CN114226102A - 一种叶片盘的喷涂夹持工装及工艺 - Google Patents

一种叶片盘的喷涂夹持工装及工艺 Download PDF

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Abstract

本发明属于航空发动机技术领域，更具体地，涉及一种叶片盘的喷涂夹持工装及工艺，喷涂夹持工装包括装夹工装以及喷涂工装，装夹工装包括环状的安装框以及沿安装框周向分布的多个顶杆，顶杆一端穿设于安装框上，另一端为抵接于叶片盘外周的自由端，喷涂工装包括第一底板以及一端连接于第一底板上的多个支撑杆，多个支撑杆沿周向分布于第一底板的一面且轴心线垂直于第一底板所在平面，支撑杆的另一端与安装框可拆卸连接。本发明能够稳定夹持叶片轮进行旋转喷涂，保证喷涂质量。

Description

一种叶片盘的喷涂夹持工装及工艺
技术领域
本发明属于航空发动机技术领域，更具体地，涉及一种叶片盘的喷涂夹持工装及工艺。
背景技术
随着航空发动机的发展不断壮大，对发动机的使用寿命要求越来越高，压气机的叶片盘作为发动机的核心零件，其表面的防腐性能要求日益提高。
由于在电化学防腐体系中铝比铁低，因此可以利用铝防止铁的腐蚀，目前主要在叶片盘底层以及面层进行无机铝喷涂，以提高叶片盘的防腐性能。然而无机铝涂层对外观、粗糙度、厚度有较高的要求，传统的手工喷涂存在喷涂效率低、质量稳定性差等问题，严重影响航空发动机的性能。因此，较多采用的是自动化喷涂工艺，然而，自动喷涂工艺中，如何对叶片盘进行装夹，使得叶片盘能够在旋转喷涂的过程中保持平稳，且装夹工装对喷涂面的遮蔽最小，从而在叶片盘上形成质量稳定的防腐涂层是亟待解决的问题。
中国专利CN104874509B公开的一种涡轮导向叶片自动化喷涂支撑保护夹具，其虽然可以夹持叶片进行涂层喷涂，但是这样的夹具不适用于叶片盘的夹持，且夹持时会对叶片造成过多的遮蔽，影响喷涂。
发明内容
本发明为克服上述现有技术中的至少一个缺陷，提供一种叶片盘的喷涂夹持工装及工艺，其可以夹持叶片盘并保证叶片盘平稳，夹持面以及遮蔽面较小，不会对叶片盘的喷涂造成影响。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
提供一种叶片盘的喷涂夹持工装，包括装夹工装以及喷涂工装，装夹工装包括环状的安装框以及沿安装框周向分布的多个顶杆，顶杆一端穿设于安装框上，另一端为用于抵接于叶片盘外周的自由端，顶杆的轴心线与安装框所在平面平行，喷涂工装包括第一底板以及一端连接于第一底板上的多个支撑杆，支撑杆的另一端与安装框可拆卸连接，多个支撑杆沿周向分布于第一底板的一面且轴心线垂直于第一底板所在平面。
本方案可应用于夹持航空发动机的叶片盘，叶片盘包括叶轮以及会周向分布于叶轮外周的叶片，使用时通过多个顶杆从各个方向抵接在叶轮外周，以将叶片盘紧紧夹持，保证叶片盘与安装框的连接稳定性，避免喷涂过程中叶片盘的旋转而从安装框中脱落，且顶杆直接抵接于叶轮不会对叶片盘造成损伤；另外，由于顶杆是沿安装框周向分布的，且安装框是连接在支撑杆上的，因此可以大幅度减小顶杆对叶片的遮蔽面积，从而提高喷涂效率。
作为进一步改进的结构形式，上述的顶杆靠近安装框圆心的自由端设置有用于对叶片盘进行周向限位的限位结构，限位结构远离顶杆的一侧设置有用于抵接于叶片盘的半圆柱形凹陷，半圆柱凹陷的回转中心线与安装框的轴心线平行。
作为进一步改进的结构形式，上述的安装框设置有轴心线沿其径向的螺纹孔，顶杆设置有外螺纹，顶杆贯穿螺纹孔并与其螺纹连接。
作为进一步改进的结构形式，上述的顶杆的轴心线与安装框的径线重合，且顶杆沿安装框周向均匀分布。
作为进一步改进的结构形式，还包括用于对叶片盘定心的定位治具，定位治具可与安装框可拆卸连接。
