航空发动机叶片辊轧调整用垫瓦的设计与制造方法

摘要

本发明公开了一种航空发动机叶片辊轧调整用垫瓦的设计和制造方法，其设计方法包括：用垫瓦调整航空发动机叶片辊轧模具厚度的可行性分析；设计垫瓦的内、外径尺寸；设计垫瓦的外轮廓及固定螺钉孔的位置；设计垫瓦的偏心角度位置和偏心量；选择垫瓦的材料与硬度。其制造方法包括：根据设计尺寸选择管状坯料；车加工管状坯料的内、外径；对管件内径进行磨削加工；将管件切成宽度包含三片垫瓦的环件；对环件进行热处理；将环件切割成垫瓦；用外圆磨床磨削偏心外圆；尖边倒圆和发蓝；对垫瓦进行检测。本发明用垫瓦调整辊轧模具的厚度，可使模具的使用寿命提高10倍以上；垫瓦的制造方法与用线切割方法比较，生产成本低，加工精度高，耗费工时少。

说明书

技术领域

本发明属于叶片机械加工领域，特别是一种航空发动机叶片辊轧调整用垫瓦的设计与制造 方法。

背景技术

目前，航空发动机叶片制造采用无余量精密辊轧及其毛料精密成型技术。该技术由于具 有制造成本低、生产效率高及产品组织性能较常规制造工艺更为优异等特点，成为叶片制造 的先进技术，倍受世界发达国家的重视。

叶片辊轧模具是叶片成型用最重要的工具。叶片辊轧模具加工过程中留有约0.1～0.2mm 的修理余量用于模具的修整。模具在修理过程中，模具的厚度逐渐减小，此时需用调整叶片 辊轧机过盈量的方法来保证叶片的轧制厚度。但是，叶片辊轧机的过盈量调整是有限度的， 最大为0.3mm，若调整的过盈量过大，将造成辊轧机的损伤。而辊轧模具单面的修整量大于 0.15mm时，模具就要报废。因此，航空发动机叶片制造行业急需一种提高辊轧模具使用寿命， 以降低生产成本的方法。

发明内容

本发明的目的就是为适应航空发动机叶片制造行业的上述需要，提供一种航空发动机叶 片辊轧调整用垫瓦的设计与制造方法，通过垫瓦调整辊轧模具的厚度，提高模具的使用寿命。

本发明航空发动机叶片辊轧调整用垫瓦的设计方法，按以下步骤进行：

步骤1、用垫瓦调整航空发动机叶片辊轧模具厚度的可行性分析：

航空发动机叶片辊轧过程中，因模具型面轧制叶片不合格或型面发生磨损均需对模具型 面进行修理，由此会使模具的厚度减小，导致轧制的叶片因厚度增加而不合格，当模具单面 的修整量大于0.15mm时，模具就得报废；在厚度减小后的模具内径和轧辊轴之间增设与轧 辊轴和模具内环贴合良好、并具有足够强度承载辊轧力的垫瓦，用其弥补模具每次修理后厚 度的减小，可使模具继续使用，直到模具经多次修理后厚度减小到不能再修时再报废，模具 的使用寿命可得以延长；

步骤2、设计垫瓦的内、外径尺寸：

由于叶片轧制过程中承受较大的轧制力，垫瓦的内、外径必须分别与轧辊轴和模具良好 贴合；而工业化生产中，轧辊轴径的尺寸和模具内径的尺寸是不能轻易改变的，为了保证垫 瓦的强度，同时兼顾轧辊轴和模具的强度，模具内环设计尺寸R₁应与轧辊轴径尺寸一致；外 环设计尺寸R₂应与模具内圆尺寸一致；并使内、外环尺寸差R₂-R₁=3.5mm；

