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发动机叶片抛喷丸强化装置结构设计

2018-06-21 17:16:47 青岛鼎铸重工机械有限公司 阅读

 发动机叶片抛喷丸机强化装置根据弹丸的干湿状态可分为干式抛喷丸机强化装置和湿式抛喷丸机强化装置。干式抛喷丸机强化装置的弹丸速度可达到较高的值,抛喷丸机后工件的效果较好,湿式抛喷丸机强化装置的弹丸速度相对较低,适用于抛喷丸机强度要求低的场合,湿式抛喷丸机强化装置几乎无粉尘,较为环保。对于发动机叶片抛喷丸机需达到较高的抛喷丸机速度,以保证抛喷丸机后的叶片的强度达到要求。本文中选用干式抛喷丸机装置,它由完成对叶片抛喷丸机的抛喷丸机强化部分和实现弹丸循环使用的丸料回收部分组成。本章根据叶片的特点对喷嘴夹具、叶片夹具进行了创新性设计。

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图 2.2  发动机叶片抛喷丸强化装置二维图


  图 2.1 中抛喷丸室 1 中装有旋转的抛喷丸工作台 2,

2 由电机带动其转动,在 2 中有四个可夹紧叶片的夹具 3,3 可同时完成 8 个叶片的夹紧工作,喷嘴夹具 4 在抛喷丸中可根据叶片抛喷丸的位置进行调整,保证丸料从不同角度对叶片喷打,斗式提升机 5 可将喷出的弹丸提升到一定的高度,提升的弹丸进入分离器 6,6 分离出清洁的弹丸的同时还可起到净化空气的作用,在分离器中不完整的丸料和废屑被排入废料桶,符合要求的弹丸被送入抛喷丸压力罐 7,7 可保证丸料的连续喷射。抛喷丸强化装置二维装配图(不包括地基)如图 2.2。

  由于发动机叶片种类繁多,压气机叶片工作中较易损坏,因此本课题选用发动机叶片中的压气机叶片作为喷射对象。发动机叶片抛喷丸强化装置的抛喷丸过程为:根据压气机叶片抛喷丸强化质量要求工艺参数,选用 0.3mm 的钢丸,喷嘴到叶片的距离为 80mm,为了保证弹丸速度,工作压力设为 0.5mpa。打开流量控制阀,弹丸在压缩空气的作用下进入喷嘴,经喷嘴喷出的弹丸喷打在叶片上,喷打出的弹丸落入抛喷丸室的集料口,斗式提升机将集料口的弹丸提升到一定高度送入分离器中,不完整的丸料和废屑被排入废料桶,符合要求的弹丸进入喷丸压力罐,保证弹丸的循环使用。 

  发动机叶片喷丸强化装置整体结构框图如图 2.3 所示。喷嘴、工作台、提升机构中带轮传动部分为发动机叶片喷丸强化装置的关键部件,它们直接影响喷丸后叶片的质量、喷丸效率和企业生产成本。为了提高喷丸后叶片的喷丸效果和喷丸效率,降低企业生产成本,需对关键部件结构优化。

图 2.3 抛喷丸强化装置结构框图

图 2.3 抛喷丸强化装置结构框图 

1、抛喷打部分的设计:

  抛喷丸强化部分由抛喷丸室、工作台、工件夹具、喷嘴构成。其工作原理为:丸料通过流量控制阀的流量控制与压缩空气混合,由丸料输送管运至喷嘴,最后弹丸由喷嘴喷出喷打在零件的表面[5]。抛喷丸强化室为发动机叶片抛喷丸强化提供了空间,其尺寸的大小由工件的尺寸、形状等因素决定。工作台及夹具作用是放置和夹紧叶片,以便更好的完成叶片的抛喷丸。工作台和喷嘴是抛喷丸强化部分中最为重要的部件,它们影响着抛喷丸后的叶片的表面质量。

2、抛喷丸强化室 :