作为进一步改进的结构形式，上述的定位治具包括第二底板、设置在第二底板上并可对叶片盘定心的芯轴以及周向分布于第二底板上的多个安装支杆，安装支杆的轴心线与第二底板所在平面垂直，安装支杆还可与安装框可拆卸连接，芯轴的轴心线与安装框的轴心线重合，使用时芯轴可***叶轮内圈并紧密配合。
还提供一种应用上述喷涂夹持工装的喷涂工艺，包括以下步骤：
S1：对非喷涂区域以及叶轮内圈进行遮蔽保护；
S2：将多个顶杆***安装框并抵接于叶片盘的叶轮外周，使得多个顶杆将叶片盘夹持，并将安装框与第一底板上的支撑杆连接；
S3：由叶片盘的上方朝下对叶片盘的叶片以及流道进行喷涂；
S4：将安装框以及叶片盘整体翻转，再安装在支撑杆上，由叶片盘的上方朝下再次对叶片盘的叶片以及流道进行喷涂，以在叶片及流道表面形成第一涂层；
S5：将喷涂夹持工装与叶片盘整体放入固化炉中持续第一设定时间，对第一涂层进行固化，然后整体取出；
S6：将安装框从支撑杆上拆卸，将叶片盘从安装框上拆卸，对叶片以及流道进行遮蔽保护，然后重复步骤S2；
S7：由叶片盘的上方朝下对叶轮内圈以及叶轮端面进行热喷涂，然后将安装框以及叶片盘整体翻转，再安装在支撑杆上，由叶片盘的上方朝下再次对叶片盘的叶轮内圈以及叶轮端面进行热喷涂，以在叶轮内圈以及叶轮端面形成第二涂层；
S8：将喷涂夹持工装与叶片盘整体放入固化炉中持续第二设定时间，对第二涂层进行固化，然后整体取出，得到喷涂完成的叶片盘。
优选地，上述的步骤S2中将多个顶杆***安装框并抵接于叶片盘的叶轮外周之前，还包括以下步骤：将定位治具与安装框连接；将叶片盘与定位治具上的芯轴紧密插接；步骤S2中将多个顶杆***安装框并抵接于叶片盘的叶轮外周之后，还包括以下步骤：将定位治具从安装框以及叶轮内圈中拆卸。
优选地，在步骤S2开始之前，对叶片以及流道进行吹砂。
与现有技术相比，有益效果是：
本发明中一方面喷涂夹持工装可以对叶片盘进行稳定的夹持，保证旋转喷涂过程中叶片盘能够稳定转动而不会从夹持喷涂夹持工装中脱落或产生滑移，以保证在叶片盘上形成较为均匀的涂层，从而提高叶片盘表面涂层的质量；另一方面，喷涂工艺中利用装夹工装将叶片盘夹紧，先从叶片盘的一端喷涂，再将装夹工装以及叶片盘整体翻转，再次喷涂，以在叶片及流道形成第一涂层，之后再对叶轮内圈以及端面进行热喷涂，以保证叶轮内圈以及叶轮端面涂层的耐磨性能，避免在使用过程涂层因摩擦而磨损，从而保证叶轮的寿命。
附图说明
图1是本发明实施例1叶片盘的喷涂夹持工装的正装分解图；
图2是本发明实施例1叶片盘的喷涂夹持工装的反装分解图；
图3是本发明实施例1叶片盘的喷涂夹持工装的喷涂工装的结构示意图；
图4是本发明实施例1叶片盘的喷涂夹持工装的装夹工装、定位治具与叶片轮的连接示意图；
图5是本发明实施例1叶片盘的喷涂夹持工装的定位治具的整体结构示意图；
图6是本发明实施例1叶片盘的喷涂夹持工装的叶片轮与装夹工装的连接示意图；
图7是本发明实施例1叶片盘的喷涂夹持工装的顶杆结构示意图；
图8是本发明实施例2喷涂工艺的流程框图。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
实施例1：
如图1至图7所示为一种叶片盘的喷涂夹持工装，包括装夹工装200以及喷涂工装300，装夹工装200包括闭合环状的安装框201以及沿安装框201周向分布的三个顶杆202，使用时，叶片盘100设置于安装框201内侧，顶杆202一端穿设于安装框201上，另一端为抵接于叶轮101外周的自由端，喷涂工装300包括第一底板301以及一端连接于第一底板301上的三个支撑杆302，三个支撑杆302周向分布于第一底板301的一面且轴心线垂直于第一底板301所在平面，支撑杆302的另一端与安装框201可拆卸连接。
其中，安装框201设置有沿其轴向贯穿的限位孔，支撑杆302的另一端***限位孔中与安装框201插接。
需要说明的是，本方案中顶杆202以及支撑杆302的数量为三个仅为参考，不能理解为对本方案的限定，具体实施过程中当然可以根据需要增减顶杆202的数量；优选地，支撑杆302周向均匀分布。
