一種用於雷射衝擊強化汽輪機葉片的組合夾具的製作方法

2023-05-24 10:18:37

本發明涉及到機械工程技術領域，特指一種用於雷射衝擊強化汽輪機葉片的組合夾具，適用於具有樅樹型葉根的葉片、外包凸肩雙T型葉根的葉片以及叉型葉根的葉片的裝夾和定位。

背景技術：

雷射衝擊強化技術的原理是當高功率密度的短脈衝通過約束層，作用於金屬表面的吸收層時，吸收層迅速氣化，於此同時形成等離子氣體。等離子氣體急劇膨脹，在金屬表面引入殘餘壓應力。雷射衝擊強化是可以提高金屬材料的抗疲勞、耐磨損和抗腐蝕能力的一種高新技術。

葉片是汽輪機上的重要零件，葉片在工作時承受較大的彎矩和離心力，有時還要經受電化學腐蝕。由於汽輪機葉片疲勞斷裂而引起的事故比較常見，約佔整個火力電廠運行事故的三分之一。因此，對葉片進行雷射衝擊強化對延長葉片使用壽命有很大意義。葉片的葉根是連接葉片與葉輪的結構，葉片的葉根分為T型葉根、菌型葉根、叉型葉根、樅樹型葉根。T型葉根適用於高壓級短葉片。樅樹型葉根承載能力強、適用性好，適用於末級葉片。叉型葉根可靠性好，主要運用於長葉片中。

現階段，由於對汽輪機葉片進行雷射衝擊強化時，夾具不能觸碰葉片的工作區，且雷射很難實現垂直衝擊葉片的表面，因此葉片的定位以及夾緊一直是一個技術難點。對此需要一種用於雷射衝擊強化汽輪機葉片的組合夾具來提高雷射衝擊強化葉片的定位精度和裝夾效率。

技術實現要素：

針對上述問題，本發明的目的在於，提供一種定位精度高，特別是能夠保證雷射垂直衝擊汽輪機葉片的適用於樅樹型葉根、外包凸肩雙T型葉根以及叉型葉根葉片雷射衝擊強化的組合夾具，該夾具可以提高汽輪機葉片的裝夾效率。

本發明的目的是通過以下技術手段來實現的：

一種用於雷射衝擊強化汽輪機葉片的組合夾具包括夾具體、用於樅樹型葉根的左夾體、用於樅樹型葉根的右夾體、用於外包凸肩雙T型葉根的左夾體、用於外包凸肩雙T型葉根的右夾體、用於叉型葉根的左夾體、用於叉型葉根的右夾體、內六角螺栓、螺旋夾緊機構、連接法蘭、對光器。

在三個左夾體夾緊面的對面均布有螺紋孔，六角螺栓穿過夾具體的左壁夾緊左夾體；三個右夾體頂面上均布有沉頭槽，採用內六角螺栓向下依次穿過防松墊片和沉頭槽，固定右夾體和夾具體；沒有裝夾葉根時右夾體在夾具體長度方向有移動自由度，在夾具體的右壁上開有兩個螺紋孔，與螺栓配合形成螺旋夾緊機構，當夾緊葉根時，螺栓向前頂住右夾體的背面，右夾體的正面是夾緊區域，與葉根相接觸，旋緊內六角螺栓，右夾體的六個自由度被完全限制。

所述夾具體與六角螺母之間還設有防松墊片。

所述用於樅樹型葉根的左、右夾體的夾緊區域為波浪形曲面，當夾緊葉根時，所述用於樅樹型葉根的左夾體和用於樅樹型葉根的右夾體的底部留有2mm的間隙，用於樅樹型葉根的左夾體的底面設有一個定位銷用於限制樅樹型葉根在夾具體寬度方向的移動自由度。

所述用於外包凸肩雙T型葉根的左、右夾體夾緊區域的形狀為外包凸肩雙T型葉根葉槽的形狀；所述用於外包凸肩雙T型葉根的左夾體的後端設有一塊擋板。所述用於外包凸肩雙T型葉根的右夾體的前端設有一塊擋板，兩塊擋板限制了外包凸肩雙T型葉根在夾具體寬度方向的移動自由度；所述用於外包凸肩雙T型葉根的右夾體與葉根外包處的水平接觸面(A面)為一平面；當夾緊葉根時，所述用於外包凸肩雙T型葉根的左夾體和用於外包凸肩雙T型葉根的右夾體的底部留有2mm的間隙。

