葉片組合專用工裝元件結(jié)構(gòu)研究與應(yīng)用

陳亞莉 姜紹西 劉建偉

（中航工業(yè)沈陽黎明航空發(fā)動機(jī)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽 110043）

1 概述

在科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展、經(jīng)濟(jì)競爭日益激烈的今天，對葉片產(chǎn)品的生產(chǎn)周期和質(zhì)量提出了更高要求，其中決定兩方面因素的工裝準(zhǔn)備工作必須實(shí)現(xiàn)降低成本，提高生產(chǎn)效率，快速反應(yīng)。特別是對于現(xiàn)代航空發(fā)動機(jī)制造企業(yè)，從葉片研制到批產(chǎn)，由于種類多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在葉片的生產(chǎn)工藝準(zhǔn)備過程中，工裝設(shè)計和制造占有很大的比重，所需人力、物力較多，準(zhǔn)備周期也較長，對葉片的制造質(zhì)量與生產(chǎn)費(fèi)用產(chǎn)生重要的影響。特別是在新機(jī)葉片的生產(chǎn)工藝準(zhǔn)備中，專用工裝占了整個葉片工裝數(shù)量的70%~80%，因此造成專用工裝的設(shè)計、制造工作量大、周期長、成本高，嚴(yán)重影響新型號葉片的在研周期。

航空發(fā)動機(jī)葉片種類繁多，通過研究葉片拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)葉片之間存在著大量結(jié)構(gòu)類似，加工工藝接近，所以我們分析后得出的結(jié)論是工裝結(jié)構(gòu)設(shè)計、制造同樣存在大量的重復(fù)性工作，如何解決大量專用工裝的設(shè)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(chǎn)現(xiàn)場工裝的存放、維護(hù)和管理造成巨大的壓力成為我們關(guān)注的焦點(diǎn)。為了緩解這些矛盾，適應(yīng)葉片向多型號、多品種方向發(fā)展，擴(kuò)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(shè)計與應(yīng)用研究。

2 研究目標(biāo)

實(shí)現(xiàn)葉片工裝準(zhǔn)備的快速反應(yīng)，擴(kuò)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(jié)構(gòu)，降低葉片工裝成本，簡而言之使葉片生產(chǎn)提速、精益、降本、增效。

3 葉片專用工裝結(jié)構(gòu)典型化分析與歸納

3.1 分析葉片的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和機(jī)加工藝

航空發(fā)動機(jī)葉片分為壓氣機(jī)葉片和渦輪葉片，分析不同葉片的結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)。許多葉片拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)具有相似性，區(qū)別之處是個別部位尺寸或角度不同，葉片結(jié)構(gòu)決定葉片機(jī)加工藝接近，我們研究發(fā)現(xiàn)把類似的零件加工路線固化，為葉片工裝模塊化拼裝和設(shè)計奠定可行性基礎(chǔ)。

3.2 分析葉片專用工裝結(jié)構(gòu)

現(xiàn)有葉片專用工裝結(jié)構(gòu)采用工序內(nèi)容一對一設(shè)計制造，通過對專用工裝結(jié)構(gòu)分析發(fā)現(xiàn)，工裝設(shè)計空間角度多造成結(jié)構(gòu)復(fù)雜設(shè)計難度大，設(shè)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(chǎn)模式適用發(fā)動機(jī)大批量生產(chǎn)，對于新機(jī)研制需要獨(dú)辟蹊徑，走出新路子。

3.3 典型葉片專用工裝結(jié)構(gòu)的歸納

為提高葉片工裝設(shè)計與制造的快速反應(yīng)，提高設(shè)計制造質(zhì)量，適應(yīng)我廠葉片新機(jī)研發(fā)生產(chǎn)需要，我們研究原有工裝結(jié)構(gòu)，進(jìn)行歸納總結(jié)研究、篩選、分類，挑選出工裝設(shè)計中常用到的典型工裝結(jié)構(gòu)和通用元件及典型組合單元，通過編制規(guī)范并加以命名、標(biāo)注屬性、分類，建庫并完成兩維、三維預(yù)覽圖，然后按照實(shí)例保存，為后續(xù)類似結(jié)構(gòu)設(shè)計用或現(xiàn)場工裝拼裝選擇通用單元體，提高設(shè)計速度和準(zhǔn)確性提供數(shù)據(jù)支持，把工裝設(shè)計制造向柔性化工裝方向發(fā)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(chǔ)上，發(fā)展成具有高度標(biāo)準(zhǔn)化、系列化的元件結(jié)構(gòu)，它的基本特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)靈活、多樣、組裝快，準(zhǔn)備周期短，元件能長期的重復(fù)循環(huán)使用，并且元件具有互換性和耐磨性。由于具有這些優(yōu)點(diǎn)，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(chǎn)品研制的多樣性和生產(chǎn)周期緊迫性，組合夾具工裝應(yīng)用占現(xiàn)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(qiáng)度不好等問題，制約組合工裝在葉片加工中的應(yīng)用，我廠組合工裝應(yīng)用率離先進(jìn)企業(yè)組合工裝應(yīng)用率60%還差一定距離，為更好滿足生產(chǎn)需要，降低成本，提高工裝快反能力，我廠提出研發(fā)葉片組合工裝專用元組件，擴(kuò)大組合工裝的在葉片工裝的應(yīng)用范圍和組合工裝質(zhì)量。