如图1至图3所示，另外，本实施例中的喷涂工装300还包括两个与第一底板301平行设置的限位板，支撑杆302穿设在限位板中，以加强支撑杆302的稳定性。
如图4、图7所示，本实施例中的顶杆202靠近安装框201圆心的一端设置有用于对叶片盘100进行周向限位的限位结构2021，限位结构2021远离顶杆202的一侧设置有用于抵接于叶轮101外周的半圆柱形凹陷2022，半圆柱凹陷2022的回转中心线用于安装框201的轴心线平行。具体地，半圆柱形凹陷2022与叶轮101外周形状相匹配，从而半圆柱形凹陷2022紧贴在叶轮101外周，可增大限位结构2021与叶轮101的接触面积，增大限位结构2021与叶轮101之间的摩擦力，在受到顶杆202沿安装框201径向压力时可对叶轮101进行更好的径向限位，且还能对叶轮101进行周向的限位，避免装夹工装200带动叶片盘100进行转动时，叶片盘100与装夹工装200发生相对转动，从而保证叶片盘100各个位置的喷涂厚度得到有效控制。
如图4、图7所示，本实施例中的安装框201设置有轴心线沿其径向的螺纹孔2011，顶杆202设置有外螺纹2023，顶杆202贯穿螺纹孔2011并与其螺纹连接，顶杆202远离安装框201圆心的一端伸出螺纹孔2011并设置有转动手柄，以更加省力地转动顶杆202。这样可以通过转动顶杆202而带动顶杆202在安装框201所在的平面移动，从而调节限位结构2021与叶轮101外周的间隙，方便叶轮101的安装，同时还能根据需要调节限位结构2021对叶轮101的压力，以适应各种规格的叶轮101。
为了保证叶片盘100能够稳定旋转，本实施例中的顶杆202的轴心线与安装框201的径线重合，且顶杆202沿安装框201周向均匀分布，这样顶杆202在夹持叶片盘100时，可以使得叶片盘100各方向受力均匀，通过装夹工装200带动叶片盘100转动时，叶片盘100不会轻易晃动。
本实施例中的叶轮101包括沿轴向分布的上圈1011和下圈1012，上圈1011的宽度大于下圈1012的宽度，叶片102安装在上圈1011与下圈1012之间，限位结构2021抵接于上圈1011的外周。以保证限位结构2021与叶轮101具有足够的接触面积，保证夹持力，使得装夹工装200能够稳定夹持叶片盘100。其中，上圈1011远离喷涂工装300时为正装(参见图1)，上圈1011靠近喷涂工装300时为反装(参见图2)。
如图4、图5所示，本实施例中还包括用于对叶片盘100定心的定位治具400，定位治具400可与安装框201以及叶轮101可拆卸连接。具体地，定位治具400包括第二底板401、设置在第二底板401上的芯轴402以及周向均匀分布于第二底板401上的三个安装支杆403，使用时芯轴402可***叶轮101内圈并紧密配合以对叶片盘100定心，安装支杆403的轴心线与第二底板401所在平面垂直，安装支杆403还可与安装框201可拆卸连接，芯轴402的轴心线与安装框201的轴心线重合，在安装叶片盘100时，利用定位治具400的芯轴402对叶轮101进行径向限位，且定位治具400通过安装支杆403与安装框201进行连接，可以依次将三个顶杆202旋转抵接在叶轮101外周，此时，叶轮101以及安装框201不会在抵接的过程中发生位移，从而保证顶杆202对叶片盘100的稳定夹持。值得注意的是，本方案中安装支杆403的数量仅为参考，不能理解为对本方案的限定，具体实施时可根据需要进行增减。
本实施例中通过多个顶杆202从各个方向抵接在叶轮101外周，以将叶轮101紧紧夹持，以保证叶片盘100与安装框201的连接稳定性，避免喷涂过程中叶片盘100的旋转而从安装框201中脱落，且顶杆202直接抵接于叶轮101不会对叶片盘100造成损伤；另外，由于顶杆202是沿安装框201周向分布的，且安装框201是连接在支撑杆302上的，因此可以大幅度减小顶杆202对叶片102的遮蔽面积，从而提高喷涂效率。
实施例2
