涡喷-7甲Ⅱ级涡盘工装设计.doc
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1、摘 要涡喷-7甲级涡盘是飞机发动机上的重要零件。本论文分析了涡喷-7甲级涡盘的结构工艺和材料工艺,设计了该零件的工艺路线。确定主要表面的加工方法,划分了粗加工,半精加工,精加工阶段。合理安排了热处理和检验等工序,解决了涡盘精加工中容易产生变形,尺寸精度,表面粗糙度不易保证等问题。按照工序集中的原则设计机床加工工序内容,采取了加工过程的质量控制措施。为工序65钻基准孔和工序100拉榫槽设计了专用的钻床夹具和拉榫槽夹具,采用了完全定位原则的设计定位方案,并且进行了结构设计。作为飞机“心脏”的航空发动机技术已成为一个国家科技水平,国防实力和综合国力的重要标志之一。而WP-7甲级涡盘又是航空发动机的重
2、要零件之一。立此题为我的毕设题目,是对我机械设计制造专业方向的知识实践总结和深化。关键词:级涡盘;钻床夹具;拉榫槽夹具AbstractTurbojet - 7 armorThe level turbine disk is in the aircraft engine important components. The present paper has analyzed the turbojet - 7 armorThe level turbine disk structure craft and the material craft, have designed this component
3、s craft route. The determination main surface processing method, has divided the rough machining, semi-finishing, precision work stage. Has reasonably arranged working procedures and so on heat treatment and examination, solved in the turbine disk precision work easy to have the distortion not not e
4、asily, the size precision, the surface roughness to guarantee and so on the questions. According to the working procedure centralism principle design engine bed processing working procedure content, has taken the processing process quality control measure.65 drilled the datum hole and the working pr
5、ocedure for the working procedure 100 pulls the key way to design the special-purpose drilling machine jig and to pull the key way jig, used has located the principle completely the design localization plan, and has carried on the structural design. As the aircraft heart of the aero-engine technolog
6、y has become a national science and technology, national defense power and comprehensive national strength one of the important symbols. WP-7 and A-class aviation turbine engine is one of the important parts. I put this entitled the complete set topic, I machinery to design and manufacture of profes
7、sional practice summed up the direction of knowledge and deepened.Key word:Level turbine disk;Drilling machine jig;Pulls the key way jig目 录摘 要IAbstractII目 录III第1章涡喷7甲级涡盘工艺过程设明11.1零件图的工艺分析11.1.1零件的工作状态及工作条件11.1.2零件的结构分析11.1.3零件的技术条件分析31.1.4零件材料及切削加工性51.1.5零件尺寸标注分析51.1.6为了保证热处理质量的检验说明51.1.7零件的总体工艺分析61