5 葉片組合專用工裝元件的研究設(shè)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(jìn)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(xiàn)完成18種葉片工裝與組合夾具配用的通用模塊開發(fā)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(jié)構(gòu)圖，現(xiàn)與工具廠協(xié)商制造工作中。

（1）臥式輔助支撐機(jī)構(gòu)；（2）導(dǎo)向葉片可調(diào)角度塊；（3）轉(zhuǎn)子葉片速夾頭圓盤；（4）渦輪葉片夾頭；（5）渦輪葉片轉(zhuǎn)動截面定位塊；（6）渦輪葉片壓板組件；（7）車加工圓盤；（8）轉(zhuǎn)子齒型模塊；（9）立式輔助支撐機(jī)構(gòu)；（10）輔助壓緊機(jī)構(gòu)；(11)渦輪葉片可旋轉(zhuǎn)榫頭定位壓緊；(12)渦輪葉片葉冠側(cè)面定位、輔助支撐壓緊機(jī)構(gòu)；（13）渦輪葉片葉冠下側(cè)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(dǎo)向安裝板定位機(jī)構(gòu)；（17）導(dǎo)向安裝板壓緊機(jī)構(gòu)；（18）緩進(jìn)磨床通用座。

6 葉片組合專用工裝元件應(yīng)用研究

通過我廠組合夾具站應(yīng)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(xiàn)象，對一些葉片已前不能拼裝的工裝和復(fù)雜的組合工裝通過應(yīng)用組合專用工裝元件參與到拼裝中，使之能夠拼裝和結(jié)構(gòu)變?yōu)楹唵?，使葉片組合夾具應(yīng)用率調(diào)高到30%，擴(kuò)大了組合工裝在葉片夾具上應(yīng)用范圍，隨著組合專用工裝元件的擴(kuò)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(fā)揮更大的作用。

結(jié)語

研究表明，在工裝典型結(jié)構(gòu)中，能夠?qū)崿F(xiàn)特定功能，并且應(yīng)用過程中拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)，找出常用的典型結(jié)構(gòu)，進(jìn)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(jīng)專家論證后作為模塊結(jié)構(gòu)。將這些模塊歸類、參數(shù)化建模，并制定模塊分類和命名原則，按照工裝專業(yè)建庫，將參數(shù)化模塊模型分類入庫，添加屬性和預(yù)覽圖。

利用模塊設(shè)計工裝結(jié)構(gòu)的過程，與組合工裝設(shè)計過程相似，如果模塊庫內(nèi)容細(xì)致全面，將給設(shè)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(yù)先準(zhǔn)備部分模塊元件，工裝制造時，如果直接能夠應(yīng)用的省去制造時間，能夠?qū)崿F(xiàn)快速反應(yīng)，節(jié)省成本。

對葉片工裝中某些頻繁重復(fù)使用的部件結(jié)構(gòu)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化進(jìn)行設(shè)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(fā)能起到立見成效的結(jié)果，加速新產(chǎn)品的研發(fā)速度，降低生產(chǎn)準(zhǔn)備成本，推動工裝的設(shè)計、制造、管理向規(guī)范化、科學(xué)化方向發(fā)展。

[1]劉艷.葉片制造技術(shù)-透平機(jī)械現(xiàn)代化制造技術(shù)叢書[M].北京:科學(xué)出版社，2002（10）.

[2]徐鴻本.夾具設(shè)計手冊[Z].沈陽：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，2004（03）.

[3]肖繼德，陳寧平.機(jī)床夾具設(shè)計[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002（02）.

[4]劉守勇.機(jī)械制造工藝與機(jī)床夾具[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1994.