机械工艺夹具毕业设计231叶片测具设计

某第四级整流叶片工艺分析制订工艺规程的原则是：在一定的生产条件下，以极低成本，高的效率，可靠在加工出符合图纸样及技术要求的零件，工艺规程的编制首先要保证产品质量，同时要争取最好的经济效益，本文将就某第四级整流叶片的工艺进行分析。

某第四级整流叶片是某发动机压气机的第四级整流叶片。

压气机的主要作用是提高进入发动机气流的压力，压气机中整流叶片是将工作叶片加给空气的动能转变为压力能，并将气流扭转到所需要的方向，使紊乱的气流变成均匀气流。

某压气机整流叶片，1-3级为钛合金材料，因为钛合金导热系数低，磨销加工时零件易烧伤、弹性模量小，容易变形，压力加工时尺寸不易控制，故采用热扎毛坯。

4-10级为1G11Ni2W2MoV，采用冷轧方法加工。

下面就第四级整流呈片的工艺进行分析。

1、零件图分析：图中标明采用轧制方法加工，本零件采用辊锻轧制。

这是在轧制工艺应用到锻造生产中的一种新工艺，辊锻是使坯料通过装有圆弧形模块的一对相对旋转的轧辊时，靠摩擦力的作用，得以连续进入轧辊受压而变形的生产方法。

它是实现叶片生产高效，无余量的主要工艺之一，此种工艺的经济效益特别明显，与铣削旧工艺相比，材料利用率提高4倍，生产率提高2.5倍，且叶片质量大为提高，由于是毛坯直接轧到无余量，手工劳动量大为减少，劳动条件大大改善，产品的表面硬度也提高了，抗拉强度及疲劳度均优于模锻毛坯。

叶片材料1G11Ni2W2MoV，属于马氏体型热强不锈钢，由于添加了W、Mo、V等强化元素，其室温和高温强度，持久强度，蠕变极限都很高，同时具有良好韧性和抗氧化性能工艺塑性好，技术条件YB677-71，品种规格为GB708-65，板材限厚0.5-4mm。

根据工艺要求，我们选取板厚是3.2±0.2mm，供应状态为热轧软态。

叶片型面复杂，不带叶冠，粗糙度0.8，要求低，WS11整流叶片相对与WJ6整流叶片来说相应尺寸的公差减小一倍多，故尺寸精度提高，给加工带来一定难度。

同时叶片的扭角增大，从0→VI截面，扭角从2从33°6′→35°58′，扭角过大，不利与后续工序如：冷轧、全切等加工，原理如图所示：F和F′是一对大小相等，方向相反的力。

F可分解为F1和F2两个分力。

F1= F cosa ，F2= F sina 。

随着a的增大，F1增大，F2减小。

图1由此可知，在冷轧或全切中，叶片型面上将受到一对相反的轴向分力，故需将设计图进行坐标转换。

在本零件中，我们取接近平均值的0截面摆平（a=0°）这也就是将原始坐标系XY顺时针旋转33°6′，建立新的坐标系X′Y′，如右图所示。

旋转后的数据见零件图。

零件图的技术条件中有：（1）允许叶型剖面变形而扭转在±10′范围内如图1所示，这由型面测具来保证。

（2）叶片长度为28.44mm，分为6个截面，间隔为5.1~3.25mm，间隔过密，样板测量时无法靠住定位销测量，故Ⅱ、Ⅳ剖面不检查，数据仅供模具设计用。

（3）叶片型面上对规定型面的单边偏差在两边缘3mm上减薄不大于0.02，增厚不大于0.06，其余部位减薄或增厚不大于0.06，这可作为工人检查型面透兴的依据。

（4）叶片积叠轴对理论积叠轴沿Y′向偏移允差0.08，如图（2）所示。

图2 图32、工艺路线分析：（1）某整流叶片的工艺路线安排：领料（0）—→钳工（5）—→退火（10）—→下料（15）—→钳工（20）—→铣面1（25）—→铣面2（30）—→铣面3（35）—→铣面4（40）—→钳工（45）—→磨工（50）—→钳工（55）—→开坯（60）—→退火（65）—→粗轧（70）—→退火（75）—→精轧（80）—→退火（85）—→终轧（90）—→最终退火（95）—→钻孔（100）—→洗涤（105）—→全切（110）—→钳工（115）—→抛光（120）—→标印（125）—→磁力探伤（130）—→检验（135）—→抛光（140）（2）其中0~55工序为毛坯准备阶段，60~140为精加工阶段。