8、.2毛坯的设计71.2.1毛坯的种类的确定71.2.2毛坯的工艺参数选择71.3工艺规程的设计101.3.1工艺路线的制定101.3.2机床工序设计231.3.3有关机床,刀具的选择说明23第2章钻床夹具设计252.1设计方案252.1.1盖板式钻模的特点252.1.2总体说明262.1.3钻套的选择和设计262.1.4钻模板的设计272.1.5钻模板结构型式及使用说明282.1.6钻模的定位与夹紧282.1.7钻模其它元件282.1.8钻床上的加工误差29第3章拉床夹具设计303.1零件加工对夹具的要求303.2夹具体的组成303.3工件的定位303.4工件的加紧323.5分度装置结构分析3
9、33.5.1分度盘343.5.2分度销的操作机构343.5.3分度盘的锁进机构353.5.4分度销的工作分析353.5.5削边销的设计计算363.5.6分度误差分析373.5.7夹具的安装与工作原理38第4章技术经济分析39结 论40致 谢41参考文献42第1章 涡喷7甲级涡盘工艺过程设明1.1零件图的工艺分析零件图是制造零件的主要技术依据。在设计工艺路线之前首先要对其进行工艺分析。了解零件的功用和工作条件,分析精度及其它技术要求,以便更好的掌握构造特点及工艺关键。1.1.1零件的工作状态及工作条件涡盘是发动机上的重要零件,是在高温高压条件下工作的,当气流冲到转子叶片上便驱动涡盘高速旋转。涡盘
10、通过主轴与压气机相连,涡盘转动时,即带动压气机和联结在轴上的附件(如:发动机,燃油泵等)转动。工作时,其轮边缘温度高达700,而中心只有300,温度分布不均匀造成很大热应力作用。1.1.2零件的结构分析涡盘的结构有轮缘,腹板,轮毂等部分组成。级涡盘是实心圆盘,其盘身剖面形状为锥形,在轮缘上有64个安装叶片的榫槽,腹板上有起均匀作用的小孔。 图1.1零件图图1.2零件图1.1.3零件的技术条件分析(1)表面本身精度表面粗糙度:涡盘的配合表面,腹板型面,盘心孔,转接圆弧,榫槽表面粗糙度为Ra0.8um,其余表面为Ra1.6um或Ra3.2um。几何形状精度:涡盘腹板型面直线度为0.05mm,端面基
11、准的平面度为0.02mm,腹板线轮廓度为0.076mm,榫槽轮廓度为0.0070.025mm。(2)表面间的位置精度涡盘的端面平行度为0.020.04mm。涡盘的配合圆柱面与端面垂直度为0.010.03mm。涡盘与涡轮盘的配合表面,盘心孔,腹板型面跳动为0.020.05mm。涡盘的两端轴径配合圆面同轴度为0.020.05mm。精密定位孔位置度为0.030.05mm。螺栓孔,螺钉孔位置度为0.10.2mm。 (3)零件的其它技术要求涡盘因采用的材料性能好,其结构日趋薄壁形,刚性差,加工时易变形,加工中应安排消除应力热处理工序,并采用端面压紧和修正端面基准平面度的办法来减小变形。由于涡盘的特殊条件
12、,在保证锁片自由装入锁片槽内的情况下,允许按锁片厚度加工尺寸L,并保证间隙,热处理后硬度d=3.63.2。涡盘的毛坯为模锻件,零件选用锻压加工,所以检验组别为大类。表1.1各类别检验的内容检验类别类别特性硬度检验机械性能检验类检验高负荷零件100%100%检验从零件上切下来的检验试片(棒),允许在热处理前切割试件,但要同零件一起进行热处理。类检验中等负荷零件100%小型零件每热处理炉和同一熔炼炉批检验1-2个零件或试样大批零件每熔炼炉批检验,1-2个零件或试件类检验小负荷零件100%不检验类检验轻负荷零件及棒料每批零件抽10%检验硬度,如不合格,则要100%检验或整批零件返修处理不检验1.1.
13、4零件材料及切削加工性级涡盘是发动机上的重要零件,工作温度虽比叶片低,但其应力条件异常复杂,且在轮心轮缘榫槽和腹板各部位所受的应力,温度,介质作用程度都不同。又加上级涡盘所用材料必须能够在高温,高压,高转速的条件下保持很高的强度和抗蠕变的性能,有高的屈服强度,拉伸强度和足够的塑性储备,以防止轮盘内边缘齿槽缺口产生应力集中。对材料的具体要求是:(1)材料应具有高的屈服强度,在高温时也能保持高的屈服极限,良好的蠕变强度,高的疲劳强度和低的疲劳性能,组织稳定性和冷热机械性能。(2)线膨胀系数小。(3)无缺口敏感性。(4)具有良好的切削加工性能和一定的抗氧化,耐腐蚀能力。GH4133属于时效强化变形N
14、i基高温合金。此类合金是在GH4033合金基础上进一步合金化,适当提高强化元素铝,钛含量和添加难溶金属铌而发展成为镍-铬固溶体为基,r(Al,Tr,Nb)为主要强化时效硬化型合金,该合金的使用温度可以比铁基合金高200左右,热强度高,在高温度情况下可承受大的载荷和复杂应力。1.1.5零件尺寸标注分析一般表面件的位置尺寸的标注有三种方式:坐标式,连接式,混合式。尺寸的标注方式在从某些方面上影响加工的顺序。涡盘外形较为复杂,加工工艺过程步骤较多也较为复杂,其标注应采用混合式标注。1.1.6为了保证热处理质量的检验说明高温合金的热处理主要有固熔处理(淬火),中间处理(2次固熔处理或中间的时效)时效处
15、理。对于时效强化的高温合金来说,固熔处理的目的是使强化相溶于固熔体中,得到过饱和固熔体和固熔加少量未溶解的强化组织。中间处理的目的是改变晶界碳化物状态,以强化晶界,或者是造成大小两种尺寸的相,以改善综合性能和长期稳定组织。时效对时效强化的高温合金来说,其目的是使强化相,充分而均匀地呈弥散状态析出,使合金强化到技术条件要求。1.1.7零件的总体工艺分析涡盘零件的毛坯为模锻件。此零件因采用的材料性能好,其结构日趋薄壁形,刚性差,加工时易变形,加工中应安排消除应力热处理工序,并采用端面压紧和修正端面基准平面度的办法来减小变形。涡盘的配合表面精度高,表面粗糙度值小,最后精加工用精密车床车削保证,盘的内