所述用於叉型葉根的左夾體的右垂直面的中央有一塊定位銷，用於限制叉型葉根在在夾具體寬度方向的移動自由度，當夾緊葉根時，用於叉型葉根的左夾體和用於叉型葉根的右夾體的底部留有2mm的間隙。

所述三個右夾體上的沉頭槽長20mm，三個右夾體在夾具體長度方向有20mm的行程。

所述內六角螺栓既可作為三個右夾體的導軌，也可以夾緊右夾體。

所述夾具體底面設有連接法蘭，用於連接機械手。所述連接法蘭與夾具體通過六角螺栓連接。

所述夾具體的對光器由萬向節和對光板組成。所述對光板的兩個垂直面上分別開有兩個圓孔，萬向節的角度根據不同的葉片通過計算得出，保證對光板上的兩個圓孔連成的直線垂直於葉片邊緣面。所述萬向節角度確定並擺正後，通過焊接固定住萬向節的轉向，使其轉角不會產生偏轉，所述萬向節、對光板和左夾體之間各通過螺絲連接，且均完全定位；本發明專利有三種夾具體故有三個轉角不同的對光器。

所述內六角螺栓、六角螺栓、螺旋夾緊機構均採用三角形粗牙螺紋，螺紋升角≤26°。

所述夾具體、用於樅樹型葉根的左夾體、用於樅樹型葉根的右夾體、內六角螺栓、六角螺栓、螺旋夾緊機構、墊片連接法蘭、用於外包凸肩雙T型葉根的左夾體、用於外包凸肩雙T型葉根的右夾體、用於叉型葉根的左夾體、用於叉型葉根的右夾體、對光器均採用不鏽鋼材料。

本發明所述的雷射衝擊強化汽輪機葉片夾具的對光原理如下：

雷射器發出雷射的方向是固定的，因此通過調節機械手帶動夾具體運動，使與雷射路徑重合的指示光穿過對光器的對光板上的兩個圓孔落在葉片邊緣的第一個衝擊點上，由於該兩孔連成的直線垂直於汽輪機葉片的邊緣面，因此指示光或雷射垂直於汽輪機葉片邊緣面。