步骤3、设计垫瓦的外轮廓及固定螺钉孔的位置：

垫瓦的外轮廓尺寸根据模具的轮廓尺寸确定，垫瓦的宽度L=64mm，圆心角为115—120 °；因垫瓦在使用过程中需固定在轧辊轴上，故需在垫瓦上设计固定螺钉的孔，为使螺钉孔同 时起到防止垫瓦反装的作用，孔的位置不设在垫瓦的中心处，而设在其中心线距垫瓦后端 60°处，与垫瓦的中心线偏斜1°；

步骤4、设计垫瓦的偏心角度位置和偏心量：

在垫瓦内、外径和外轮廓尺寸已确定的情况下，为了使垫瓦对模具具有调整功能，要使 垫瓦在某一方向上实现内、外径偏心；根据辊轧叶片的特性，同时减少偏心调整对模具厚度 变化不均匀性的影响，最大偏心量应在轧制叶片长度的一半位置，设计角度确定为距垫瓦前 端面45—55°；因模具厚度的调整是通过系列的偏心量来实现，故每台轧机需要设计两套、 分别含系列厚度的垫瓦，根据叶片允许的厚度公差，结合垫瓦的加工难度，每套垫瓦的厚度 调整差值应为0.1mm，根据模具的最大修理厚度，偏心量的最大值e=2.5mm；

步骤5、选择垫瓦的材料与硬度：

因垫瓦在使用过程中要承受较大的轧制力，垫瓦应具有较高的硬度和强度，垫瓦材料选 择Cr12MoV或T8A或T10A，最终硬度应在HRC55～62之间。

因模具厚度的调整是通过系列的偏心量来实现，每套垫瓦需要有30多种规格，上下模具 各一套，每台轧机要配备两套、共60多片垫瓦，如果采用普通线切割加工，加工后的表面质 量差，尺寸精度低，不能满足使用要求；若采用慢走丝线切割加工，如此大的数量，不仅生 产成本高，而且加工工时长，加工一片需要20小时。为此，本发明还对以上设计的航空发动 机叶片辊轧调整用垫瓦提供如下制造方法：

步骤1、根据设计尺寸选择管状坯料，管状坯料的内孔直径为68～74mm之间，外径根据 垫瓦的厚度确定，长度根据实际加工情况确定，内、外径单边加工余量不小于1mm；

步骤2、车加工上述管状坯料的内、外径，留磨削余量0.1mm；

步骤3、对经过步骤2加工的的管件内径进行磨削加工，保证加工精度符合工艺要求；

步骤4、将经过步骤3加工的的管件切成环件，使每个环件的宽度包含三片垫瓦，同时 在环件上画出螺钉孔的加工位置，并钻螺钉孔；

步骤5、按热处理工艺对环件进行热处理，使其硬度达到设计要求；

步骤6、将经过热处理后的每个环件切割成三片垫瓦；

步骤7、将垫瓦用螺钉固定在具有调整偏心功能的夹具上，用外圆磨床磨削偏心外圆；

步骤8、对经过步骤7加工的垫瓦进行尖边倒圆和发蓝；

步骤9、采用三坐标测量机或千分尺对完成步骤8加工的垫瓦进行厚度检测，厚度符合 工艺要求为合格产品。

本发明的有益效果是：用本发明设计的垫瓦来调整航空发动机叶片辊轧模具的厚度，可 以有效提高模具的使用寿命，经实践证明，模具的使用寿命可提高10倍以上，经济效益显著； 用本发明提供的航空发动机叶片辊轧调整用垫瓦制造方法加工垫瓦比用线切割方法，加工精 度高，生产成本低，耗费工时少。

