[發明專利]一種風扇葉片的高溫漸進扭轉成形裝置及方法

有效

• 申請號: 202011617044.0
• 申請日: 2020-12-31
• 公開（公告）號: CN112845746B
• 公開（公告）日: 2022-04-22
• 發明（設計）人: 武永;范榮磊;陳明和;謝蘭生
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: B21D11/14
• 分類號: B21D11/14;B21D37/16;B21D53/78
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 陶得天

1.一種風扇葉片的高溫漸進扭轉成形裝置，其特征在于，所述高溫漸進扭轉成形裝置包括機床（18）、上扭轉組件、下扭轉組件以及底部扭轉組件；所述機床（18）中布置有加熱機構，所述加熱機構由滿足加熱溫度及加熱空間的裝置構成；所述機床（18）的中部開設有用于成形葉片（1）的空腔，所述空腔中固定連接有至少一處豎直設置的滑軌（17），所述機床（18）的底部設有與其連為一體的底座（16）；

所述底部扭轉組件包括依次固定相連接的活動夾頭（13）、定位裝置（14）以及下伺服電機（15），所述下伺服電機（15）固定連接在底座（16）的中心處，通過下伺服電機（15）驅動活動夾頭（13）轉動；

所述下扭轉組件包括下扭轉夾具（8）以及直線驅動機構，所述下扭轉夾具（8）位于活動夾頭（13）的上方、且與滑軌（17）滑動連接，所述直線驅動機構連接所述下扭轉夾具（8），通過直線驅動機構驅動下扭轉夾具（8）沿滑軌（17）做直線升降運動；

所述上扭轉組件包括上扭轉夾具（2）、拉桿（3）、升降驅動機構、旋轉驅動機構以及頂部支架（7），所述頂部支架（7）固定連接在機床（18）的頂部，所述旋轉驅動機構連接在頂部支架（7）中，所述升降驅動機構的頂端與旋轉驅動機構連接、且其底端伸入空腔中；所述上扭轉夾具（2）位于下扭轉夾具（8）的上方，所述拉桿（3）固定連接在上扭轉夾具（2）和升降驅動機構的底端之間，通過旋轉驅動機構驅動升降驅動機構以及上扭轉夾具（2）旋轉，并通過升降驅動機構驅動上扭轉夾具（2）做直線升降運動。

2.根據權利要求1所述的一種風扇葉片的高溫漸進扭轉成形裝置，其特征在于，所述活動夾頭（13）呈長條狀、且其中心點與下伺服電機（15）的軸心相交。

3.根據權利要求1所述的一種風扇葉片的高溫漸進扭轉成形裝置，其特征在于，所述直線驅動機構包括右多級推桿（9）、左多級推桿（10）、左液壓機（11）以及右液壓機（12），所述右多級推桿（9）、左多級推桿（10）分設于下扭轉夾具（8）的兩側，且二者均連接在下扭轉夾具（8）和底座（16）之間；所述左液壓機（11）、右液壓機（12）固定連接在底座（16）的兩側，通過左液壓機（11）、右液壓機（12）驅動左多級推桿（10）和右多級推桿（9）做同步的直線升降運動。

4.根據權利要求1所述的一種風扇葉片的高溫漸進扭轉成形裝置，其特征在于，所述旋轉驅動機構為上伺服電機（6），所述升降驅動機構包括多級活塞桿（4）和伸縮裝置（5），所述上伺服電機（6）豎直設置、且其殼體固定連接在頂部支架（7）中，所述伸縮裝置（5）可旋轉地穿設于機床（18）的上部、且其頂部與上伺服電機（6）的輸出軸固定相連，所述多級活塞桿（4）的頂端連接所述伸縮裝置（5）、且其底端伸入空腔中；

所述上伺服電機（6）、多級活塞桿（4）、伸縮裝置（5）三者同軸心，且三者的軸心與上扭轉夾具（2）的中心點相交。

5.根據權利要求4所述的一種風扇葉片的高溫漸進扭轉成形裝置，其特征在于，所述伸縮裝置（5）為液壓缸或氣缸。

6.根據權利要求1或4所述的一種風扇葉片的高溫漸進扭轉成形裝置，其特征在于，所述拉桿（3）具有兩個，兩所述拉桿（3）之間留有用于成形葉片（1）的空隙。

7.一種基于權利要求1所述的風扇葉片的高溫漸進扭轉成形裝置的成形方法，其特征在于，按以下步驟進行扭轉成形：

S1、建模：建立葉片的毛坯模型和零件模型；

S2、計算扭轉角度：將扭轉前后葉片的榫頭重合在一起，水平投影葉片葉尖處的輪廓曲線，分別提取兩條輪廓曲線的中心線，兩中心線的交點O即為扭轉中心，兩中心線的夾角α即為扭轉角度；

S3、加工設計：

S3.1、根據葉片的具體外形尺寸，計算葉身的扭轉角度分布，并設計上扭轉夾具、下扭轉夾具的截面形狀；

S3.2、采用有限元方法分別優化上扭轉夾具的位移-時間和扭轉角度-時間加載曲線、下扭轉夾具的位移-時間加載曲線以及活動夾頭的扭轉角度-時間加載曲線；

S4、加工前準備：

S4.1、對葉片表面進行預處理，包括噴涂高溫防氧化劑、噴砂或打磨，促進葉片扭轉變形均勻；

S4.2、將葉片榫頭固定在活動夾頭上；

S4.3、將上扭轉夾具、下扭轉夾具和葉片加熱至成形溫度并保溫；

S5、扭轉加工：根據優化的加載曲線，通過獨立控制上扭轉夾具、下扭轉夾具和活動夾頭的運動實現葉片漸進扭轉變形；

S6、冷卻：扭轉完成后停止加熱，待葉片冷卻后將其取出。