航空发动机压气机叶片工装标准化

航空发动机压气机叶片工装标准化

发表时间：2006-12-3 云守军来源：e-works

关键字：叶片工装标准化

本文详细论述了航空发动机压气机叶片工装标准化的思路，以典型叶片工装结构为例介绍一些常用标准化方法，通过标准化来实现缩短工装设计制造周期，降低成本。

一. 前言

我公司是从事航空发动机压气机叶片（以下简称叶片）精密锻造和机械加工的专业厂家，产品工艺主要特点是：叶身、缘板无余量精锻，机械加工叶片的安装等部位。这过程中，几乎各个工序都要使用专用工装来加工和检测，工装设计的合理性、工装制造的精度直接决定能否研制出合格的叶片。

叶片工装种类多，数量大，空间角度多，设计制造技术难度大，周期长，常常不能满足研制周期的要求，大量工装现场存放管理维护费时费力。为缓解这些压力，我们适时对叶片工装进行了大量的标准化工作，明显提高了设计效率，缩短了制造周期。

二. 工装结构的标准化

完成某一工艺功能的叶片工装往往有多种常用典型结构，仔细分析它们的共性、个性、各方面优缺点，找出规律性，综合工艺及现场操作人员的意见，依据标准化原则，视不同情况将结构进行简化、统一化、系列化、通用化、组合化。

叶片的形状不规则性导致工装多数采用空间点、型线或型面来定位夹紧，这部分尺寸、结构变化较大，要完全标准化不太现实；但除此之外的其它零部件结构却有很多共性，经过对比筛选，可找出一般规律将它们不同程度的标准化。我们对预终锻模、切边/叶尖模、进排气边铣削夹具、浇铸夹具、榫头铣削/拉削/磨削夹具、锻造缘板高度测具、榫头三坐标测具、投影测具、叶根最大轮廓过规、叶尖长度测具等工装进行了标准化，下面将就一些实例具体介绍。

图1 转子叶片浇铸夹具

2.1 浇铸夹具的标准化

首先，统一结构。浇铸夹具有立式、卧式两种结构，由于立式结构体积较大，密封效果不太好，操作也不太方便，而卧式结构则相对较好，产品质量也较稳定，最终把卧式结构的浇铸夹具确定为标准结构。见图1所示。

图2 浇铸夹具底座

其次，简化结构。将这种结构拆分为三部分：底座部分，

完成传动夹紧功能，见图2；主体部分，实现定位及成型浇铸块功能，见图3；浇铸块部分,实现与其它工装关联，见图4。拆分后，原来复杂的结构衍变为相对简单的三个独立子模块。

图3 浇铸夹具专用部分

图4 浇铸块

接下来系列化浇铸块外形尺寸。主要是指转子叶片，而静子叶片一般是采用车削工艺，用车床软爪直接夹持，不用过多考虑它的大小。以前，几乎每个叶片都有独特尺寸的浇铸块，存在很多弊端。通过对叶片锻造毛坯尺寸分析分类，简化其结构，基本确定为图4结构，最终确定了三种外形截面尺寸系列：30cm x 45cm；50cm x 70cm；70cm x 100cm。其适用于公司目前所有的转子叶片。这样做的优点将在下述及下一节2）中体现出来。

图5 静子叶片浇铸夹具

最后，通用底座。转子叶片浇铸夹具（见图2）、静子叶片浇铸夹具（见图5）有各自的结构特点，仔细研究后发现它们的底座结构都差不太多，仅导轨行程差别比较大，完全可以通用化。经过综合，重新设计通用底座（见图6），在这个结构中增加了调整块（件6件7）以适应浇铸块的三种系列。

图6 浇铸夹具通用底座

底座通用，浇铸块系列化，在新叶片设计中，将采取组合化设计，根据叶片大小先确定一种浇铸块系列，再设计主体（专用）部分即可，设计工作量能减少三分之一，制造工作量能减少五分之二。

浇铸夹具是叶片机加工艺中最重要的一项工装，涉及面广，结构复杂，设计制造难度大。我们最早从其着手，综合运用了简化、统一化、系列化、通用化、组合化等方法，对浇铸夹具进行标准化，取得了非常好的效果。

2.2 浇铸块周边工装的标准化

由于浇铸块尺寸的系列化，给与浇铸块相关的工装标准化系列化带来可能，如铣榫头夹具、拉榫头夹具、带浇铸块三坐标检榫头测具、带浇铸块投影测具等。

标准化方法很简单，针对三种系列浇铸块尺寸，分别设计与其尺寸相对应的三种系列标准工装。选用方法：当新的项目启动后，根据叶片形状，先确定浇铸块系列型号，再从上述四种测、夹具中选出与浇铸块相对应的型号，使用者根据型号从库房中领取。

以30cm x 45cm浇铸块为例进行说明。

图7为铣削夹具，一般情况可通用。

图7 通用铣削夹具

图8 通用三坐标测榫头和投影测具

图8为一测具，同时具有带浇铸块三坐标检榫头和投影两种功能。对于使用三坐标检榫头，一般情况可通用；对于投影，如果只投影榫齿方向，则一般情况可通用，如果还要投影端面方向，仅需临时设计制造一个专用角度块，连接到底板上即可。

图9为四工位拉削夹具中精拉榫齿的夹具示意图，仅需临时设计制造一个专用辅助定位块（件1）、一个专用辅助夹紧块（件2）。

图9 拉削夹具示意图

这四种测夹具的系列标准化，一定程度上缓解了设计的压力，也使得加工工作量减少八成以上，收效相当明显。

2.3 工装底座标准化

设计中发现，许多同类工装，其底座的相近程度很高，完全可以将其抽取出来，设计成通用底座，形成标准。

目前，我们已经通用的底座有：叶尖长度测具底座、缘板高度测具底座、进排气边铣削夹具底座、弯扭测具底座、叶型厚度测具底座、标刻夹具底座、叶型（榫头）三坐标测具底座等十余种，对于新的叶片，仅需设计专用的定位夹持部分即可，由制造者将新制零件装配到通用底座上，大大减少了设计工作量和制造的零件数量。下面简单介绍其中几种的结构。

图10是针对大圆弧半径设计的叶尖长度测具底座，需设计专用的定位夹持部分。

图10 大圆弧半径叶尖长度测具通用底座

图11是针对小圆弧半径设计的叶尖长度测具通用底座，需设计专用的定位夹持部分。

图11 小圆弧半径叶尖长度测具通用底座

图12 仿型法缘板高度测具通用底座

图12是针对叶片缘板为圆弧设计的、采用仿型法测量缘板高度的测具通用底座，需设计专用的定位块、夹持臂和仿型基准块。

图13 进排气边铣削夹具通用底座

图13是进排气边铣削夹具通用底座，需设计专用的定位块、夹持臂。

2.4 系列化

系列化是缩短设计制造周期行之有效的方法。除了对一些典型常用零部件如V 型块等进行大量的系列化和上述提到的浇铸块系列化工作外，叶根最大轮廓过规毛坯也可被系列化。

叶根最大轮廓过规（见图14上侧）是检测中使用频率较高的测具，精度高，磨损快，磨损后需要及时补定，周期最快也得两周，对生产影响很大。

根据叶片榫头尺寸大小，将叶根最大轮廓过规的外方尺寸划分为三个规格：60cmX50cm；50cmX40cm；40cmX30cm，设计毛坯图纸（见图14下侧），提前备料，坯料被淬硬。

设计时从这三个规格中选一种作为外型轮廓，再设计其它部分，制造时从相应的毛坯上切上一块儿，只需切出相应的内轮廓即可。