[发明专利]一种风扇叶片的高温渐进扭转成形装置及方法

权利要求书

1.一种风扇叶片的高温渐进扭转成形装置，其特征在于，所述高温渐进扭转成形装置包括机床（18）、上扭转组件、下扭转组件以及底部扭转组件；所述机床（18）中布置有加热机构，所述加热机构由满足加热温度及加热空间的装置构成；所述机床（18）的中部开设有用于成形叶片（1）的空腔，所述空腔中固定连接有至少一处竖直设置的滑轨（17），所述机床（18）的底部设有与其连为一体的底座（16）；

所述底部扭转组件包括依次固定相连接的活动夹头（13）、定位装置（14）以及下伺服电机（15），所述下伺服电机（15）固定连接在底座（16）的中心处，通过下伺服电机（15）驱动活动夹头（13）转动；

所述下扭转组件包括下扭转夹具（8）以及直线驱动机构，所述下扭转夹具（8）位于活动夹头（13）的上方、且与滑轨（17）滑动连接，所述直线驱动机构连接所述下扭转夹具（8），通过直线驱动机构驱动下扭转夹具（8）沿滑轨（17）做直线升降运动；

所述上扭转组件包括上扭转夹具（2）、拉杆（3）、升降驱动机构、旋转驱动机构以及顶部支架（7），所述顶部支架（7）固定连接在机床（18）的顶部，所述旋转驱动机构连接在顶部支架（7）中，所述升降驱动机构的顶端与旋转驱动机构连接、且其底端伸入空腔中；所述上扭转夹具（2）位于下扭转夹具（8）的上方，所述拉杆（3）固定连接在上扭转夹具（2）和升降驱动机构的底端之间，通过旋转驱动机构驱动升降驱动机构以及上扭转夹具（2）旋转，并通过升降驱动机构驱动上扭转夹具（2）做直线升降运动。

2.根据权利要求1所述的一种风扇叶片的高温渐进扭转成形装置，其特征在于，所述活动夹头（13）呈长条状、且其中心点与下伺服电机（15）的轴心相交。

3.根据权利要求1所述的一种风扇叶片的高温渐进扭转成形装置，其特征在于，所述直线驱动机构包括右多级推杆（9）、左多级推杆（10）、左液压机（11）以及右液压机（12），所述右多级推杆（9）、左多级推杆（10）分设于下扭转夹具（8）的两侧，且二者均连接在下扭转夹具（8）和底座（16）之间；所述左液压机（11）、右液压机（12）固定连接在底座（16）的两侧，通过左液压机（11）、右液压机（12）驱动左多级推杆（10）和右多级推杆（9）做同步的直线升降运动。

4.根据权利要求1所述的一种风扇叶片的高温渐进扭转成形装置，其特征在于，所述旋转驱动机构为上伺服电机（6），所述升降驱动机构包括多级活塞杆（4）和伸缩装置（5），所述上伺服电机（6）竖直设置、且其壳体固定连接在顶部支架（7）中，所述伸缩装置（5）可旋转地穿设于机床（18）的上部、且其顶部与上伺服电机（6）的输出轴固定相连，所述多级活塞杆（4）的顶端连接所述伸缩装置（5）、且其底端伸入空腔中；

所述上伺服电机（6）、多级活塞杆（4）、伸缩装置（5）三者同轴心，且三者的轴心与上扭转夹具（2）的中心点相交。

5.根据权利要求4所述的一种风扇叶片的高温渐进扭转成形装置，其特征在于，所述伸缩装置（5）为液压缸或气缸。

6.根据权利要求1或4所述的一种风扇叶片的高温渐进扭转成形装置，其特征在于，所述拉杆（3）具有两个，两所述拉杆（3）之间留有用于成形叶片（1）的空隙。

7.一种基于权利要求1所述的风扇叶片的高温渐进扭转成形装置的成形方法，其特征在于，按以下步骤进行扭转成形：

S1、建模：建立叶片的毛坯模型和零件模型；

S2、计算扭转角度：将扭转前后叶片的榫头重合在一起，水平投影叶片叶尖处的轮廓曲线，分别提取两条轮廓曲线的中心线，两中心线的交点O即为扭转中心，两中心线的夹角α即为扭转角度；

S3、加工设计：

S3.1、根据叶片的具体外形尺寸，计算叶身的扭转角度分布，并设计上扭转夹具、下扭转夹具的截面形状；

S3.2、采用有限元方法分别优化上扭转夹具的位移-时间和扭转角度-时间加载曲线、下扭转夹具的位移-时间加载曲线以及活动夹头的扭转角度-时间加载曲线；

S4、加工前准备：

S4.1、对叶片表面进行预处理，包括喷涂高温防氧化剂、喷砂或打磨，促进叶片扭转变形均匀；

S4.2、将叶片榫头固定在活动夹头上；

S4.3、将上扭转夹具、下扭转夹具和叶片加热至成形温度并保温；

S5、扭转加工：根据优化的加载曲线，通过独立控制上扭转夹具、下扭转夹具和活动夹头的运动实现叶片渐进扭转变形；

S6、冷却：扭转完成后停止加热，待叶片冷却后将其取出。