使用新式快速翻转夹具加工导向叶片安装板的研究杨贤志

张欣

【摘 要】一级导向叶片在涡轮发动机部位有着特殊的地位，工艺的合理性影响着零件的加工质量和效率。工艺首先要解决的是将六点定位基准转换到圆弧和端面基准，根据设计图基准转换后的尺寸关系，最终确定了夹具的设计结构，用新式快速翻转夹具在缓进磨床上对零件进行基准转换，一次装夹加工上、下安装板.

【关键词】一导叶片；快速翻转夹具；缓进磨加工

一、叶片的结构、材料特性及加工可行性分析

1.叶片结构、材料特性

低压涡轮一级导向叶片处在发动机的涡轮部位，其作用是改变燃气方向，使燃气推动涡轮转子叶片做功，其工作时承受的温度较高。叶片材料为镍基铸造高温合金K417G，镍基铸造高温合金具有较高的强度、硬度和较好的塑形，属难加工铸造高温合金材料，加工性能差，叶片的上下缘板均为圆弧和端面结构。对于叶片上圆弧的加工，采用缓进磨加工最有优势，不仅加工圆弧尺寸精准，叶片的粗糙度也较好。

2.加工可行性及设备能力分析

由于设计图给出的定位点A1、A2、A3与叶片基准B、H、H1均在叶片排气边方向，由于基准H与基准H1有直接的尺寸链关系，且为了减少定位点与加工面在同一方向的问题，现将叶片立起来加工，用一种快速翻转的夹具在加工完端面和圆弧基准H和基准B后通过旋转轴将夹具翻转180°加工基准H1，这样一次装夹叶片可同时加工上、下安装板基准，这种方式的加工满足了尺寸链的关系。合理选择缓进磨参数对试验非常关键，砂轮转数、修整量、切削量均要求精准，这样可避免或解决磨削烧伤问题，防止烧伤。

二、缓进磨加工的优势与刃具的设计

1.利用缓进磨加工的优点

1）将叶片立式摆放加工，采用立铣是无法加工圆弧的，采用卧铣，定位点与加工的基准面在同一方向又对加工造成了干涉。

2）车削加工为拉应力，而磨削加工为压应力，采用磨削加工较车削加工应力状态好。

3）成型金刚石滚轮能够保证完好的圆弧和圆弧槽的加工尺寸，并且由于成型加工，圆弧的R尺寸可满足要求。

4）缓进磨加工后的表面粗糙度较好。

2.刃具的设计

采用缓进磨床加工需要用的金刚石滚轮的结构也较为简单，因为是立式磨削，滚轮采用直角滚轮，试验所用的滚轮为代用滚轮，没有派制专用滚轮，这样节省了制造滚轮的费用。

三、新式翻转夹具的设计

1.夹具的设计理念

在本次研究中，夹具的设计尤为关键，如何能一次装夹加工出排气边方向的基准H、基准B和基准H1，需要夹具利用一个旋转轴，在加工上安装板后绕旋转轴翻转180°再加工下安装板，而上、下安装板的台阶差由缓进磨床程序保证，砂轮磨损用滚轮修整。

2.新式翻转夹具的结构

新式翻转夹具的主要结构是分度盘与旋转轴的应用，夹具的定位销全部装配在分度盘上，旋转轴插入分度盘中，两者采用紧密配合，并且轴的中心通过叶片的Z轴，利用旋转轴与分度盘可以将夹具翻转，插销插入分度盘中的销孔部位，这样固定了分度盘的翻转角度，锁紧螺母锁紧分度盘和主立板，这样的结构即可实现夹具的快速翻转，达到课题的要求，锁紧螺母采用GB2148-80，M20规格。

夹具的设计在几个重要部件的结构完成后也终于完成，该夹具的结构紧凑，公差较小，由于定位点A1、A2、A3、G1、G2、B1位定位销，周向与径向配有辅助支承，压板压紧进气边缘板。

松开锁紧螺母，将旋转轴拔出，可以将分度盘旋转，在加工完上安装板后，翻转180°，再将旋转轴插入，锁紧锁紧螺母，即可加工下安装板，由此该快速翻转夹具即设计完成。

四、磨削参数的选取

1.选择磨削砂轮

针对被加工材料特性，选用超软砂轮PA/WA/60E8V35m/s（棕刚玉、白刚玉；粒度60磨料砂轮），砂轮的直径为220mm，适用于内外圆的加工。

2.选择冷却方法与冷却液

磨削表面质量、工件精度和砂轮的磨损在很大程度上受冷却效果的影响。采用高压将冷却液注入砂轮，是砂轮富含冷却液，并随着砂轮旋转产生的离心力高速甩出，直径进入冷却区域，提高冷却和润滑效果，改善工件质量，减少砂轮磨损。

3.选择磨削参数

粗加工参数为：砂轮线速度为20-40m/s，磨削进给速度：100mm/min，吃刀量：1-0.7mm，砂轮修整量0.1mm；精加工参数为：砂轮线速度为30-50m/s，磨削进给速度：100mm/min，吃刀量：0.1-0.2mm，砂轮修整量0.1mm.

五、加工成果

在使用了该新式快速翻转夹具加工一导叶片后达到了预期的理想效果，新式快速翻转夹具实现了一次装夹加工上、下安装板。缓进磨加工选用的参数合理，没有产生烧伤现象，夹具的定位准确，快速翻转结构牢固，分度盘的尺寸精准，夹紧稳定可靠，能保证加工要求；成型金刚石滚轮能够保证圆弧与端面的尺寸的稳定性，零件尺寸合格，金刚石滚轮寿命长，直角滚轮的应用较广，不需要专用滚轮；通过三坐标加工圆弧的方法也简单迅速，调整零件加工尺寸方便，加工零件质量稳定可靠。

通過快速翻转夹具及缓进磨床的数控程序和滚轮的修整达到了尺寸要求，并且一次装夹较二次装夹更提高了加工效率，缩短了加工时间，加工一致性好。

六、结论

快速翻转夹具既解决了一次定位实现加工上、下安装板两个基准面难题，又解决了上、下安装板基准面相关尺寸链难保证难题，本次研究圆满成功。