航空发动机压气机叶片工装标准化

1、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

2、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

3、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

4、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

5、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

6、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

7、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

8、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

9、 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

10、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。 图 14 叶根最大轮廓过规 这个看似简单的工作却数倍缩短制造周期，使得制造一个过规仅需几个小时。 2.5 工装部件通用化 对工装中某些频繁重复使用的部件结构进行标准化可行性分析，抽取出较通 用的典型结构设计成通用件，形成标准。这类标准化工作中，较成功的是对各种 表块的通用化。如仿型缘板高度测具表块（见图 15 ） 、进排气边厚度表块、进 排气边位置表块、 各种平面测量表块等， 在引用其的图纸技术要求中直接注上“与 标准表块 XX-XXXXX 同时使用”，使用者直接从库房领取。 图 15 仿型缘板高度测具表

11、块 上述标准化工作之后，收效明显，在新的产品项目中，设计量减少了 25%， 制造工作量能减少 35%。 叶片工装标准化实施有两个前提：对设计员来说，运用他的经验从一类工装 中总结内在规律，提取出具有共性的标准部件，并在日后的工作中积极选用；对 公司来说，要有足够的资金、魄力提前采购。 三. 完善企业内部标准 设计过程中，会频繁用到各种压紧机构、导轨、汽缸、油缸、传感器、手柄、 工艺球、各种油汽路附件，以及其它一些零部件或机构等等，种类庞杂，它们都 可以通过各种渠道直接采购到。设计者可以自行设计这些零部件，但这增加了工 装设计、制造的工作量，延长了周期；也可以从各种设计手册或国标及各种行业 标准

12、中选取，设计周期较短，通过这种方法选出的零件，许多在市场（直接）采 购不到，需要工装制造者自行制造，无形中增加了制造零件的数量。 我们利用国际互联网及参加展览会等各种机会，寻找相关标准件供应商，与 其交流技术，索要产品样本以备选用，他们中的决大多数服务不错，不但能帮助 解决选用使用中的技术问题，很多还能随时送货上门。减少了设计者绘图时间及 工装制造者直接加工零件数量，大大缩短设计制造周期。 产品样本信息量大，翻阅费事费力，日常设计中使用频率高的也只是极少一 部分，那么把常用部分提出来汇编成企业内部标准，这些标准件可提前采购或订 购工装的同时订购。 并把前面标准化论题中谈到的自行建立的各种标准一并汇总 到企业内部标准中去。这样，检索、引用、订购非常省时方便。 BTL 公司 26-03 标准， 公司 TDS 标准， RR 都是按照上述原则建立的很不错的企 业内部标准，使用相当方便。 四. 建立三维电子标准图库 目前，针对各种常用 CAD 软件，市场上都能够买到国标及一些行业标准的三 维电子标准件图库，价格昂贵不说，安装到计算机上之后，系统庞大，可供叶片 工装设计员从中选用的标准件却并不多，浪费资源，很不实用。 设计者可利用项目间的空闲阶段，