一種用于熱裝工藝的自動化加熱裝置

□ 張曉紅 □ 楊 慶 □ 齊瑋鳳

中國航發(fā)動力股份有限公司 西安 710021

1 設(shè)計背景

航空發(fā)動機是一種高度復(fù)雜和精密的熱力機械,各零部件裝配連接質(zhì)量直接關(guān)系到發(fā)動機使用的可靠性。發(fā)動機零件的連接,常采用過盈止口裝配結(jié)構(gòu)設(shè)計。熱裝配是過盈連接常用的一種方法,通常采用煙汽加熱、蒸汽加熱、油浴加熱、預(yù)引導(dǎo)熱裝配、紅裝等方式加熱配合零件,然后進行裝配。熱裝后,包容件與被包容件均會產(chǎn)生變形,這種變形既包含熱變形,也包含擠壓變形。過盈量越大,擠壓變形就越大。擠壓變形常常造成不均勻變形,導(dǎo)致裝配失效。目前發(fā)動機中采用過盈熱裝配的部件很多,多采用手持式加熱裝置加熱或加熱箱加熱,加熱效率低,并且加熱過程無定位,受熱不均勻,產(chǎn)生裝配應(yīng)力等,造成加熱后零件裝配精度不高,這是航空發(fā)動機部件止口熱裝工藝急需解決的問題。對此,設(shè)計了一種用于熱裝工藝的自動化加熱裝置。

2 技術(shù)方案

采用過盈配合連接的大型部件,常規(guī)的裝配方法在筆者公司是無法完成的。一是無專用設(shè)備,二是零件尺寸和質(zhì)量都較大,現(xiàn)場無適合的加熱爐。即使可以加熱吊裝,從爐中取出到裝配現(xiàn)場的過程中會影響到熱脹的尺寸變化,進而影響裝配,甚至?xí)斐裳b配零件報廢。另外,加熱時不能操之過急,不然會因應(yīng)力不均造成變形,影響裝配。

所設(shè)計的用于熱裝工藝的自動化加熱裝置如圖1所示。根據(jù)金屬熱脹冷縮的原理,將待連接的包容件加熱,使之膨脹,減小與被包容件的過盈量,產(chǎn)生間隙,進而使兩個零件很容易裝配在一起,冷卻收縮后達到過盈配合,實現(xiàn)緊固連接。這種方法適合于零件過盈量大或零件尺寸大不易使用冷作裝配的情況。在定位支座安裝面上,設(shè)計圓周徑向定位塊,具備定位功能。氣缸向上頂起,驅(qū)動頂板上的硅橡膠加熱板接觸裝配止口,開始加熱。徑向定位塊向后收起,防止阻礙零件熱膨脹。待完成熱變形后,氣缸向下移動,驅(qū)動加熱板離開裝配止口。然后起吊被加熱零件,進行后續(xù)裝配工序。

機構(gòu)工作原理為頂板上的硅橡膠加熱板通過內(nèi)部加熱器實現(xiàn)加熱功能,使用溫控器控制溫度。

3 操作步驟

徑向定位塊安裝在定位支座的導(dǎo)槽內(nèi)移動,將全部徑向定位塊移動到導(dǎo)槽頂端的定位面上,再通過螺釘鎖緊,完成徑向定位。將發(fā)動機主燃單元體放置在定位支座上,實現(xiàn)定位。

將全部徑向定位塊向外移動,防止定位塊阻礙熱膨脹。氣缸向上頂起,推動安裝在導(dǎo)套內(nèi)的驅(qū)動軸。驅(qū)動軸推動由頂桿、彈簧、連桿組成的彈簧頂桿,頂桿推動頂塊沿導(dǎo)軌向外移動,直到膠接在頂塊上的硅橡膠加熱板接觸到主燃單元體的裝配止口,硅橡膠加熱板內(nèi)的加熱器開始加熱。

待加熱完成后,氣缸帶動驅(qū)動軸向下移動,所有頂塊復(fù)位,硅橡膠加熱板脫離裝配止口。

發(fā)動機吊裝脫離加熱裝置,開始裝配工藝。

4 控制原理

自動化加熱裝置控制原理如圖2所示。通過可編程序控制器進行控制,當氣缸運動開關(guān)SB1按下時,向可編程序控制器輸入端X1輸入信號,控制輸出端Y1向電磁線圈YV1 發(fā)出信號,電磁閥芯移動到左位,控制氣缸向上運動。氣缸推桿的磁環(huán)運動到傳感器位置時,感應(yīng)開關(guān)SQ1動作,向可編程序控制器輸入端X0輸入信號,控制輸出端Y1和Y2向電磁線圈YV1和YV2 發(fā)出信號,電磁閥芯移動到中位,氣缸兩端同時進氣保持壓力,從而保持位置。待加熱完成后,按下復(fù)位開關(guān)SB2,向可編程序控制器輸入端X2輸入信號,控制輸出端Y2向電磁線圈YV2發(fā)出信號,電磁閥芯移動到右位,控制氣缸向下復(fù)位。

5 關(guān)鍵技術(shù)

為了防止氣缸推力過大,造成發(fā)動機主燃單元體裝配止口產(chǎn)生變形,導(dǎo)致機構(gòu)功能無法實現(xiàn),采用以下技術(shù)措施:

(1) 使用流量和速度控制閥,控制氣缸的運動速度和推力;

(2) 通過側(cè)面安裝的位置傳感器配合中位保壓式三位五通先導(dǎo)電磁閥,控制氣缸桿頂出的極限位置,當氣缸桿移動到極限位置時,停止運動。

為了防止頂塊對裝配止口接觸力過大造成變形,采用彈簧頂桿,減小接觸力。

6 優(yōu)點

自動化加熱裝置能精準、快速地定位連接零件被加熱部位,使被加熱部位均勻受熱,加熱過程高效,操作安全方便,可以實現(xiàn)對航空發(fā)動機主燃單元體配合止口的精準、高效加熱,具體優(yōu)點有五方面。

(1) 加熱均勻性好。采用直接接觸式加熱,使零件被加熱部位快速受熱,且受熱均勻。

(2) 加熱部位精確,避免手持式加熱裝置加熱不均勻?qū)α慵B接的影響。

(3) 彈性接觸加熱,避免對零件加熱面造成損傷。

(4) 加熱效率較原手持加熱裝置加熱提升 80%,批量生產(chǎn)應(yīng)用效果更好。

(5) 裝置結(jié)構(gòu)簡單,質(zhì)量輕,操作方便,使用安全。

7 結(jié)束語

針對航空發(fā)動機熱裝工藝的難點,自主研發(fā)設(shè)計了一種用于熱裝工藝的自動化加熱裝置,將航空發(fā)動機部件熱裝采用的人工加熱方式改為自動化控制加熱,加熱效率提升80%,實現(xiàn)精準定位加熱,加熱溫度準確可調(diào),減小連接零件的裝配應(yīng)力,提高加熱質(zhì)量,在實現(xiàn)航空發(fā)動機關(guān)鍵裝配工序自動化、智能化的基礎(chǔ)上,提升發(fā)動機部件的裝配質(zhì)量及整機運行的可靠性。這一自動化加熱裝置適用于大多數(shù)止口類過盈裝配連接的零部件,屬于通用型加熱裝置,可推廣應(yīng)用于各個領(lǐng)域中類似裝配結(jié)構(gòu)的加熱。