使用新式快速翻轉夾具加工導向葉片安裝板的研究楊賢志

張欣

【摘 要】一級導向葉片在渦輪發動機部位有著特殊的地位，工藝的合理性影響著零件的加工質量和效率。工藝首先要解決的是將六點定位基準轉換到圓弧和端面基準，根據設計圖基準轉換后的尺寸關系，最終確定了夾具的設計結構，用新式快速翻轉夾具在緩進磨床上對零件進行基準轉換，一次裝夾加工上、下安裝板.

【關鍵詞】一導葉片；快速翻轉夾具；緩進磨加工

一、葉片的結構、材料特性及加工可行性分析

1.葉片結構、材料特性

低壓渦輪一級導向葉片處在發動機的渦輪部位，其作用是改變燃氣方向，使燃氣推動渦輪轉子葉片做功，其工作時承受的溫度較高。葉片材料為鎳基鑄造高溫合金K417G，鎳基鑄造高溫合金具有較高的強度、硬度和較好的塑形，屬難加工鑄造高溫合金材料，加工性能差，葉片的上下緣板均為圓弧和端面結構。對于葉片上圓弧的加工，采用緩進磨加工最有優勢，不僅加工圓弧尺寸精準，葉片的粗糙度也較好。

2.加工可行性及設備能力分析

由于設計圖給出的定位點A1、A2、A3與葉片基準B、H、H1均在葉片排氣邊方向，由于基準H與基準H1有直接的尺寸鏈關系，且為了減少定位點與加工面在同一方向的問題，現將葉片立起來加工，用一種快速翻轉的夾具在加工完端面和圓弧基準H和基準B后通過旋轉軸將夾具翻轉180°加工基準H1，這樣一次裝夾葉片可同時加工上、下安裝板基準，這種方式的加工滿足了尺寸鏈的關系。合理選擇緩進磨參數對試驗非常關鍵，砂輪轉數、修整量、切削量均要求精準，這樣可避免或解決磨削燒傷問題，防止燒傷。

二、緩進磨加工的優勢與刃具的設計

1.利用緩進磨加工的優點

1）將葉片立式擺放加工，采用立銑是無法加工圓弧的，采用臥銑，定位點與加工的基準面在同一方向又對加工造成了干涉。

2）車削加工為拉應力，而磨削加工為壓應力，采用磨削加工較車削加工應力狀態好。

3）成型金剛石滾輪能夠保證完好的圓弧和圓弧槽的加工尺寸，并且由于成型加工，圓弧的R尺寸可滿足要求。

4）緩進磨加工后的表面粗糙度較好。

2.刃具的設計

采用緩進磨床加工需要用的金剛石滾輪的結構也較為簡單，因為是立式磨削，滾輪采用直角滾輪，試驗所用的滾輪為代用滾輪，沒有派制專用滾輪，這樣節省了制造滾輪的費用。

三、新式翻轉夾具的設計

1.夾具的設計理念

在本次研究中，夾具的設計尤為關鍵，如何能一次裝夾加工出排氣邊方向的基準H、基準B和基準H1，需要夾具利用一個旋轉軸，在加工上安裝板后繞旋轉軸翻轉180°再加工下安裝板，而上、下安裝板的臺階差由緩進磨床程序保證，砂輪磨損用滾輪修整。

2.新式翻轉夾具的結構

新式翻轉夾具的主要結構是分度盤與旋轉軸的應用，夾具的定位銷全部裝配在分度盤上，旋轉軸插入分度盤中，兩者采用緊密配合，并且軸的中心通過葉片的Z軸，利用旋轉軸與分度盤可以將夾具翻轉，插銷插入分度盤中的銷孔部位，這樣固定了分度盤的翻轉角度，鎖緊螺母鎖緊分度盤和主立板，這樣的結構即可實現夾具的快速翻轉，達到課題的要求，鎖緊螺母采用GB2148-80，M20規格。

夾具的設計在幾個重要部件的結構完成后也終于完成，該夾具的結構緊湊，公差較小，由于定位點A1、A2、A3、G1、G2、B1位定位銷，周向與徑向配有輔助支承，壓板壓緊進氣邊緣板。

松開鎖緊螺母，將旋轉軸拔出，可以將分度盤旋轉，在加工完上安裝板后，翻轉180°，再將旋轉軸插入，鎖緊鎖緊螺母，即可加工下安裝板，由此該快速翻轉夾具即設計完成。

四、磨削參數的選取

1.選擇磨削砂輪

針對被加工材料特性，選用超軟砂輪PA/WA/60E8V35m/s（棕剛玉、白剛玉；粒度60磨料砂輪），砂輪的直徑為220mm，適用于內外圓的加工。

2.選擇冷卻方法與冷卻液

磨削表面質量、工件精度和砂輪的磨損在很大程度上受冷卻效果的影響。采用高壓將冷卻液注入砂輪，是砂輪富含冷卻液，并隨著砂輪旋轉產生的離心力高速甩出，直徑進入冷卻區域，提高冷卻和潤滑效果，改善工件質量，減少砂輪磨損。

3.選擇磨削參數

粗加工參數為：砂輪線速度為20-40m/s，磨削進給速度：100mm/min，吃刀量：1-0.7mm，砂輪修整量0.1mm；精加工參數為：砂輪線速度為30-50m/s，磨削進給速度：100mm/min，吃刀量：0.1-0.2mm，砂輪修整量0.1mm.

五、加工成果

在使用了該新式快速翻轉夾具加工一導葉片后達到了預期的理想效果，新式快速翻轉夾具實現了一次裝夾加工上、下安裝板。緩進磨加工選用的參數合理，沒有產生燒傷現象，夾具的定位準確，快速翻轉結構牢固，分度盤的尺寸精準，夾緊穩定可靠，能保證加工要求；成型金剛石滾輪能夠保證圓弧與端面的尺寸的穩定性，零件尺寸合格，金剛石滾輪壽命長，直角滾輪的應用較廣，不需要專用滾輪；通過三坐標加工圓弧的方法也簡單迅速，調整零件加工尺寸方便，加工零件質量穩定可靠。

通過快速翻轉夾具及緩進磨床的數控程序和滾輪的修整達到了尺寸要求，并且一次裝夾較二次裝夾更提高了加工效率，縮短了加工時間，加工一致性好。

六、結論

快速翻轉夾具既解決了一次定位實現加工上、下安裝板兩個基準面難題，又解決了上、下安裝板基準面相關尺寸鏈難保證難題，本次研究圓滿成功。