叶片轧制（60、70、80、90）及全切（110）为关键工序，钳工及检验为辅助以序，几次退火为热处理工序。

其余为机械加工工序。

以下就一一加以分析：Array Array如右图：铣工加工出的工艺凸台是为了后续工序的定位，夹紧需要，铣去的斜角的大小根据以往经验给出，由试加毛坯图工生产来最后确定。

图4冷轧是关键工序之一，叶片型面由毛坯直接轧至无余量如右图所示，毛坯准备阶段加工出的工艺凸是轧制过程的加工基础，而终轧出的两锥孔2-φ4既是本工序的测量基准，又是后工序全切的加工基准。

参考试轧记录的参数进行开坯，粗轧、精轧及终轧工序，最后使叶片个截面满足技术要求，如无需要，粗轧工序可以不进行。

当叶片型面不合格时，就需要修模，轧模型面的好坏直接影响叶片型图5面的质量。

另外，因叶片进气边比排气边缘半径大，在轧制过程中，进气边材料流动慢，排气边材料流动快，故轧制出的叶片形状如图所示，为避免叶片装夹在测具中引进干涉，故规定最大长度为25mm，但图6最小长度必须大于4mm。

在每一道轧制工序后，钢件的机械性能低劣，存在残余应力。

如果不用中间退火，一直轧到底，除成型困难，容易损坏模具之外，叶片表面还会被“拉”裂。

故在每道工序之间安排退火，以除应力，改善钢材的机械性能，使塑性增强。

硬度降低，为后续工序做准备。

中间退火温度700±10℃，保温4h，用真空炉。

95工序为最终退火，本工序与前几道热处理工序有所区别。

退火温度580±10℃，保温4h，用真空炉。

其主要作用是使叶片硬度达到3.8≤HBd≤4.3。

根据零件图的要求，热处理工序按照工艺说明书Q/2B364进行。

为理论正确尺寸，它是确定被测要素的理想状态，方向位置的尺寸，该尺寸不带公差，实际尺寸由工装设计保证。

110工序全切也是一道关键工序。

全切，即用冲模一次切去四周多余部分，省支砂轮切割等工序，提高了工效。

全切模冲切叶片时，冲头四周刃口，应尽量可能同时接触叶片，否则容易切歪，此外，顶料块型应与叶片型面良好贴合。

否则叶片边缘容易变形。

本工序后，叶片基本成型。

如图所示：其中叶片长度及型面完全加工最终尺寸，a尺寸留有0.05mm余量由抛光工序（120）抛去，t尺寸留有0.25mm的余量由钳工工序（115）打磨掉。

故本道工序全切的质量对于加工有很大的影响。

如图所示，零件图中给出的尺寸27.38±0.15无法直接测量，可将其换算至A.M两点，借助φ3的芯棒测量H，换算过程如下：在△ABCk，AB=1.5ctg∠1=1.5*ctg(90°-5°40′)/2=1.6562BC=Abcosa=1.6562*cos5°40′=1.6481X A=BC+BE=1.6481+2.76=4.4081 图7取X A=4.4081其公差由工装设计给出。

AF=X D-X A=6.3627-4.4081=1.9546DF=1.9546tg5°40′=0.1939H=Z A-2.5=Z D-F D-2.5=30.354-0.1939-2.5=27.66 图8 取H=27.66±0.1故尺寸27.388±0.15由测量27.66±0.1间接保证。