雷射衝擊強化汽輪機葉片的初始位置度及垂直度由對光器保證，雷射衝擊強化汽輪機葉片其餘各點的位置度以及垂直度由CAM程序保證。

本發明的增益效果：

1.本發明結構簡單，便於裝夾操作，提高了雷射衝擊強化汽輪機葉片的效率。

2.本發明可以保證雷射垂直衝擊汽輪機葉片的表面，且汽輪機葉片在夾具體上完全定位，本發明提高了雷射衝擊強化汽輪機葉片的精度。

4.本發明採用組合式設計，一個夾具體可以滿足不同葉根的定位夾緊，具有一定程度的柔性。

5.本發明夾緊葉根時不直接接觸葉片的工作區域，方便對葉片進行後續的雷射衝擊強化處理。

6.本發明的夾緊區域大部分為葉根葉槽的形狀，因此加工時可直接用葉槽銑刀加工，生產成本不高。

附圖說明

圖1為適用於樅樹型葉根的夾具裝夾葉片的三維結構示意圖。

圖2為適用於外包凸肩雙T型葉根的夾具裝夾葉片的三維結構示意圖。

圖3為適用於叉型葉根的夾具裝夾葉片的三維結構示意圖。

圖4為適用於樅樹型葉根的夾具裝夾葉片時的剖視圖(去除對光器)。

圖5為適用於外包凸肩雙T型葉根的夾具裝夾葉片時的剖視圖(去除對光器)。

圖6為適用於叉型葉根葉片的夾具的三維結構示意圖。

圖7為適用於外包凸肩雙T型葉根的夾具體的三維結構示意圖。

圖8為對光器的三維結構示意圖。

圖9為樅樹型葉根的三維結構示意圖。

圖10為外包凸肩雙T型葉根的三維結構示意圖。

圖11為叉型葉根的三維結構示意圖。

其中，1為夾具體，2為用於樅樹型葉根的左夾體、3為用於樅樹型葉根的右夾體、4為內六角螺栓、5為六角螺栓、6為小六角螺栓、7為螺旋夾緊機構、8為防松墊片、9為連接法蘭。10為用於外包凸肩雙T型葉根的左夾體、11為用於外包凸肩雙T型葉根的右夾體、12為用於叉型葉根的左夾體、13為用於叉型葉根的右夾體、14為樅樹型葉根葉片、15為外包凸肩雙T型葉根葉片、16為叉型葉根葉片、17為對光器、18為指示光或雷射、A為用於外包凸肩雙T型葉根的右夾體與葉根外包處的水平接觸面、B為用於樅樹型葉根的定位銷、C為用於叉型葉根的定位銷、D為萬向節、E為對光板、F為圓孔。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明作進一步詳述，但本發明的保護範圍並不僅限於此。

如圖所示，本發明包括夾具體1、用於樅樹型葉根的左夾體2、用於樅樹型葉根的右夾體3、內六角螺栓4、螺旋夾緊機構7、連接法蘭9、用於外包凸肩雙T型葉根的左夾體10、用於外包凸肩雙T型葉根的右夾體11、用於叉型葉根的左夾體12、用於叉型葉根的右夾體13、對光器17。

在三個左夾體2、10、12夾緊面的對面均布有螺紋孔，六角螺栓5穿過夾具體1的左壁夾緊左夾體1。三個左夾體2、10、12與六角螺栓5之間還設有防松墊片8。三個右夾體3、11、13頂面上均布有沉頭槽，內六角螺栓4向下依次穿過防松墊片8和沉頭槽，固定右夾體3、11、13和夾具體1。當未夾緊葉根14、15、16時，右夾體3、11、13在夾具體長度方向上可以移動。在夾具體1的右壁上開有兩個螺紋孔，與螺栓配合形成螺旋夾緊機構7。當夾緊葉根14、15、16時，螺旋夾緊機構7向前頂住右夾體3、11、13的背面，右夾體3、11、13的正面是夾緊區域，與葉根14、15、16相接觸，旋緊內六角螺栓4，因此右夾體3、11、13的六個自由度被完全限制。

本發明所述的雷射衝擊強化汽輪機葉片夾具的安裝步驟如下：

(1)用普通外六角將連接法蘭9固定在夾具體1上。

(2)根據葉根的型號選擇相應的左夾體，用普通外六角扳手將六角螺栓5穿過夾具體1的左壁固定住左夾體。將對光器17通過螺絲安裝在左夾體上。

(3)根據葉根的型號選擇相應的右夾體，將右夾體的沉頭槽對準夾具體1的螺紋孔，用普通內六角扳手將內六角螺栓4穿過右夾體旋入夾具體1，但不要旋緊，保證右夾體在夾具體1長度方向可以移動。

(4)用左夾體定位葉根。若葉根為樅樹型葉根14則將葉根底部的缺口對準定位銷，將葉根嵌入左夾體中，若葉根為外包凸肩雙T型葉根15則從夾具體1寬度方向上將葉根插入左夾體中，若葉根為叉型葉根則將葉根中間的缺口對準左夾體的定位銷，將葉根嵌入左夾體中。

(5)用普通外六角扳手旋動螺旋夾緊機構7，使右夾體夾緊葉根。

(6)用普通內六角扳手將內六角螺栓4旋緊，固定住右夾體，完成裝夾。

本發明所述的雷射衝擊強化汽輪機葉片夾具的對光以及使用步驟如下：

(1)把夾具裝夾葉片的三維模型導入Mastercam中編寫CAM程序，使雷射能夠垂直衝擊葉片邊緣面。

(2)在Mastercam中的Robotmaster模塊進行夾具軌跡模擬，確保夾具與機械手以及周圍設備沒有幹涉，模擬無誤後將CAM程序拷貝到機械手的示教器中。

(3)雷射器發出雷射的方向是固定的，因此通過示教器調節機械手帶動夾具體移動，使與雷射路徑重合的指示光穿過對光器17對光板上的兩個圓孔落在葉片邊緣的第一個衝擊點上，由於該兩孔連成的直線垂直於汽輪機葉片的邊緣面，指示光或雷射垂直於汽輪機葉片邊緣面。

(4)拆下對光器，防止對雷射產生幹涉。

(5)啟動程序，開始對葉片進行雷射衝擊強化。