附图说明

图1为用本发明设计方法设计的航空发动机叶片辊轧调整用垫瓦的示意图；

图2是沿图1中螺钉孔的中心线M—M剖视图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

本实施例为某型航空发动机叶片辊轧调整用垫瓦的设计方法，按以下步骤进行：

步骤1、用垫瓦调整某型航空发动机叶片辊轧模具厚度的可行性分析

在该型航空发动机叶片辊轧过程中，因模具型面轧制叶片不合格或型面发生磨损均需对 模具型面进行修理，导致模具厚度减小，如继续使用会使轧制的叶片厚度增加而不合格。当 模具单面的修整量大于0.15mm时，模具就得报废。在厚度减小后的模具内径和轧辊轴之间 增设与轧辊轴和模具内环能良好贴合、并具有足够强度承载辊轧力的垫瓦，用其弥补模具每 次修理后厚度的减小，可使模具继续使用，直到模具经多次修理厚度减小到不能再修时报废， 模具的使用寿命可得以延长；

步骤2、设计垫瓦的内、外径尺寸

由于叶片轧制过程中承受较大的轧制力，垫瓦的内、外径必须分别与轧辊轴和模具良好 的贴合；而工业化生产中，轧辊轴径的尺寸和模具内径的尺寸是不能轻易改变的，为了保证 垫瓦的强度，同时兼顾轧辊轴和模具的强度，图1中，模具内环设计尺寸应与轧辊轴径尺寸 一致，为R₁=38mm；外环设计尺寸应与模具内圆尺寸一致，为R₂=41.5mm；内、外环尺寸差 为R₂-R₁=3.5mm；

步骤3、设计垫瓦的外轮廓及固定螺钉孔的位置

垫瓦的外轮廓尺寸应根据模具的轮廓尺寸来确定，本实施例如图1所示，垫瓦宽度为 L=64mm，圆心角为118°；为将垫瓦固定在轧辊轴上，在垫瓦上设计固定螺钉的孔，为使该 螺钉孔能同时起到防止垫瓦反装的作用，将螺钉孔的中心线M—M设在距垫瓦后端60°处， 与垫瓦的中心线偏斜1°；

步骤4、设计垫瓦的偏心角度位置和偏心量

垫瓦内、外径和外轮廓尺寸确定后，为使垫瓦对模具具有调整功能，要使垫瓦在某一方 向上实现内、外径偏心；根据辊轧叶片的特性，同时减少偏心调整对模具厚度变化不均匀性 的影响，最大偏心量应在轧制叶片长度的一半位置，本实施例如图1所示，设计角度确定为 距前端面50°；因模具厚度的调整是通过系列的偏心量来实现，每台轧机需要设计两套、分 别含三十种厚度的垫瓦，根据叶片允许的厚度公差，结合垫瓦的加工难度，三十种厚度的垫 瓦的厚度调整差值为0.1mm，根据模具的最大修理厚度，偏心量的最大值e=2.5mm；

步骤5、选择垫瓦材料与硬度

因垫瓦在使用过程中要承受较大的轧制力，为保证垫瓦具有较高的硬度和强度，垫瓦材 料选择Cr12MoV，最终硬度为HRC60。

制造上述设计的某型航空发动机叶片辊轧调整用垫瓦，按以下步骤进行：

步骤1：根据上述设计尺寸选择管状坯料，管状坯料的内孔直径为70mm，外径根据垫瓦 的厚度确定为92mm，长度为650mm，内、外径单边加工余量为3mm；

步骤2：车加工上述管状坯料的内、外径，留磨削余量0.1mm；

步骤3：对经过步骤2加工的的管件内径进行磨削加工，保证其加工精度达到0.01mm；

步骤4：将经过步骤3加工的的管件切成环件，使每个环件的宽度包含三片垫瓦，同时 在环件上画出螺钉孔的加工位置，并钻好螺钉孔；

步骤5：按热处理工艺用热处理炉对环件进行热处理，使其硬度达到HRC60；

步骤6：将经过热处理后的每个环件切割成三片垫瓦；

步骤7：将垫瓦用螺钉固定在具有调整偏心功能的夹具上，用外圆磨床按设计要求磨削 偏心外圆；

步骤8：对经过步骤7加工的垫瓦进行尖边倒圆和发蓝；

步骤9：采用三坐标测量机对完成步骤8加工的垫瓦进行厚度检测，厚度符合工艺要求 为合格产品。