[发明专利]应用于航空发动机预旋喷嘴内腔表面光整的磨粒流工装

说明书

本发明公开了一种应用于航空发动机预旋喷嘴内腔表面光整的磨粒流工装，用于解决现有航空发动机预旋喷嘴内腔表面抛光无工装的技术问题。技术方案是包括底座、密封垫、缸筒、盖板、内侧定位环、外侧定位环、型芯、压板和导流，所述底座、缸筒和盖板固连形成一个密闭空间。导流位于内侧定位环和外侧定位环之间，通过圆柱销将三者固定成整体。外侧定位环通过内六角圆柱头螺钉固定于底座上。型芯位于预旋喷嘴内腔，并通过内六角圆柱头螺钉固定于外侧定位环上，多个型芯周向组成一个整圆。压板位于预旋喷嘴上，等长双头螺柱将底座与压板紧固。导流提升了预旋喷嘴叶片抛光的均匀性；型芯提高了抛光的一致性；等长双头螺柱解决了预旋喷嘴震动的技术问题。

技术领域

本发明涉及一种工装，特别是涉及一种应用于航空发动机预旋喷嘴内腔表面光整的磨粒流工装。

背景技术

现代航空涡轮发动机的涡轮进口温度最高达到1800K甚至2000K，超过绝大多数金属材料的熔点，为了保证发动机的可靠工作，需要对高温部件进行冷却。涡轮转子叶片的冷却普遍使用预旋系统，预旋喷嘴是预旋系统的核心部件之一，其结构设计的合理性、内腔表面质量等因素极大影响涡轮叶片的耐久性和可靠性，进而影响航空发动机的推重比、耐久性、可靠性和整体性能。

预旋喷嘴结构复杂、尺寸较大、内腔封闭、具有薄壁、内流道、变截面、叶片等几何特征，制造难度较高，传统制造方式为分体式熔模铸造，受限于铸造工艺，预旋喷嘴在结构设计上做出了让步，采用壁厚加厚、分体设计等，降低了零件整体性能。而且铸造周期较长，产品合格率低于20％，造成人力物力大量浪费。

为提高零件合格率，新型预旋喷嘴可通过增材制造技术一体化成型。增材制造可以打破熔模铸造的局限，对零件进行结构优化设计，实现减重的目标和冷却性能的提升。增材制造预旋喷嘴机械性能优于铸件，抗拉强度以及屈服强度可达锻件标准，并且通过增材制造，预旋喷嘴可实现减重10％以上，缩短制造周期30％，尺寸精度及冶金合格率达到90％。但是增材制造预旋喷嘴表面质量较差、表面粗糙度通常在Ra6.3以上，严重影响涡轮叶片的冷却效果，极大限制了其在航空发动机上的使用。

增材制造预旋喷嘴为一体化成型，内腔狭小，空间扭曲、刀具可达性差，传统抛光方式只能实现外表面的表面光整，无法实现内腔的表面光整。而磨粒流抛光为柔性流体抛光，磨料可以随形流动，加工可达性好，适用于具有复杂内腔结构的预旋喷嘴的内腔表面光整。

预旋喷嘴内腔进出口面积相差几十倍，截面积较大的一侧抛光容易产生“欠抛”现象，截面积较小的一侧压力集中，容易产生“过抛”现象，整体抛光一致性很差。内腔截面积较小的一侧处分布着一圈叶片，叶片的尺寸精度、表面粗糙度要求严格，抛光过程中容易造成叶片进排气边等边缘结构被破坏，从而使零件报废；磨料在流过叶片排气边后，流道截面积突然变大，造成叶背侧剩余部分抛光效果变差，叶片抛光效果不均匀。因此有必要发明一种功能性工装实现预旋喷嘴内腔流场均匀性控制、叶片抛光一致性控制、进排气边保形控制，最终实现预旋喷嘴内腔异形曲面的高质高效光整加工，推动增材制造预旋喷嘴的在航空发动机上的工程化应用。

发明内容

为了克服现有航空发动机预旋喷嘴内腔表面抛光无工装的不足，本发明提供一种应用于航空发动机预旋喷嘴内腔表面光整的磨粒流工装。该工装包括底座、密封垫、缸筒、盖板、内侧定位环、外侧定位环、型芯、压板和导流，所述底座、缸筒和盖板固连形成一个密闭空间，作为抛光时磨料的工作空间。导流位于内侧定位环和外侧定位环之间，通过圆柱销将三者固定成整体。外侧定位环通过内六角圆柱头螺钉固定于底座上。型芯位于预旋喷嘴内腔，并通过内六角圆柱头螺钉固定于外侧定位环上，多个型芯周向组成一个整圆。压板位于预旋喷嘴上，等长双头螺柱将底座与压板紧固。导流避免了磨料对预旋喷嘴叶片的直接冲击，提升了预旋喷嘴叶片抛光的均匀性，型芯实现了预旋喷嘴内腔流场的均匀性，提高了抛光的一致性。等长双头螺柱将工装固定为一个整体解决了抛光过程中预旋喷嘴的震动问题。