1、1某第四级整流叶片工艺分析图纸加 153893706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
2、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2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
3、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 3.20.2mm，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 0VI 截面，扭角从 2 从 3363558，扭角过大，不利与后续工序如：冷轧、全切等加工
4、，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= Fcosa ，F 2= Fsina 。3随着 a 的增大， F1 增大，F 2 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 336，建立新的坐标系XY ，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、5.13.25mm，间隔过密，样板测量时无法靠住定位销测量，故、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。 4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（
6、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 055 工序为毛坯准备阶段，60140 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： 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，下料5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
7、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 2-4 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6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
8、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 70010，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 58010，保温 4h，用真空炉。其主要作用是使叶片硬度达到3.8HBd 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。图中带 尺寸，如 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
9、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15.2512.07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 27.380.15 无法直接测量，可将其换算至 A.M两点，借助 3 的芯棒测量 H，换算过程如下：在ABCk，AB=1.5ctg1=1.5
10、*ctg(90-540)/2 =1.6562BC=Abcosa=1.6562*cos540 =1.6481 XA=BC+BE=1.6481+2.76=4.4081 图 7取 XA=4.4081 其公差由工装设计给出。AF=XD-XA=6.3627-4.4081=1.9546DF=1.9546tg540=0.19398H=ZA-2.5=ZD-FD-2.5=30.354-0.1939-2.5=27.66 图 8取 H=27.660.1 故尺寸 27.3880.15 由测量 27.660.1 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
11、加工基准，而全切后的叶片以 0VI 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 Cmax，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）
12、。 图 9按 YJ0058 验收。 93、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
13、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。正弯现象及其克服所谓正弯，是指叶片的工轴在 YOZ 平面内的弯曲，叶盆10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
14、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 ab cd，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 1011图 11 叶片挺肚原因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
15、钳的工作台作成可调倾斜角度的。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。参考图 12。 图 1212叶型扭角的弯化及其控制用与叶片型面扭角相同的模具轧制叶片，但轧出叶型扭角有的增大，有的减小。其根本原因是叶片两边相对变形量大于中间部分，因而两边的前滑两大于中间部分的前滑量，
