孔口进行倒圆、孔内壁重熔层进行去除；
56.更换榫齿密封垫6，进行中、后腔叶片研磨处理；
57.将叶片拆卸下来，放入超声波清洗机内进行清理，同时采用高压水冲刷叶片内腔，保证内腔无残留。
58.本发明通过反压紧榫齿结构，使得装夹位置保持不动，依靠径向压紧，保证叶片装夹的一致性以及叶片与榫齿密封垫之间的紧密贴合；并且通过劈缝密封单元对劈缝进行有效的密封，能够适应叶片不同毛料型面带来的偏差，有效的实现了液体磨料从榫齿进气孔进入，仅从叶身气膜孔流出，叶片的劈缝和叶尖孔保持密封，提高了对于内腔研磨的有效性。本发明的结构相对于传统的采用外表面冷却方式的气膜孔加工工装相比，增加了叶片内腔冷却方式，能够在气膜孔加工时降低加工温度，在气膜孔穿透时实现出口充分冷却，解决气膜孔出口电弧烧伤，提高叶片气膜孔出口质量。
59.以上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。