柔性耦合模塊式整體葉盤磨粒流拋光夾具的制作方法

本發明屬于精密加工技術與機械工裝技術領域，涉及一種柔性耦合模塊式整體葉盤磨粒流拋光夾具；特別適用于多類型航天發動機中渦輪葉盤的葉片曲面拋光。

背景技術：

航天發動機中整體葉盤的表面拋光手工打磨，人工拋光不僅勞動強度大、效率低，而且拋光表面易燒傷，型面精度和表面完整性難以保證。

整體葉盤的葉片屬于典型的復雜曲面，由于一般工具難以接觸到葉片表面，存在很大的拋光難度。

磨粒流加工（Abrasive Flow Machining,AFM），也稱擠壓珩磨，是一種用載有磨料的流動性粘彈性聚合物，在壓力作用下對工件進行表面拋光、倒角和去毛刺等精加工的新型工藝技術。該加工技術特別適用于工件內腔復雜面、內部交叉孔等無法觸及區域的毛刺去除和拋光。

磨料在流道內的壓力會受流道截面形狀的影響，所以磨料的壓力不僅與進入流道時的初始壓力有關還與間隙流道的形狀相關。在航天發動機中整體葉盤的葉片曲面拋光作業中，現有的磨粒流加工拋光整體葉盤的夾具，非模塊式裝夾約束整體葉盤，磨粒流通過整體葉盤的葉片的間隙流道間距不一致；磨粒流進入間隙流道時的狀態不平穩連續；葉片表面質量均勻性差；夾具不通用，不同類型的整體葉盤需采用不同的夾具，夾具制造成本高。

技術實現要素：

本發明公開了一種柔性耦合模塊式整體葉盤磨粒流拋光夾具，以解決現有技術中間隙流道間距不一致；磨粒流進入間隙流道時的狀態不平穩連續；葉片表面質量均勻性差；夾具不通用，不同類型的整體葉盤需采用不同的夾具，夾具制造成本高等問題。

本發明包括上分流板、外套筒、下分流板、約束模塊、中心軸、定位銷；上分流板、下分流板上分別具有中心軸安裝孔、周向分布的分流通道；渦輪葉盤一般都包含數個葉片，約束模塊由與渦輪葉盤的葉片個數相同的子約束模塊組成；渦輪葉盤緊固安裝在中心軸上；子約束模塊安裝在外套筒內；中心軸上端與下端分別與上分流板、下分流板的中心軸安裝孔緊固連接；渦輪葉盤的上下表面、每個子約束模塊的上下表面分別與上分流板、下分流板緊密接觸，上分流板與外套筒上端面緊固連接；下分流板與外套筒下端面緊固連接；子約束模塊與渦輪葉盤的葉片間具有間隙流道，間隙流道上的子約束模塊與渦輪葉盤的葉片表面具有耦合的曲面形狀，間隙流道垂直于葉片曲面方向的截面相同、寬度一致；每個子約束模塊由定位銷限位安裝在上分流板與下分流板之間；上分流板、下分流板上的分流通道與渦輪葉盤的葉片個數相同、與葉片的周向排布規律相同、與間隙流道曲線相切；拋光過程中磨料沿上分流板的分流通道流入子約束模塊與渦輪葉盤葉片間的間隙流道；在磨料流經間隙流道過程中，磨料在壓力作用下產生的剪切力對葉片表面進行材料剔除，實現對渦輪葉盤的葉片表面拋光；最后，磨料從下分流板的分流通道流出；子約束模塊組合式的約束模塊便于裝夾，易于裝配；約束模塊8曲面與渦輪葉盤的葉片曲面對應耦合，保證了間隙流道截面寬度的一致性，促使磨粒流與葉片表面進行均勻且充分的接觸；從而保證了被拋光后葉片質量的均勻性好。

為了對每個葉片都進行高精密均勻拋光，優化的方案，子約束模塊與渦輪葉盤的葉片間垂直距離始終保持一個不變的間距值；這個間距值為0.5--2毫米。優化為1毫米。

對應拋光一種尺寸渦輪葉盤的子約束模塊組成的約束模塊為一組；約束模塊的組數大于1；外套筒數量與約束模塊組數相同；不同尺寸大小的渦輪葉盤通過更換相應組的約束模塊，及加裝對應尺寸需求的外套筒，都可以在本發明上進行磨粒流拋光精整加工。對于同系列、不同大小的渦輪葉盤的裝夾，只需更換與之相對應的約束模塊或選擇型加裝套筒，就可以達到耦合約束的效果，實現柔性生產。

一個優化的方案，本發明還包括上導流板、下導流板；上導流板具有漏斗狀喇叭口流道；下導流板具有錐臺狀喇叭口流道；上導流板與上分流板緊固連接；下分流板與下導流板緊固連接；磨料通過上導流板、上分流板引導進入子約束模塊與渦輪葉盤葉片間的間隙流道；上導流板的漏斗狀喇叭口流道消除了磨料進入間隙流道產生的宏觀喇叭口現象；防止了因入口與內部流道不和諧產生的流速不均勻現象，使得磨料可以保持連續的穩定流動，保證了拋光質量的均勻性。均勻地拋光渦輪葉盤的葉片表面。

本發明上導流板、下導流板上具有周向均勻分布的螺紋孔，用于上導流板、下導流板與機床平臺的安裝固定；機床加工時，對本發明施加自上而下的壓緊力，壓緊上導流板、上分流板；上分流板向下壓緊渦輪葉盤，渦輪葉盤壓緊下分流板、下導流板；渦輪葉盤在外套筒內定位夾緊。