  抛喷丸室主要作用是防护和隔离。在抛喷丸强化作业时,一方面产生的大量粉尘若不能有效的与外界隔离会造成环境污染;另一方面高速飞行的弹丸若不能及时的与外界隔离会危及人身安全。抛喷丸室的设计还可有效地降低噪声,大大改善了工人的工作环境。发动机叶片抛喷丸室(图 2.4)尺寸为 1800mm×1800mm×1400mm,其主要结构为室体钢板、内防护板、盖板、抛喷丸室大门、喷枪、抛喷丸室支撑及密封垫。本抛喷丸室内部设有防护板,主要是为防止高速飞行的弹丸喷打在室体上,造成室体的损坏。抛喷丸室的底部为锥形的集料口,有利于收集抛喷丸后的弹丸,方便回收利用。抛喷丸室的侧面设有观察窗口,以便及时观察抛喷丸室内的状况。由于本抛喷丸室有丸料回收部分,需要设有专门的抛喷丸室支撑。抛喷丸室的正面设有大门(图 2.4 未画出),方便工件的进出。

图 2.4  抛喷丸室

图 2.4  抛喷丸室 

3、抛喷嘴和喷嘴夹具:

  喷嘴在抛喷丸装置中,占有十分重要的地位。选择合适的喷嘴不仅可以得到最佳的抛喷丸效果还可降低压缩空气的使用量,达到提高抛喷丸效率,降低抛喷丸成本的目的。对发动机叶片抛喷丸时,抛喷丸后叶片的质量主要由喷嘴的类型和喷嘴的结构决定,不同类型的喷嘴结构决定了丸料的出口速度及使用的压缩空气量。根据发动机叶片的特点通常使用直筒型喷嘴和扩散型喷嘴,如图2.5和图2.6。扩散型喷嘴的结构为先平直后扩散,可保证弹丸在喷嘴出口分布均匀;直筒型喷嘴的结构为先收缩后平直,这种喷嘴喷射的弹丸较为集中,适合小面积的抛喷丸作业。

图 2.5 扩散型喷嘴                                        图 2.6  直筒型喷嘴


图 2.5 扩散型喷嘴                                        图 2.6  直筒型喷嘴 

  喷嘴的夹具按运动情况可分为固定式和移动式和转动式三种。固定式和移动式的夹具主要用于外形简单的零件的喷丸工作,转动式夹具主要用于外形复杂的曲面零件的喷丸工作。根据发动机叶片的特点,喷嘴夹具设计成转动式的,如图 2.7。 该喷嘴夹具可同时夹持 12 个喷嘴,喷嘴之间的距离较小,保证了叶片的覆盖率和多角度喷丸,夹具中装有喷嘴的零件可根据叶片的形状绕轴转动。实现了叶片的多角度、全方面喷丸强化效果。 

图 2.7  喷嘴夹具

图 2.7  喷嘴夹具 

4、喷丸工作台及夹具:

  工作台在抛喷丸强化装置中起着至关重要的作用,工作台的设计会直接影响叶片抛喷丸后叶片的质量。抛喷丸工作台(图 2.8)主要由工作面、滚珠、上下底盘、轴承、轴承座、密封圈、传动轴、轴承座支撑、工作台底座、电机、防护罩及工作台底座组成。工作原理为电机的旋转带动滚珠在滚道内转动,使与其接触的工作面转动。工作台轴承座设有专门的支撑,工作台的底部有专门的防护罩,可以保护内部零部件免受粉尘的污染。为了减少工作台底座的体积及制造费用,工作台底座设计成转盘的形式。

图 2.8  发动机叶片抛喷丸强化装置工作台

图 2.8  发动机叶片抛喷丸强化装置工作台 

  它叶片夹具主要包括底座、旋转体、电机、滑块、夹紧件、导向轴等。为了实现叶片根部的抛喷丸,这种夹具为直接夹紧叶片榫头的两侧,保证了叶片的多角度抛喷丸强化;为了保证夹紧的效果,在夹具的顶部设有带有螺纹的下压件。叶片放入夹紧槽后移动滑块在控制器的作用下,夹紧叶片榫头两侧面。本夹具可同时完成 8 个叶片的装夹,大大节省了装夹时间,降低了劳动成本。图 2.9 是夹具和工作台的装配图。

