[發(fā)明專利]一種空心葉片電輔助分區(qū)拉扭成形裝置及成形方法

有效

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• 申請日: 2021-04-27
• 公開（公告）號: CN113290086B
• 公開（公告）日: 2022-06-17
• 發(fā)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: B21D5/04
• 分類號: B21D5/04;B21D37/10;B21D37/16
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 王慧穎

本發(fā)明公開了一種空心葉片電輔助分區(qū)拉扭成形裝置及成形方法，屬于材料加工工程領域，本發(fā)明的裝置包括彎曲組件、扭轉組件、進給組件及加熱組件；所述彎曲組件包括凸模和凹模；所述扭轉組件包括安裝在橫向導軌上的電機和扭轉夾具；所述進給組件包括伺服電機及滾珠絲桿等；所述加熱組件包括高頻脈沖電源以及與電源相連接的榫頭電極、葉尖電極和柔性電極等。本發(fā)明提出的空心葉片電輔助分區(qū)拉扭成形裝置及方法，根據(jù)空心葉片的結構特征，電輔助分區(qū)加熱，通過控制扭轉軸心位置、扭轉角度和軸向力匹配加載，實現(xiàn)空心葉片高精度、高質(zhì)量、高效率的柔性制造。

技術領域

本發(fā)明涉及材料加工工程領域，具體是一種空心葉片電輔助分區(qū)拉扭成形裝置及成形方法。

背景技術

寬弦空心風扇葉片是先進高推重比發(fā)動機的關鍵部件之一，具有重量輕、系統(tǒng)性減重、效率高、抗外物損傷能力強等優(yōu)點，能夠增加壓氣機的喘振裕度、提高發(fā)動機的推重比。為了具備較高的氣動性能，寬弦空心葉片的外形通常為復雜彎掠曲面，從葉尖到葉根為變截面結構，且曲面和空腔結構復雜，各截面輪廓和結構形式差異巨大，這些特征使得寬弦空心葉片的成形制造技術在我國始終沒有得到突破，嚴重阻礙了我國先進高性能航空發(fā)動機的發(fā)展。

現(xiàn)有空心葉片的成形技術為在高溫封閉爐內(nèi)通過扭轉夾具夾持葉片的榫頭和葉尖部位進行等溫扭轉成形。通過火焰或電阻絲對毛坯進行加熱，成形周期長，成形后葉片氧化嚴重。同時，空心葉片的型面復雜，空心和實心區(qū)域材料剛度不同，扭轉變形時空腔處面板局部集中變形，易產(chǎn)生表面凹陷缺陷，尺寸精度降低，甚至部分焊縫界面發(fā)生剪切變形，導致內(nèi)筋側移、傾斜并產(chǎn)生損傷，從而改變?nèi)~片質(zhì)心和共振頻率，降低疲勞等服役性能，嚴重影響葉片質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術中空心葉片制備方法中遇到的表面凹陷、尺寸精度差、剪切損傷等瓶頸問題，本發(fā)明提出了一種空心葉片電輔助分區(qū)拉扭成形裝置及方法，根據(jù)空心葉片的結構特征，采用脈沖電流分區(qū)加熱，通過控制扭轉軸心位置、扭轉角度和軸向應力匹配加載，實現(xiàn)空心葉片的高效率、高精度、高質(zhì)量和高自由度柔性制造。

本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的：

一種空心葉片電輔助分區(qū)拉扭成形裝置，所述的裝置包括彎曲組件、扭轉組件、進給組件、加熱組件；所述的扭轉組件置于進給組件的上方；

所述的彎曲組件包括上下設置的凸模、凹模；所述的扭轉組件包括扭轉夾具、扭轉伺服電機和電機座；所述的扭轉夾具夾持住葉片的葉尖部位，所述的扭轉夾具通過轉動軸與扭轉伺服電機相連；扭轉伺服電機固定在電機座上；所述的進給組件包括橫向導軌、滾珠絲桿、支撐座、進給伺服電機、聯(lián)軸器、螺母座和軸向導軌；所述的扭轉組件中的電機座在橫向導軌上橫向移動，并通過螺栓固定連接；所述的螺母座固定在橫向導軌下方，橫向導軌的兩側設置軸向導軌，所述的螺母座中間的軸向位置設置滾珠絲桿，且與滾珠絲桿螺紋連接；所述的滾珠絲杠通過聯(lián)軸器與進給伺服電機相連；通過螺母座帶動橫向導軌在軸向導軌上移動，進而為葉片提供軸向變形力。

進一步，所述的扭轉夾具與葉尖電極之間設置有絕緣墊片進行絕緣；所述絕緣墊片采用摩擦系數(shù)低且不導電的材料，具體包括陶瓷墊片、云母片。

進一步，所述的加熱組件包括大載流導線、高頻脈沖電源、固定支架及與脈沖電源相連接的四組電極；所述的四組電極分別為正榫頭電極、負榫頭電極、葉尖電極、第一組柔性電極、第二組柔性電極。

進一步，所述的正榫頭電極和負榫頭電極之間夾持葉片榫頭；所述的葉尖電極夾持葉片的葉尖區(qū)域；所述的第一組柔性電極、第二組柔性電極在葉片的上下表面相對設置。

進一步，所述的均包括覆板、絕緣彈簧和電極片；所述的電極片相互并聯(lián)，通過絕緣彈簧與覆板固定連接；電極片與葉片中的實心帶筋位置保持貼合狀態(tài)，電極片之間的縫隙對應著葉片中的空腔位置，以保證溫度的均勻性；所述的電極片為矩形、方形或圓形。