16、这时如果由于工作台夹钳控制叶片无法“挺肚”时，在扎制力作用下，相对中间部分逐渐增长的两边金属就会造成叶型扭角的增大。克服扭角增大的办法：增大压下量，图 13 叶型扭角增大原因此法由于压下量增大，变形区长度增大，因此两边展宽增大，前滑量相对减少，所以扭角减小。减小两边毛边宽度。Za bc dZa bc d13增大两边毛边厚度。这两种方法都是通过减少两边延伸率的办法，减少两边的前滑量，达到减小扭角的目的。分多次轧制，使每次轧制的变形量小。5 工艺尺寸及其确定零件坯料开坯前的工艺尺寸，都是经过多次试轧后，根据谨严得出的。且在实践中证明是可行的。叶片开坯后的工序尺寸，是通零件图给出的数据经坐标换算后得
17、出的。6、总结叶片的只要工艺分析基本完毕，但现在存在问题是：叶片表面质量要求较高，对于小尺寸钢材叶片来说组织性能还未过错全摸透，最佳工艺参数有待进一步优选。设备及模具有待进一步改进。总而言之，某的第四级整流叶片工艺流程在生产实践中证明是可行的，但还需要进一步完善和发展。14全切后测具设计检验测具是检验零件合格与否的专用夹具，本夹具对某第四级整流叶片全切后工序的检验测具（简称测具） ，因为某整流叶片要求高，叶型是空间曲线，所以本测具结构较复杂。现就设计分析如下。一、测具基本要求。1、对零件的质量进行检验，2、提高生产率，使用方便，3、结构简单，有良好的结构工艺性和劳动条件。测具设计时，要对基本要
18、求有辨证的统一。本测具设计时，重点是保证零件的检验，使用方便，检测直观，所以结构较复杂。二、测量原理：本测具检验时，用叶盆、叶背样板靠住叶片，调整间隙，观察样板与叶片间隙，通过透光检查叶片质量。三、叶片定位装置及压紧装置。零件零检验，就是使零件在测具中有一个正确位置，这就需要对零件定位，这是检测零件的关键。叶片定位时，选择叶片前缘两点，叶背两点，及叶片两端面定位，15如图（1）图（1）叶片定位定位时，零件进气边（前缘）支在定位板 24 和 35 的刀口上，限制了叶片的 X、Y，叶背靠在定位板 9 和 7 上，限制了叶片Y、Z 、 X。叶片的一端顶在定位销 32 上，限制了叶片 Z，这样叶片就全
19、定位在测具上。零件定位好了，还需要夹紧，否则零件在测量时位置移动，在叶片另一端面弹性顶尖 45 顶住，压杆 26 从叶盆面压住叶片，这样叶片就压紧了。四、测量装置叶片在测具上定位，夹紧后，即可测量，测量时叶盆样板和叶背样板，样板上有一段曲线分别是对应叶盆，叶背的形状，样板上有编号分别检不同剖面。叶片定位后，由于叶片在空间的角度不一定完全满足要求，这就16需要调整角度，本测具设计了这样的装置。调整支架 47，47 可绕 0-0 中心旋转，在细调，这时，叶片随整个定位，夹昆机构绕 0-0 中心旋转，至到满足测量要求时，用滚花螺钉16 锁紧。图（2）叶盆样板 图（3）叶片位置测量时，样板支靠在定距板
20、 34 上，并且与定距板 24 上定位销 3靠紧，叶盆型面与叶片盆面靠紧，调整调整板 38，可调整样板与叶片盆面见的间隙，通过透光，检查叶片型面是否合格。根据工艺规程要求，在型面测具上检查型面透光，当板板与测具的调整板 38 间隙为 0 值，进出气边缘 3mm 内不大于 0.08，其余不大于 0.12，即在两边缘 3mm 上减薄不大于 0.02，增厚不大于 0.06，其余17部位减薄或增厚不大于 0.06。测量叶背与叶盆。定距板刻有 0、1、3、5、6 数字及刻线，分距检验0、I 、 III、 V、VI 剖面，测具总装图上的 0、1、3、5、6 刻线与定位销 32 的距离尺寸分别是 0、I、I
21、II 、V、VI 剖面带 的数据计算而来。 如：1.750.03 是 0 剖面 2.0-0.25=1.75 其中 0.25 是样板型面厚度 0.5 的一半3.25 是 I 剖面 5.25-1.75-0.25=3.2515.45-1.75-0.25=13.4526.25-1.75-0.25=24.2530.40-1.75-0.25=28.40要控制精度，给予0.03 的公差。这些尺寸是制造样板厚度的依据。定距板 34 距 0-0 中心距离 500.02 须严格控制，因为样板与定距板 34 接触的表面距样板型面的积叠轴的距离 50，所在此尺寸关系到样板与叶片的位置关系。定距板 34 表面和底座底面
22、 K 有平行度要求，允差 0.01。定位销对 K 及两侧 N 有要求，允差 0.005。2.05.2518五、定位误差分析：定位板 24 上的刀口与测具中心距离 3.440.02。定位板 35 上的刀口与测具中心距离 2.810.02。这两尺寸是保证叶片积叠轴与测量中心（重合的关系）在同一水平内重要尺寸。=0.04。由于 X、Y坐标是 XY 坐标旋转 336（详见工艺分析）得出。即 0 截面 a=0,与 0 截面扭角最大的 VI 截面扭角差 252。在 Y方向误差：Ymax=Xtga=0.04*tg252=0.002Ymax 很小，对本测具不影响检验精度。即使再加上样板误差，测具安装误差，均能
23、满足使用要求。六、总体布局本测具主要有底座 5，底座上开有 T 形槽，定距板 34 通过键 7 螺钉 8 安装在底座中间部位，34 上有六个定位销 3，34 两边分别安装支架 14 和 51 在底座 5 上，支架 47 两端安装在 4 和 51 上，支架 47 上安装定位板 17 和 9，还装有顶尖 45，定位销 32 及压紧机构，底座两19侧中间装两块调整板 38，详见测具总装图。七、测具的安装调整安距板 34 安装在底座 5 上，可调整，定距板上定位销 3 与支架47 上定位销 32 的距离，定位板 17 和 9 上有烙印 A、B 字样，分别是全切、抛光和检验工序，不同工序使用不同位置可调
24、整螺钉 37 得到。定检合格后，将件 11、12、15 用漆封死。定距板烙印刻线。样板分别编号。八、样板制造样板形状见图（2） ，须保证要求，关键是叶型面，根据坐标换算后的数据加工出叶型面，且保证样板叶型积叠轴的尺寸 500.02。图 4. 样板九、总结20本测具通过使用，证明是可行的，但还须改进。21后 语通过这次工艺、测具设计，把自己三年的学习知识复习了一遍，把理论知识运用到生产实践中。同时，在设计中学会了辩证的看待、分析问题的方法，加强了自身设计的能力，解决问题的能力，总之，为以后的工作打下了良好的基础。22参考文献工艺部分：1、 工程材料实用手册的结构钢、不锈钢 ；2、 叶片冷轧新工艺 ；3、 喷气发动机 英国罗罗公司编4、 机械制造工艺学机械工业出版社 赵志修 主编5、 金属工艺学 高等教育出版社 邓文英 主编测具设计部分：1、 机床夹具设计 机械工业出版社 李庆寿 主编2、 机床夹具设计手册上海科学技术出版社
