[发明专利]一种空心叶片电辅助分区拉扭成形装置及成形方法

说明书

本发明公开了一种空心叶片电辅助分区拉扭成形装置及成形方法，属于材料加工工程领域，本发明的装置包括弯曲组件、扭转组件、进给组件及加热组件；所述弯曲组件包括凸模和凹模；所述扭转组件包括安装在横向导轨上的电机和扭转夹具；所述进给组件包括伺服电机及滚珠丝杆等；所述加热组件包括高频脉冲电源以及与电源相连接的榫头电极、叶尖电极和柔性电极等。本发明提出的空心叶片电辅助分区拉扭成形装置及方法，根据空心叶片的结构特征，电辅助分区加热，通过控制扭转轴心位置、扭转角度和轴向力匹配加载，实现空心叶片高精度、高质量、高效率的柔性制造。

技术领域

本发明涉及材料加工工程领域，具体是一种空心叶片电辅助分区拉扭成形装置及成形方法。

背景技术

宽弦空心风扇叶片是先进高推重比发动机的关键部件之一，具有重量轻、系统性减重、效率高、抗外物损伤能力强等优点，能够增加压气机的喘振裕度、提高发动机的推重比。为了具备较高的气动性能，宽弦空心叶片的外形通常为复杂弯掠曲面，从叶尖到叶根为变截面结构，且曲面和空腔结构复杂，各截面轮廓和结构形式差异巨大，这些特征使得宽弦空心叶片的成形制造技术在我国始终没有得到突破，严重阻碍了我国先进高性能航空发动机的发展。

现有空心叶片的成形技术为在高温封闭炉内通过扭转夹具夹持叶片的榫头和叶尖部位进行等温扭转成形。通过火焰或电阻丝对毛坯进行加热，成形周期长，成形后叶片氧化严重。同时，空心叶片的型面复杂，空心和实心区域材料刚度不同，扭转变形时空腔处面板局部集中变形，易产生表面凹陷缺陷，尺寸精度降低，甚至部分焊缝界面发生剪切变形，导致内筋侧移、倾斜并产生损伤，从而改变叶片质心和共振频率，降低疲劳等服役性能，严重影响叶片质量。

发明内容

针对现有技术中空心叶片制备方法中遇到的表面凹陷、尺寸精度差、剪切损伤等瓶颈问题，本发明提出了一种空心叶片电辅助分区拉扭成形装置及方法，根据空心叶片的结构特征，采用脉冲电流分区加热，通过控制扭转轴心位置、扭转角度和轴向应力匹配加载，实现空心叶片的高效率、高精度、高质量和高自由度柔性制造。

本发明是这样实现的：

一种空心叶片电辅助分区拉扭成形装置，所述的装置包括弯曲组件、扭转组件、进给组件、加热组件；所述的扭转组件置于进给组件的上方；

所述的弯曲组件包括上下设置的凸模、凹模；所述的扭转组件包括扭转夹具、扭转伺服电机和电机座；所述的扭转夹具夹持住叶片的叶尖部位，所述的扭转夹具通过转动轴与扭转伺服电机相连；扭转伺服电机固定在电机座上；所述的进给组件包括横向导轨、滚珠丝杆、支撑座、进给伺服电机、联轴器、螺母座和轴向导轨；所述的扭转组件中的电机座在横向导轨上横向移动，并通过螺栓固定连接；所述的螺母座固定在横向导轨下方，横向导轨的两侧设置轴向导轨，所述的螺母座中间的轴向位置设置滚珠丝杆，且与滚珠丝杆螺纹连接；所述的滚珠丝杠通过联轴器与进给伺服电机相连；通过螺母座带动横向导轨在轴向导轨上移动，进而为叶片提供轴向变形力。

进一步，所述的扭转夹具与叶尖电极之间设置有绝缘垫片进行绝缘；所述绝缘垫片采用摩擦系数低且不导电的材料，具体包括陶瓷垫片、云母片。

进一步，所述的加热组件包括大载流导线、高频脉冲电源、固定支架及与脉冲电源相连接的四组电极；所述的四组电极分别为正榫头电极、负榫头电极、叶尖电极、第一组柔性电极、第二组柔性电极。

进一步，所述的正榫头电极和负榫头电极之间夹持叶片榫头；所述的叶尖电极夹持叶片的叶尖区域；所述的第一组柔性电极、第二组柔性电极在叶片的上下表面相对设置。

进一步，所述的均包括覆板、绝缘弹簧和电极片；所述的电极片相互并联，通过绝缘弹簧与覆板固定连接；电极片与叶片中的实心带筋位置保持贴合状态，电极片之间的缝隙对应着叶片中的空腔位置，以保证温度的均匀性；所述的电极片为矩形、方形或圆形。