發動機導管的柔性工裝的設計制造

裴宇飛 宋子明

摘? 要：航空發動機是工業技術的結晶，尤其是現代航空發動機正在向著大推力、低油耗的方向發展，從而使得航空發動機的結構更加復雜、加工的難度也更大。如果將航空發動機比作一個“人”的話，航空發動機內部的管路就可以看作“人”體中的各類血管，航空發動機管路主要完成液壓油和燃油的輸送，由于空間結構的限制航空發動機管路多為異型件，焊接加工制造的難度極大。為優化加工工藝，在航空發動機管路加工中設計了柔性工裝標準模塊，在確保質量的基礎上有效的提高了加工效率。

關鍵詞：航空發動機;柔性工裝;設計

中圖分類號：V263? ? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）15-0102-02

Abstract： Aero-engine is the crystallization of industrial technology， especially modern aero-engine is developing in the direction of high thrust and low fuel consumption， which makes the structure of aero-engine more complex and more difficult to process. If the aero-engine is like a "human"， the internal pipeline of the aero-engine can be regarded as all kinds of blood vessels in the "human" body， and the aero-engine pipeline mainly completes the transportation of hydraulic oil and fuel. Due to the limitation of spatial structure， most of the aero-engine pipelines are special-shaped parts， so it is very difficult to weld and manufacture. In order to optimize the processing technology， a flexible tooling standard module is designed in the aero-engine pipeline machining， which effectively improves the machining efficiency on the basis of ensuring the quality.

Keywords： aero-engine; flexible tooling; design

前言

航空發動機內的導管數量眾多且種類、形狀各異，尤其是一些導管受航空發動機空間結構限制其結構很復雜，加工難度極大。傳統的航空發動機導管采用的是“先取樣后生產”的模式，但是實際的生產制造中受多種因素的影響并未取得良好的效果。為解決這一難題提高航空發動機導管的制造效率可以采用優化航空發動機導管工裝結構的方式，使用柔性工裝取代傳統的永久性工裝。

1 航空發動機導管制造所使用工裝簡述

航空發動機導管種類繁多、結構復雜，在航空發動機導管的制造上為保證連接強度多使用焊接工藝，在導管的焊接過程中需要使用工裝進行固定定位。型架是國內航空發動機導管制造中所使用的主要工裝類型，由于型架屬于固定類工裝其僅能滿足單一型號航空發動機導管的加工制造所需。在種類繁多、結構形狀各異的航空發動機導管制造需求面前就顯得力不從心，為滿足航空發動機導管的制造需求往往需要準備眾多的型架工裝。此外型架工裝安裝精度低、剛性差，其使用壽命較短因此無法滿足現今航空發動機的數字化、高精度的加工要求。為解決這一難題，可以采用柔性工裝來取代傳統的型架工裝，柔性工裝能夠根據航空發動機導管的制造需求完成快速設計、制造和研發，下文將就柔性工裝的設計和制造進行分析闡述。

2 應用于航空發動機導管的柔性工裝特點和設計流程

2.1 柔性工裝的特點

柔性工裝是成組技術、信息技術、自動化技術等的有機結合，通過將柔性工裝技術融入到傳統的工裝設計、制造等環節中從而建立起標準化、模塊化、信息化的工裝，從而使得工裝能夠實現快速設計、制造，在降低成本的同時提高工裝的使用效率。航空發動機導管具有結構復雜、品種多、周期短的特點，航空發動機導管的設計、制造都是在不斷優化的過程中，因此要求工裝具有良好的可拆卸性、通用性和重復利用性，相較于型架柔性工裝能夠良好的滿足上述要求。

2.2 柔性工裝的構成

柔性工裝與傳統工裝最大的不同在于柔性化、模塊化和標準化，柔性工裝在設計時預先設計并制造出眾多形狀各異、規格不同、尺寸不同且能夠實現相互之間的完全互換的標準組合零部件。柔性工裝在應用時結合各導管的尺寸、形狀與特性要求實現對于各構件的精確定位調整，并在需要調整時可以快速的通過眾多的標準件進行互換，充分滿足了航空發動機導管加工時對于精度、外形以及結構剛度的要求。在柔性工裝的設計時首先需要改變其傳統的結構形式，主要用于設計出標準化的模塊。其中標準化的模塊由基礎板、定位模塊、夾緊模塊以及輔助調整部分等幾大部分所組成，標準模塊結合導管的尺寸設計成一系列的規格型號。柔性工裝中的專用結構件主要是定位元件，包括定位銷、定位塊等，定位銷、定位塊通過調整、組合的方式完成對于導管的固定。相對于傳統的型架結構，柔性工裝中的標準件占據到了工裝加工制造量的近9成左右，而專用結構件僅占據總體制造量的一成左右。柔性工裝具有良好的通用性，大大簡化了柔性工裝的設計、加工制造的難度，有效的提升了柔性工裝的設計、制造效率。