图 2.9 工作台及夹具

图 2.9 工作台及夹具 

5、抛喷丸压力罐:

  抛喷丸压力罐可有效的保证丸料的连续喷射,目前国内该部分技术比较成熟,为了充分利用现有资源,通常企业会将抛喷丸压力罐作为外购件。抛喷丸压力罐主要由两部分构成,一是提供压缩空气的压缩机,二是丸料储存罐和发射机构。为了便于调节喷射时弹丸的速度,应保证空气压缩机能调节气压。喷射时弹丸的速度取决于压缩机提供压强的大小,压强越大弹丸的速度就越大。

6、丸料回收部分的设计:

  丸料回收部分主要包括提升机构和分离器。其工作原理为喷嘴喷射出的丸料混合物经抛喷丸室集料口流入提升机构进料口,提升机构将丸料混合物提升到一定高度送入分离器,分离器利用重力风选原理将完整的弹丸与金属氧化皮碎片、破碎弹丸及粉尘有效分离,大颗粒废料从分离器丸料溢流口流出,细小丸料、粉尘从废料出口流出,清洁完整的弹丸进入抛喷丸压力罐循环使用  [6]。丸料回收的流程图如图 2.10 所示。

图 2.10  丸料回收流程图

图 2.10  丸料回收流程图 

7、提升机构:

  提升机构是丸料回收中的重要组成部分之一。由于斗式提升机制造简单,工作效率高,所以本装置中用其作为提升机构。斗式提升机主要部件有壳体、角钢法兰、提升螺杆,带座轴承、带、带轮、摆线针轮减速机、减速机座。为防止传动中带与带轮之间因松动发生打滑现象,斗式提升机中配有专门的张紧机构。通过拧动调节螺母,调节张紧丝杆可对提升带进行张紧,以保证带轮与带之间有足够的摩擦力。本装置中的张紧为上提式张紧,相比上推式张紧操作简单。为便于斗式提升机的安装及维修,角钢框架与壳体之间用螺栓连接。图 2.11 中的(a)为提升机构的主视图,(b)为提升机构的剖视图。提升机构属于回收部分,其目的为降低企业生产成本、提高企业收益,因此对提升机构的优化研究越来越多。

图 2.11  斗式提升机

图 2.11  斗式提升机 

8、分离器:

  抛喷丸强化过程中,丸料分离是一个十分重要的环节。如果分离效果不好,将影响强化工作的效率,并且还会使易磨损件的寿命降低,周围环境的粉尘浓度增加。分离器分为风选和磁选两种。由于风选分离器的结构简单,安装、使用、维修方便,本装置中选用风选分离器,如图 2.12。风选分离器主要由螺旋输送器、分选区、丸料仓三部分组成。风选分离器工作原理是:经提升机提升的丸料混合物进入分离器,丸料混合物沿分离器全长均匀分布,组成仿佛瀑布一样的丸料流幕,除尘风机经由分离器的风口抽风,利用重力风选原理,将流幕中的弹丸与金属氧化皮碎片、破碎弹丸及粉尘有效分离,大颗粒废料从分离器丸料溢流口流出,细小丸料、粉尘从废料出口流出,清洁完整的弹丸进入丸料仓以备循环使用[28]。

图 2.12  分离器

图 2.12  分离器 

本章小结:

  发动机叶片种类繁多,本文选择了发动机叶片中具有代表性特征的压气机叶片为抛喷丸对象。根据压气机叶片结构特点,使用 solid  works 软件建立了发动机叶片抛喷丸强化装置的三维模型,同时运用 auto cad 软件建立了发动机叶片抛喷丸强化装置的二维模型。 依据叶片抛喷丸后质量指标、工艺参数要求和抛喷丸强化装置工作原理,分析了抛喷丸强化装置的工作过程。通过分析发动机抛喷丸强化装置的结构特点,确定了抛喷丸强化装置需优化的关键部件,同时重点对关键部件进行了结构设计。通过对喷嘴、喷嘴夹具、发动机叶片夹具、抛喷丸工作台、提升机构等的结构设计,实现了超薄复杂曲面叶片的装夹及叶片的多角度抛喷丸。


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