本發明還包括兩個密封圈；一個密封圈安裝在上分流板與外套筒4上端面之間，另一個密封圈安裝在下分流板與外套筒下端面之間。

一個優化的方案，本發明還包括搭扣；每兩個相鄰的子約束模塊都由一個搭扣施加夾緊定位；搭扣緊固安裝在箍圈上。

本發明的優點：磨粒流加工拋光渦輪葉盤，可以充分拋光一般工具難以接觸的葉片表面。雙層導流板使磨料進入間隙流道時的狀態連續且平穩，保證了拋光過程的穩定性；磨粒流拋光過程中磨料通過的間隙流道內表面始終與葉片表面保持一樣的間距，保證了葉片表面質量的均勻性；夾具體約束模塊采用組合裝夾方式，既方便裝夾又保證了裝夾過程中不對渦輪葉盤造成損傷；夾具體具有一定的柔性，可以拋光不同型號、不同尺寸的渦輪葉盤。充分利用機床液壓系統的壓力，提高拋光精度并降低拋光成本。

附圖說明

圖1為包含渦輪葉盤的本發明結構示意圖；

圖2為包含渦輪葉盤的本發明結構爆炸分解圖；

圖中：1上導流板、2上分流板、3密封圈、4外套筒、5下分流板、6下導流板、7搭扣、8約束模塊、9箍圈、10中心軸、11定位銷、12平鍵、13定位銷、14渦輪葉盤。

具體實施方式

以下結合附圖詳細說明本發明的一個實施例。

本發明實施例是拋光某類型整體渦輪葉盤；如圖1、圖2所示，包括上導流板1、上分流板2、密封圈3、外套筒4、下分流板5、下導流板6、搭扣7、約束模塊8、箍圈9、中心軸10、定位銷11、平鍵12、定位銷13；上導流板1具有漏斗狀喇叭口流道；下導流板6具有錐臺狀喇叭口流道；上分流板2、下分流板5上分別具有中心軸安裝孔、周向分布的分流通道；上導流板1與上分流板2緊固連接；下分流板5與下導流板6緊固連接；渦輪葉盤14一般都包含數個葉片，約束模塊8由與渦輪葉盤14的葉片個數相同的子約束模塊組成；渦輪葉盤14緊固安裝在中心軸10上；子約束模塊安裝在外套筒4內；每個子約束模塊上部由定位銷13、定位銷11限位安裝在上分流板2與下分流板5之間；每兩個相鄰的子約束模塊都由一個搭扣7施加夾緊定位；搭扣7緊固安裝在箍圈9上；中心軸10上端與下端分別與上分流板2、下分流板5的中心軸安裝孔緊固連接；渦輪葉盤14的上下表面、每個子約束模塊的上下表面分別與上分流板2、下分流板5緊密接觸；一個密封圈3安裝在上分流板2與外套筒4上端面之間，另一個密封圈3安裝在下分流板5與外套筒4下端面之間；上分流板2與外套筒4上端面緊固連接；下分流板5與外套筒4下端面緊固連接；上導流板1、下導流板6上具有周向均勻分布的螺紋孔，用于上導流板1、下導流板6與機床平臺的安裝固定；機床加工時，對本發明施加自上而下的壓緊力，壓緊上導流板1、上分流板2；上分流板2向下壓緊渦輪葉盤14，渦輪葉盤14壓緊下分流板5、下導流板6；渦輪葉盤14在外套筒4內定位夾緊。

子約束模塊與渦輪葉盤14的葉片間具有間隙流道，間隙流道上的子約束模塊與渦輪葉盤14的葉片表面具有耦合的曲面形狀，間隙流道垂直于葉片曲面方向的截面相同、寬度一致；子約束模塊與渦輪葉盤14的葉片間垂直距離始終保持1毫米。上分流板2、下分流板5上的分流通道與渦輪葉盤14的葉片個數相同、與葉片的周向排布規律相同、與間隙流道曲線相切。拋光過程中磨料通過上導流板1、上分流板2引導進入子約束模塊與渦輪葉盤14葉片間的間隙流道；上導流板1的漏斗狀喇叭口流道消除了磨料進入間隙流道產生的宏觀喇叭口現象；防止了因入口與內部流道不和諧產生的流速不均勻現象，使得磨料可以保持連續的穩定流動，保證了拋光質量的均勻性。在磨料流經間隙流道過程中，磨料在壓力作用下產生的剪切力對葉片表面進行材料剔除，實現對渦輪葉盤14的葉片表面拋光；最后，磨料從下分流板5的分流通道流出；均勻地拋光渦輪葉盤14的葉片表面。

子約束模塊組合式的約束模塊8便于裝夾，易于裝配；約束模塊8曲面與渦輪葉盤14的葉片曲面對應耦合，保證了間隙流道截面寬度的一致性，促使磨粒流與葉片表面進行均勻且充分的接觸；從而保證了被拋光后葉片質量的均勻性好。

對應拋光一種尺寸渦輪葉盤14的子約束模塊組成的約束模塊8為一組；約束模塊8的組數大于1；外套筒4數量與約束模塊8組數相同；不同尺寸大小的整體葉盤通過更換相應組的約束模塊8，及加裝對應尺寸需求的外套筒4，都可以在本發明上進行磨粒流拋光精整加工。對于同系列、不同大小的整體葉盤的裝夾，只需更換與之相對應的約束模塊或選擇型加裝套筒，就可以達到耦合約束的效果，實現柔性生產。