叶片随形注胶夹具设计研究

黄超，李相阳，郭召，段小勇，杨虎林

（陕西秦川机械发展股份有限公司，陕西宝鸡721009）

0 引 言

航空发动机是飞机的心脏，叶片是航空发动机的心脏。一台发动机中有1 000～2 000 片多种类型叶片，其制造水平决定了航空发动机的性能。而叶片型面复杂，属于薄壁零件，自身刚性差；叶片材料多为钛合金、高温合金，属于难加工材料；叶片在加工中易产生型面扭转、翘曲及尺寸超差等现象。为了保证加工精度，要求对机床工艺系统误差严格控制。叶片规格多，装夹方式多样，叶片和夹具之间的接触弹性变形及残余应力导致的工件扭曲变形对工艺系统精度影响较大，是造成叶片加工误差的重要因素，甚至比机床自身误差、编程误差对加工精度的影响还要大。因此，在叶片加工中高刚性、稳定可靠、装夹方便的夹具技术至关重要。

1 传统夹具存在的问题

目前，多数叶片叶身型面通过精锻已经能达到精度要求，叶片只需机械加工榫头和叶身进排气边缘。传统夹具大多采用对榫头部分装夹来进行加工，叶片榫头相对于叶身部分小得多，这样“以小定大”的装夹方式，放大了加工误差，增加了加工难度，精度不易保证。同时，由于叶片材料难加工，切削力大，叶身易产生变形，使加工精度难以保证。

2 随形注胶夹具的结构和工艺

针对精锻叶片传统夹具存在的问题，设计制造了一种新型随形注胶夹具。结构如图1 所示。

主夹板5 和副夹板6 后端合围形成用于装夹叶片2的注胶空腔，尺寸小于叶片叶身宽度，以便将进排气边缘暴露在外用于加工。前V 形块1、后V 形块8 固定叶片初始位置，通过姿态调整螺钉4 调整固定叶片角度，通过叶片轴向定位块3 定位叶片轴向位置。

叶片调整固定后，用密封材料对注胶空腔进行封闭（可采用铜皮封闭，铜皮与夹具间缝隙用橡皮泥密封），只留一处注胶口，然后从注胶口向注胶空腔内注胶（工业用导轨胶），使胶填充于主、副夹板和叶片之间。叶片和密封材料在注胶前涂脱模剂，待胶凝固后拆除密封材料形成装夹有叶片的夹具。注胶完成后，拆除前V 形块1 可将叶片榫头暴露在外进行榫头加工。将注胶完成后的夹具整体置于托架11 上，通过夹具托架11 底面A、侧面B 以及定位销12 完成夹具定位，紧固块14 完成夹紧，最后通过法兰盘13 连接至机床工件主轴上进行叶片进排气边和榫头加工。

3 随形注胶夹具的特点

1）适应于任意复杂型面。由于注胶型面根据叶片自身形状通过注胶工序所得，不受叶片型面限制，适应于任意复杂型面。

2）夹持力强，定位精度高。由于夹具采用的是胶体型面定位，型面与叶身一致性高，在夹紧叶片时，叶片不会产生安装变形，能保证很强的夹持力和很高的精度。

3）可重复使用，适用于叶片的批量生产。针对同一批叶片，直接装夹，由于型面一致，直接定位，不需要调整，方便快捷。

4）夹持不会对叶片造成损伤。注胶型面是根据叶片型面浇注凝固形成，具有很好的精度和表面质量，适应于叶片型面，不会造成装夹损伤。

5）制造周期短，制造成本低。用注胶生成型面相比机械加工所需型面，制造周期大大缩短，制造成本大大降低。

6）可进行多工位使用。随行注胶夹具只通过叶身部分型面定位，叶片其余部分如榫头、进排气边缘都暴露在外，均可加工。

4 结 语

随形注胶夹具通过注胶生成型面，夹持叶身完成叶片的固定。胶体采用工业用导轨胶，在胶凝固稳定后，能达到很高的强度和很高的精度，得到与叶片叶身形状一致的钢基硬胶面夹具，通过叶身的部分轮廓进行装夹和定位，完成对其余部分如榫头、进排气边缘的加工。避免了传统夹具"以小定大"现象，解决了加工中叶身极易变形的问题，为叶片夹具设计提供了一种新思路。