16、腔,腹板型面表面粗糙度值小,精加工应采用数控车床。盘的榫槽数量多,尺寸精度高,采用高速拉削保证。盘的精密定位孔,尺寸精度,位置精度要求高,用镗床或钻床加工。盘的各表面相互位置关系精度要求高,因此精加工时,工序应集中,一次装夹找正,车削尽量多表面,或用同一基准加工各表面。盘的特殊表面(花键,花边)及螺栓孔,螺钉孔等用不同设备,工艺装备加工。加工难点:1涡盘枞树形榫槽的拉削。解决方法:涡盘枞树形榫槽的拉削,是属于多刃刀具进行机械加工的,虽然拉削速度低,但这种加工方式,生产效率很高,可以同时完成粗加工和精加工。 2涡盘精加工中容易产生变形,尺寸精度,表面粗糙度不易保证。解决方法:1选用好的硬质合金刀
17、具材料。 2合理地选用刀具的几何角度和好的刃磨质量,设计成型刀具时,尺寸取下限值,减少与工件接触面积,保持加工过程刀具的锋利。 3切削过程的量浇注冷却液,充分冷却,延长刀具寿命。 4专用夹具,在腹板端面处增加辅助支承基准,以增加盘件的刚性。 5利用数控车床,加工腹板型面和转接,减少变形和降低表面粗糙度值。总之,级涡盘是发动机上的重要零件,它的加工要求很高。从构形总体看,零件表面形状比较复杂,加工方法多种多样。所以,它的加工工艺较为复杂,加工工序较多。1.2毛坯的设计1.2.1毛坯的种类的确定由于涡盘在 高转速下工作,受力大,要求的强度高,所以采用锻造的方法来加工毛坯。锻压生产的特点如下:(1)
18、可以改善金相组织,提高金属的机械性能。(2)可以节约金属材料的切削加工时间,提高金属材料的利用率和经济效应。(3)具有较高的劳动生产率级涡盘的毛坯采用模锻件。级涡盘在机械加工过程中进行超声波检验,以及时发现材质缺陷,超声波表面应留有盲区余量,故加工余量较大,一般有5-6mm,个别部位更大。模锻的优点如下:由于有模腔引导金属的流动,锻件的形状可以比较复杂。锻件内部的锻造流体比较完整,从而提高零件机械性能和寿命。锻件表面光洁,尺寸精度高,节约了材料和切削加工时间。生产率高操作简便,易于实现机械化。生产批量越大,成本越低。毛坯材料:采用GH4133,不热处理。批量和生产率:中批量生产1.2.2毛坯的
19、工艺参数选择(1)分模面的确定形成模锻件的各扇模具之分合面称分模面。也就是上模和下模的分界面。确定分模面位置最基本的原则是保证锻件形状可能与零件形状相同,以及锻件容易从锻模型槽中取出。选定分模面要注意以下几点:锻件能从模腔中顺利取出金属易于充满模腔简化模具制造节约金属材料因此,模锻件的分模面应该选在毛坯的对称面上。(2)毛坯的余量与公差1余量的确定加工余量直接影响工序尺寸,而更重要的是关系到加工质量和加工成本。若余量过大,不仅浪费材料,而且增加机械加工劳动量,降低生产率,增加产品成本。若余量过小,一方面毛坯制造困难,另一方面,在机械加工时由于余量过小装夹困难,甚至无法加工而出现废品。正确确定加
20、工余量具有很大的经济意义。级涡盘的毛坯余量按直径有10-12mm,厚度有11mm,每面平均余量在5mm左右,毛坯尺寸及公差的确定均按航空机械设计手册下册表8-66,8-56,8-57并根据工厂的实际情况及加工经济来确定。2公差的确定由于该零件的毛坯的材料采用GH4133检验组别大类,故尺寸比较精确,表面粗糙度比较低,因此机械加工余量和锻造公差都比自由锻小得多。本锻件余量与公差选取为:一般公差按GB5800-82形状和位置公差按GB1182-803拔模斜度在锻件上与分模面相垂直的平面所附加的斜度称为拔模斜度。此锻件的拔模斜度选为74圆角半径锻件上所有面与面的相交线,都必须采用圆角过渡。锻件内圆角
21、的作用是减少锻造时金属流动的摩擦阻力,减少模具的磨损。锻件外圆角的作用是使金属易于充满模腔。避免模具因应力集中而破裂。下表为按型腔和锻件重量确定的最佳外圆角半径值表1.2模锻件外圆角半径的选用锻 件 重(Kg)模 锻 型 腔 深 度 (mm)备 注 10 10-2525-5050外 圆 角 半 径 11-6 6-1616-40 40-100 10011.522.534 1.522.534522.53 4 5633.5 457 8还 应 考 虑加 工 余 量 圆角半径的确定:外圆角半径r=加工余量+零件的圆角半径(或导角),取r=8;内圆角半径R=(2-3)R即R=16-24圆角半径的标准值选定
22、位:1,1.5,2,3,4,5,6,8,10,12,15,25,30.从中选择可以选择标准刀具,方便加工。5技术要求及说明(1)坯料模锻件 硬度d=3.6-3.2(2)毛坯图未标明模锻斜度为7(3)毛坯图未标明圆角R5(4)允许:表面缺陷深度不大于按名义尺寸的每面机械加工余量的二分之一;模锻偏移不大于2;允许欠压7(5)锻件不热处理和不酸洗(6)毛坯图括号内尺寸为成品尺寸(7)在盘的标刻位置标刻锻件号,锭节号,材料牌号,熔炼号。(8)“ ”为半成品超声波探伤面。“ ”为热处理打硬度处(9)当锻锤压力不足时,将会出现以下现象:锻件在分模面垂直方向的尺寸增大锻件表面粗糙产生该现象的原因是:加热温度
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