葉片組合專用工裝元件結構研究與應用

陳亞莉 姜紹西 劉建偉

（中航工業沈陽黎明航空發動機（集團）有限責任公司，遼寧 沈陽 110043）

1 概述

在科學技術飛速發展、經濟競爭日益激烈的今天，對葉片產品的生產周期和質量提出了更高要求，其中決定兩方面因素的工裝準備工作必須實現降低成本，提高生產效率，快速反應。特別是對于現代航空發動機制造企業，從葉片研制到批產，由于種類多、結構復雜，在葉片的生產工藝準備過程中，工裝設計和制造占有很大的比重，所需人力、物力較多，準備周期也較長，對葉片的制造質量與生產費用產生重要的影響。特別是在新機葉片的生產工藝準備中，專用工裝占了整個葉片工裝數量的70%~80%，因此造成專用工裝的設計、制造工作量大、周期長、成本高，嚴重影響新型號葉片的在研周期。

航空發動機葉片種類繁多，通過研究葉片拓撲結構發現葉片之間存在著大量結構類似，加工工藝接近，所以我們分析后得出的結論是工裝結構設計、制造同樣存在大量的重復性工作，如何解決大量專用工裝的設計和制造問題，如何解決制約了葉片型號研制周期瓶頸問題，解決生產現場工裝的存放、維護和管理造成巨大的壓力成為我們關注的焦點。為了緩解這些矛盾，適應葉片向多型號、多品種方向發展，擴大組合工裝在葉片工裝使用上的范圍，我們提出葉片組合專用工裝元件設計與應用研究。

2 研究目標

實現葉片工裝準備的快速反應，擴大組合工裝在葉片加工使用上的范圍和簡化葉片組合工裝結構，降低葉片工裝成本，簡而言之使葉片生產提速、精益、降本、增效。

3 葉片專用工裝結構典型化分析與歸納

3.1 分析葉片的拓撲結構和機加工藝

航空發動機葉片分為壓氣機葉片和渦輪葉片，分析不同葉片的結構，歸納為異型截面的葉身、燕尾型或樅樹型榫頭以及上緣板和下緣板等結構。許多葉片拓撲結構具有相似性，區別之處是個別部位尺寸或角度不同，葉片結構決定葉片機加工藝接近，我們研究發現把類似的零件加工路線固化，為葉片工裝模塊化拼裝和設計奠定可行性基礎。

3.2 分析葉片專用工裝結構

現有葉片專用工裝結構采用工序內容一對一設計制造，通過對專用工裝結構分析發現，工裝設計空間角度多造成結構復雜設計難度大，設計制造周期長從而造成成本高，存儲占用庫房大量空間，這種生產模式適用發動機大批量生產，對于新機研制需要獨辟蹊徑，走出新路子。

3.3 典型葉片專用工裝結構的歸納

為提高葉片工裝設計與制造的快速反應，提高設計制造質量，適應我廠葉片新機研發生產需要，我們研究原有工裝結構，進行歸納總結研究、篩選、分類，挑選出工裝設計中常用到的典型工裝結構和通用元件及典型組合單元，通過編制規范并加以命名、標注屬性、分類，建庫并完成兩維、三維預覽圖，然后按照實例保存，為后續類似結構設計用或現場工裝拼裝選擇通用單元體，提高設計速度和準確性提供數據支持，把工裝設計制造向柔性化工裝方向發展。

4 葉片組合工裝在葉片工裝使用情況上的分析

組合工裝是在工藝裝備典型化的基礎上，發展成具有高度標準化、系列化的元件結構，它的基本特點是結構靈活、多樣、組裝快，準備周期短，元件能長期的重復循環使用，并且元件具有互換性和耐磨性。由于具有這些優點，組合工裝在葉片車、銑、鉆、磨、電加工中被廣泛使用，隨著葉片產品研制的多樣性和生產周期緊迫性，組合夾具工裝應用占現有我廠專用夾具工裝中20%，有些已使用的組合工裝還存在體積過大、過重，組合工裝零組件多后組合工裝強度不好等問題，制約組合工裝在葉片加工中的應用，我廠組合工裝應用率離先進企業組合工裝應用率60%還差一定距離，為更好滿足生產需要，降低成本，提高工裝快反能力，我廠提出研發葉片組合工裝專用元組件，擴大組合工裝的在葉片工裝的應用范圍和組合工裝質量。

5 葉片組合專用工裝元件的研究設計

通過工裝小組人員對葉片廠使用的專用工裝和組合夾具工裝進行歸類、分析，并合組合夾具站人員、保證向陽廠組合夾具人員共同研究?，F完成18種葉片工裝與組合夾具配用的通用模塊開發工作。我們稱為葉片組合工裝專用元組件，種類如下：葉片組合夾具專用元件已完成18種類元件的收集整理，完成18種類元件二維結構圖，現與工具廠協商制造工作中。

（1）臥式輔助支撐機構；（2）導向葉片可調角度塊；（3）轉子葉片速夾頭圓盤；（4）渦輪葉片夾頭；（5）渦輪葉片轉動截面定位塊；（6）渦輪葉片壓板組件；（7）車加工圓盤；（8）轉子齒型模塊；（9）立式輔助支撐機構；（10）輔助壓緊機構；(11)渦輪葉片可旋轉榫頭定位壓緊；(12)渦輪葉片葉冠側面定位、輔助支撐壓緊機構；（13）渦輪葉片葉冠下側輔助支撐；（14）渦輪葉片葉身輔助支撐壓緊；（15）葉身鋼絲繩壓緊；（16）導向安裝板定位機構；（17）導向安裝板壓緊機構；（18）緩進磨床通用座。

6 葉片組合專用工裝元件應用研究

通過我廠組合夾具站應用，此葉片組合專用工裝元件適用80mm~200mm長的葉片，在小長度葉片上存在干涉現象，對一些葉片已前不能拼裝的工裝和復雜的組合工裝通過應用組合專用工裝元件參與到拼裝中，使之能夠拼裝和結構變為簡單，使葉片組合夾具應用率調高到30%，擴大了組合工裝在葉片夾具上應用范圍，隨著組合專用工裝元件的擴展、完善和操作工人熟練程度的提高，組合工裝在葉片加工中能發揮更大的作用。

結語

研究表明，在工裝典型結構中，能夠實現特定功能，并且應用過程中拓撲結構相對固定的組合或單元體稱為模塊。我們需要篩選不同種類工裝結構，找出常用的典型結構，進一步拆分單元體，按照模塊定義找出能夠稱為模塊的部分，經專家論證后作為模塊結構。將這些模塊歸類、參數化建模，并制定模塊分類和命名原則，按照工裝專業建庫，將參數化模塊模型分類入庫，添加屬性和預覽圖。

利用模塊設計工裝結構的過程，與組合工裝設計過程相似，如果模塊庫內容細致全面，將給設計工作帶來很大方便。

工裝模塊化程度提高，亦給工裝制造帶來方便，如果工裝制造部門預先準備部分模塊元件，工裝制造時，如果直接能夠應用的省去制造時間，能夠實現快速反應，節省成本。

對葉片工裝中某些頻繁重復使用的部件結構進行標準化和模塊化進行設計制造是非常必要的，尤其在葉片組合專用工裝元件上的開發能起到立見成效的結果，加速新產品的研發速度，降低生產準備成本，推動工裝的設計、制造、管理向規范化、科學化方向發展。

[1]劉艷.葉片制造技術-透平機械現代化制造技術叢書[M].北京:科學出版社，2002（10）.

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[3]肖繼德，陳寧平.機床夾具設計[M].北京：機械工業出版社，2002（02）.

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