2.3 柔性工裝的設計流程

在完成了航空發動機導管的設計后，需要將設計三維模型下發至柔性工裝的設計人員手中。設計人員結合導管設計圖紙分析確定導管的焊接與裝配基準和焊接收縮量，設計人員結合上述參數完成柔性工裝的設計制造。結合導管的尺寸、結構在柔性工裝標準件庫中進行選取，并在選取完成后按照相關參數進行裝配。其中關鍵部分如下：（1）依托導管的三維圖紙，完成柔性工裝所需要的各標準模塊的建模，按照導管所需要的定位方式、按照要求與功能使用建模軟件完成標準模塊的建立，并在模型圖紙上完成相關尺寸的標注和確定。（2）結合導管的直徑、焊接要求確定柔性工裝的典型特征，按照上述要求賦予柔性工裝典型的結構要素與約束方案。在完成了初步確定的柔性工裝裝配方案后結合實際導管再進行進一步的優化。

3 柔性工裝基礎關鍵構件的結構與制造

柔性工裝基礎關鍵件主要分為以下幾種：基礎板、定位模塊、約束模塊以及支承模塊。航空發動機導管柔性工裝的結構圖如圖1所示。

3.1 基礎板

基礎板是柔性工裝中的基礎性元件，其作為柔性工裝各標準件的連接板，各定位元件分布在基礎板上。基礎板采用的是T形槽和鍵槽結構，其他各標準件采用T形鍵固定在基礎板上。基礎板要求具有良好的穩定性、剛度與抗震性。

3.2 定位模塊

定位模塊主要用于柔性工裝各模塊的定位和精度控制，同時采用定位模塊可以實現柔性工裝的精確定位和安裝。定位模塊由定位銷、定位鍵、定位法蘭等。在定位模塊的設計上可以結合使用要求對定位模塊的相關參數進行一定的優化，從而確保定位模塊的形狀、尺寸能夠滿足所需裝夾的導管的尺寸和形狀的要求。定位銷座組件、法蘭定位座并非標準組件，而是需要結合導管的相關參數進行針對化設計的專用模塊。定位銷座組件主要作用對象為導管接頭部分和三通接頭部分，通過定位銷組件的固定定位完成后續的焊接作業。定位銷座組件包含有定位銷、調節支座、調節桿等部分，其中定位銷可以結合實際在裝配時進行配磨，而對于調節支座和調節桿部分則需要根據導管焊接要求進行分組制作，并做好高度標記，以便調節高度更好的完成裝配工作?？赊D位定位銷座主要用于異形導管的裝配定位，尤其是在Z軸方向帶有一定的角度的導管接頭或是三通采用可轉位定位銷座能夠實現對于其良好的固定、定位，固定時可以使用墊塊和墊片來調整導管接頭或是三通的高度，通過回轉支座的旋轉來調節定位角度，可轉為定位銷座的最大調節角度可達±50°，在可回轉定位銷座上具有回轉刻度，在回轉定位時可以通過回轉刻度線來控制好回轉的角度，在完成了導管接頭或是其他焊接部分的定位后需要使用螺母進行固定避免松脫。法蘭定位座的組成中除定位座為專用件需要進行專用的設計制造外，其他的組成部分都可以采用標準件，在需要時可以通過標準件庫進行選取和組裝。

3.3 支承件

航空發動機導管屬于薄壁件，為避免其在制造的過程中產生變形以采用支撐件實現對于導管的支承。支承件采用Y形結構，支承的調節采用的是調節支座、調節支桿，根據所需要的高度利用調節支座和支桿進行調節。待到高度調節到位后使用緊固螺母進行鎖死。Y形支座能夠承受直徑40mm以內的導管。

3.4 壓緊模塊

壓緊模塊主要用于對導管進行快速的夾緊，完成對于導管的固定。壓緊模塊采用的是帶鉸鏈孔的V形回轉壓緊合件。

在完成了對于柔性工裝的制造和選型后，需要對柔性工裝進行檢測，通過對柔性工裝的結構、尺寸進行檢測確定其是否滿足導管的相關要求。根據標準柔性工裝的接觸面精度需要達到0.02mm。在完成了對于柔性工裝的裝配后需要對其調節精度進行檢測，確保其精度滿足相關要求。

4 結束語

柔性工裝是一種滿足航空發動機導管制造要求的裝置，通過應用柔性工裝能夠有效的提升航空發動機導管工裝的制造效率，縮短工裝的設計和制造周期。柔性工裝的應用將幫助航空發動機導管的制造擺脫樣機的牽制，克服以往一導管一型架的加工制造模式。實現工裝的模塊化設計、裝配。同時，柔性工裝的設計還可以借助于UG軟件，通過構建三維模型、模擬仿真的方式實現了航空發動機導管設計與工裝夾具設計的無縫銜接，大大加快了航空發動機導管的制造效率和制造精度。本文在分析航空發動機導管柔性工裝特點、結構的基礎上，對柔性工裝的設計流程和制造關鍵點進行分析介紹。

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