如图8所示为一种应用实施例1的叶片盘的喷涂工艺，包括以下步骤：
S1：对非喷涂区域以及叶轮101内圈进行遮蔽保护；具体地，利用胶带对上圈1011、下圈1012以及叶轮101内圈进行遮蔽保护；
S2：将叶片盘100正装(即上圈1011在上方，下圈1012在下方)放入安装框201内侧，将多个顶杆202***安装框201并抵接于叶片盘100的叶轮101外周，使得多个顶杆202将叶片盘100夹持，并将安装框201与第一底板301上的支撑杆302连接；
S3：由叶片盘100的上方朝下对叶片盘100的叶片102以及流道(相邻两个叶片102之间叶轮101的外周面)进行喷涂；
S4：将安装框201以及叶片盘100整体翻转，使得下圈1012在上方，上圈1011在下方，即叶片盘100反装，再安装在支撑杆302上，由叶片盘100的上方朝下再次对叶片盘100的叶片102以及流道进行喷涂，以在叶片102及流道表面形成第一涂层；
S5：将喷涂夹持工装与叶片盘100整体放入固化炉中持续第一设定时间，对第一涂层进行固化，然后整体取出；
S6：将安装框201从支撑杆302上拆卸，将叶片盘100从安装框201上拆卸，对叶片102以及流道进行遮蔽保护，然后重复步骤S2；
S7：由叶片盘100的上方朝下对叶轮101内圈以及叶轮101端面进行热喷涂，然后将安装框201以及叶片盘100整体翻转，再安装在支撑杆302上，由叶片盘100的上方朝下再次对叶片盘100的叶轮101内圈以及叶轮101端面进行热喷涂，以在叶轮101内圈以及叶轮101端面形成第二涂层；
S8：将喷涂夹持工装与叶片盘100整体放入固化炉中持续第二设定时间，对第二涂层进行固化，然后整体取出，得到喷涂完成的叶片盘100。
为了方便叶片盘100的装夹以及进一步保证叶片盘100与装夹工装200的同心度，避免叶片盘100在跟随装夹工装200转动的过程中发生晃动，本实施步骤S2中将多个顶杆202***安装框201并抵接于叶片盘100的叶轮101外周之前，还包括以下步骤：将定位治具400与安装框201连接；将叶片盘100与定位治具400上的芯轴402紧密插接；步骤S2中将多个顶杆202***安装框201并抵接于叶片盘100的叶轮101外周之后，还包括以下步骤：将定位治具400从安装框201以及叶轮101内圈中拆卸。
本实施例中在步骤S2开始之前，对叶片102以及流道进行吹砂，使得叶片102以及流道表面更加粗糙，以增大涂层在叶片102以及流道表面的附着面积，从而提高涂层的稳定性。
本实施例中利用装夹工装200将叶片盘100夹紧，先从叶片盘100的一端喷涂，再将装夹工装200以及叶片盘100整体翻转，再次喷涂，以在叶片102及流道形成第一涂层，之后再对叶轮101内圈以及端面进行热喷涂，以保证叶轮101内圈以及叶轮101端面涂层的耐磨性能，避免在使用过程涂层因摩擦而磨损，从而保证叶轮101的寿命。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种叶片盘的喷涂夹持工装，其特征在于，包括装夹工装(200)以及喷涂工装(300)，所述装夹工装(200)包括环状的安装框(201)以及沿所述安装框(201)周向分布的多个顶杆(202)，所述顶杆(202)一端穿设于安装框(201)上，另一端为用于抵接于叶片盘外周的自由端，顶杆(202)的轴心线与安装框(201)所在平面平行，所述喷涂工装(300)包括第一底板(301)以及一端连接于第一底板(301)上的多个支撑杆(302)，支撑杆(302)的另一端与安装框(201)可拆卸连接，多个支撑杆(302)周向分布于第一底板(301)的一面且轴心线垂直于第一底板(301)所在平面。
2.根据权利要求1所述的一种叶片盘的喷涂夹持工装，其特征在于，所述顶杆(202)靠近所述安装框(201)圆心的自由端设置有用于对叶片盘进行周向限位的限位结构(2021)。