为消除因尺寸换算及芯棒测量定位带来的累积误差，所以公差由±0.15缩小为±0.1。

本工序中的两圆孔为加工基准，而全切后的叶片以0——VI剖面为测量基准，故两剖面的精度要求较高。

两孔至积叠轴的距离由工艺确定，中心孔一般取在剖面最大厚度处C max，这样的优点是可防止冲切叶片时因摆放不平衡而产生翻转。

另外，需特别注意的是，在全切与抛光工序中共用一套型面测具，测具基准相同，故其测具原理一致，但在全切（110）工序中，定位面处留有0.05的余量由钳工工序（115）打磨去，故其定位件与抛光（120）工序用定位件有所区别，这样才能即准确又经济地进行测量。

叶片经过轧制及全切两道关键工序后基本定形，再经抛光，进排气边边缘半径，即达到零件图的技术条件。

最后按工艺说明书Q/2B356进行磁检（130）。

图9按YJ0058验收。

3、冷轧叶片工艺的优点（1）精度高：目前中、小叶片型面精度可控制在0.12mm之内，是当国内叶片加工精度最高的工艺方法。

（2）工效高，叶片冷轧一道机动循环时间只5s左右。

（3）表面光洁度高，目前生产条件下，可达0.4以上。

（4）模具寿命长：有资料介绍，是相应精锻模的五倍，我厂的冷轧模寿命在15000片次以上。

（5）设备动作简单：相对吨位小。

（6）省材料：属无切削成形加工，目前虽然要切去一部分工艺基准用料和少量毛边，但仍比其他工艺方法省料。

（7）金属材料在轧制变形中沿叶片纵向流动，纤维组织正合零件工作要求，强度高，并因表面残留压应力，疲劳性能好，（8）经济效果明显优于苏联老工艺。

4、轧制中的缺陷及分析轧制叶片本身动作比较简单，然而，轧制过程中影响因素比较复杂，因此，要轧得精确的无余量型面，就比较困难，有些现象似乎很难解释，但是经长期试验和生产的实践逐渐认识到，轧制叶片过程中金属变形的不均匀性是主要矛盾。

现分别叙述几个主要问题。

①正弯现象及其克服所谓正弯，是指叶片的工轴在YO′Z平面内的弯曲，叶盆挺起，简称“挺肚”，叶盆凹下简称“拱背”。

轧制叶片容易“挺肚”，因为叶型的特点是中间厚，两边（进、排气边）薄，用轧模轧制时，叶片变形就不均匀，即两边相对压下量明显地大于中间部分，因而两边延伸大于中间部分，这是主要矛盾。

如图所示，由于叶型是弯曲的，所以从K向看，较薄的进排气边在较厚的中间部分的上方，轧后ab延伸大于cd，即a′b′> c′d′，那么，在自由轧制（不用夹钳控制）的情况下，叶片必然如图那样变弯，即“挺肚”。

这是主要原因。

“挺肚”现象，我们主要用升高工作台的方法来克服，因为延伸包括前滑和后滑二部分，所以即便叶片两边与中间延伸不等，只要前滑能相等，叶片就轧直了。

如果工作台升得太高，就会“拱背”，应适当降低工作台，直至轧得合格的平直叶片。

叶片座标轴图10图11 叶片挺肚原因②波浪弯的现象及其克服波浪弯是正弯的一种特殊情况，即叶片先辊的前半段叶身“拱背”，而后出辊的叶身“挺肚”。

克服波弯的现象，我们将夹钳的工作台作成可调倾斜角度的。

③侧弯现象及其克服侧弯现象是指叶片的工轴在ZOX平面内弯曲，参见图10。

轧制叶片侧弯的主要原因是因为叶片进、排气边延伸率不一致造成的，一般是向进气边弯曲，因为排气边比进气边薄很多，绝对压下量相同时，排气边相对压下量就大于进气边，所以排气边延伸率大于进气边，因此产生向进气边a侧弯。

进气边为克服侧弯现象，在进气边铣出一斜角a，a大小由经验，及试轧情况确定。