叶片组合专用工装元件结构研究与应用

陈亚莉 姜绍西 刘建伟

（中航工业沈阳黎明航空发动机（集团）有限责任公司，辽宁 沈阳 110043）

1 概述

在科学技术飞速发展、经济竞争日益激烈的今天，对叶片产品的生产周期和质量提出了更高要求，其中决定两方面因素的工装准备工作必须实现降低成本，提高生产效率，快速反应。特别是对于现代航空发动机制造企业，从叶片研制到批产，由于种类多、结构复杂，在叶片的生产工艺准备过程中，工装设计和制造占有很大的比重，所需人力、物力较多，准备周期也较长，对叶片的制造质量与生产费用产生重要的影响。特别是在新机叶片的生产工艺准备中，专用工装占了整个叶片工装数量的70%~80%，因此造成专用工装的设计、制造工作量大、周期长、成本高，严重影响新型号叶片的在研周期。

航空发动机叶片种类繁多，通过研究叶片拓扑结构发现叶片之间存在着大量结构类似，加工工艺接近，所以我们分析后得出的结论是工装结构设计、制造同样存在大量的重复性工作，如何解决大量专用工装的设计和制造问题，如何解决制约了叶片型号研制周期瓶颈问题，解决生产现场工装的存放、维护和管理造成巨大的压力成为我们关注的焦点。为了缓解这些矛盾，适应叶片向多型号、多品种方向发展，扩大组合工装在叶片工装使用上的范围，我们提出叶片组合专用工装元件设计与应用研究。

2 研究目标

实现叶片工装准备的快速反应，扩大组合工装在叶片加工使用上的范围和简化叶片组合工装结构，降低叶片工装成本，简而言之使叶片生产提速、精益、降本、增效。

3 叶片专用工装结构典型化分析与归纳

3.1 分析叶片的拓扑结构和机加工艺

航空发动机叶片分为压气机叶片和涡轮叶片，分析不同叶片的结构，归纳为异型截面的叶身、燕尾型或枞树型榫头以及上缘板和下缘板等结构。许多叶片拓扑结构具有相似性，区别之处是个别部位尺寸或角度不同，叶片结构决定叶片机加工艺接近，我们研究发现把类似的零件加工路线固化，为叶片工装模块化拼装和设计奠定可行性基础。

3.2 分析叶片专用工装结构

现有叶片专用工装结构采用工序内容一对一设计制造，通过对专用工装结构分析发现，工装设计空间角度多造成结构复杂设计难度大，设计制造周期长从而造成成本高，存储占用库房大量空间，这种生产模式适用发动机大批量生产，对于新机研制需要独辟蹊径，走出新路子。

3.3 典型叶片专用工装结构的归纳

为提高叶片工装设计与制造的快速反应，提高设计制造质量，适应我厂叶片新机研发生产需要，我们研究原有工装结构，进行归纳总结研究、筛选、分类，挑选出工装设计中常用到的典型工装结构和通用元件及典型组合单元，通过编制规范并加以命名、标注属性、分类，建库并完成两维、三维预览图，然后按照实例保存，为后续类似结构设计用或现场工装拼装选择通用单元体，提高设计速度和准确性提供数据支持，把工装设计制造向柔性化工装方向发展。

4 叶片组合工装在叶片工装使用情况上的分析

组合工装是在工艺装备典型化的基础上，发展成具有高度标准化、系列化的元件结构，它的基本特点是结构灵活、多样、组装快，准备周期短，元件能长期的重复循环使用，并且元件具有互换性和耐磨性。由于具有这些优点，组合工装在叶片车、铣、钻、磨、电加工中被广泛使用，随着叶片产品研制的多样性和生产周期紧迫性，组合夹具工装应用占现有我厂专用夹具工装中20%，有些已使用的组合工装还存在体积过大、过重，组合工装零组件多后组合工装强度不好等问题，制约组合工装在叶片加工中的应用，我厂组合工装应用率离先进企业组合工装应用率60%还差一定距离，为更好满足生产需要，降低成本，提高工装快反能力，我厂提出研发叶片组合工装专用元组件，扩大组合工装的在叶片工装的应用范围和组合工装质量。

5 叶片组合专用工装元件的研究设计

通过工装小组人员对叶片厂使用的专用工装和组合夹具工装进行归类、分析，并合组合夹具站人员、保证向阳厂组合夹具人员共同研究。现完成18种叶片工装与组合夹具配用的通用模块开发工作。我们称为叶片组合工装专用元组件，种类如下：叶片组合夹具专用元件已完成18种类元件的收集整理，完成18种类元件二维结构图，现与工具厂协商制造工作中。

（1）卧式辅助支撑机构；（2）导向叶片可调角度块；（3）转子叶片速夹头圆盘；（4）涡轮叶片夹头；（5）涡轮叶片转动截面定位块；（6）涡轮叶片压板组件；（7）车加工圆盘；（8）转子齿型模块；（9）立式辅助支撑机构；（10）辅助压紧机构；(11)涡轮叶片可旋转榫头定位压紧；(12)涡轮叶片叶冠侧面定位、辅助支撑压紧机构；（13）涡轮叶片叶冠下侧辅助支撑；（14）涡轮叶片叶身辅助支撑压紧；（15）叶身钢丝绳压紧；（16）导向安装板定位机构；（17）导向安装板压紧机构；（18）缓进磨床通用座。

6 叶片组合专用工装元件应用研究

通过我厂组合夹具站应用，此叶片组合专用工装元件适用80mm~200mm长的叶片，在小长度叶片上存在干涉现象，对一些叶片已前不能拼装的工装和复杂的组合工装通过应用组合专用工装元件参与到拼装中，使之能够拼装和结构变为简单，使叶片组合夹具应用率调高到30%，扩大了组合工装在叶片夹具上应用范围，随着组合专用工装元件的扩展、完善和操作工人熟练程度的提高，组合工装在叶片加工中能发挥更大的作用。

结语

研究表明，在工装典型结构中，能够实现特定功能，并且应用过程中拓扑结构相对固定的组合或单元体称为模块。我们需要筛选不同种类工装结构，找出常用的典型结构，进一步拆分单元体，按照模块定义找出能够称为模块的部分，经专家论证后作为模块结构。将这些模块归类、参数化建模，并制定模块分类和命名原则，按照工装专业建库，将参数化模块模型分类入库，添加属性和预览图。

利用模块设计工装结构的过程，与组合工装设计过程相似，如果模块库内容细致全面，将给设计工作带来很大方便。

工装模块化程度提高，亦给工装制造带来方便，如果工装制造部门预先准备部分模块元件，工装制造时，如果直接能够应用的省去制造时间，能够实现快速反应，节省成本。

对叶片工装中某些频繁重复使用的部件结构进行标准化和模块化进行设计制造是非常必要的，尤其在叶片组合专用工装元件上的开发能起到立见成效的结果，加速新产品的研发速度，降低生产准备成本，推动工装的设计、制造、管理向规范化、科学化方向发展。

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