3.根据权利要求2所述的一种叶片盘的喷涂夹持工装，其特征在于，所述限位结构(2021)远离所述顶杆(202)的一侧设置有用于抵接于叶片盘的半圆柱形凹陷(2022)，所述半圆柱形凹陷(2022)的回转中心线与所述安装框(201)的轴心线平行。
4.根据权利要求2所述的一种叶片盘的喷涂夹持工装，其特征在于，所述安装框(201)设置有轴心线沿其径向的螺纹孔(2011)，所述顶杆(202)设置有外螺纹(2023)，所述顶杆(202)贯穿所述螺纹孔(2011)并与其螺纹连接。
5.根据权利要求4所述的一种叶片盘的喷涂夹持工装，其特征在于，所述顶杆(202)的轴心线与所述安装框(201)的径线重合，且顶杆(202)沿安装框(201)周向均匀分布。
6.根据权利要求1至5任一项所述的一种叶片盘的喷涂夹持工装，其特征在于，还包括用于对叶片盘定心的定位治具(400)，所述定位治具(400)可与所述安装框(201)可拆卸连接。
7.根据权利要求6所述的一种叶片盘的喷涂夹持工装，其特征在于，所述定位治具(400)包括第二底板(401)、设置在所述第二底板(401)上并可对叶片盘定心的芯轴(402)以及周向分布于第二底板(401)上的多个安装支杆(403)，所述安装支杆(403)的轴心线与所述第二底板(401)所在平面垂直，所述安装支杆(403)还可与所述安装框(201)可拆卸连接，所述芯轴(402)的轴心线与安装框(201)的轴心线重合。
8.一种应用权利要求1至7任一项所述叶片盘的喷涂夹持工装的喷涂工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S1：对非喷涂区域以及叶轮(101)内圈进行遮蔽保护；
S2：将多个顶杆(202)***安装框(201)并抵接于叶片盘(100)的叶轮(101)外周，使得多个顶杆(202)将叶片盘(100)夹持，并将安装框(201)与第一底板(301)上的支撑杆(302)连接；
S3：由叶片盘(100)的上方朝下对叶片盘(100)的叶片(102)以及流道进行喷涂；
S4：将安装框(201)以及叶片盘(100)整体翻转，再安装在支撑杆(302)上，由叶片盘(100)的上方朝下再次对叶片盘(100)的叶片(102)以及流道进行喷涂，以在叶片(102)及流道表面形成第一涂层；
S5：将喷涂夹持工装与叶片盘(100)整体放入固化炉中持续第一设定时间，对第一涂层进行固化，然后整体取出；
S6：将安装框(201)从支撑杆(302)上拆卸，将叶片盘(100)从安装框(201)上拆卸，对叶片(102)以及流道进行遮蔽保护，然后重复步骤S2；
S7：由叶片盘(100)的上方朝下对叶轮(101)内圈以及叶轮(101)端面进行热喷涂，然后将安装框(201)以及叶片盘(100)整体翻转，再安装在支撑杆(302)上，由叶片盘(100)的上方朝下再次对叶片盘(100)的叶轮(101)内圈以及叶轮(101)端面进行热喷涂，以在叶轮(101)内圈以及叶轮(101)端面形成第二涂层；
S8：将喷涂夹持工装与叶片盘(100)整体放入固化炉中持续第二设定时间，对第二涂层进行固化，然后整体取出，得到喷涂完成的叶片盘(100)。
9.根据权利要求要求8所述的喷涂工艺，其特征在于，步骤S2中将多个顶杆(202)***安装框(201)并抵接于叶片盘(100)的叶轮(101)外周之前，还包括以下步骤：将定位治具(400)与安装框(201)连接；将叶片盘(100)与定位治具(400)上的芯轴(402)紧密插接；步骤S2中将多个顶杆(202)***安装框(201)并抵接于叶片盘(100)的叶轮(101)外周之后，还包括以下步骤：将定位治具(400)从安装框(201)以及叶轮(101)内圈中拆卸。
10.根据权利要求8或9所述的喷涂工艺，其特征在于，在步骤S2开始之前，对叶片(102)以及流道进行吹砂。
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