国产大飞机航空发动机异型曲面薄壁件柔性固持夹具

以国产大飞机航空发动机为研究背景，基于叶片薄壁件的加工特点，提出了一种适合叶片异型曲面薄壁件加工的柔性固持夹具。本文详细介绍了该系统的结构设计、加工工艺、工装夹具、加工质量等内容，旨在为今后进一步开展航空发动机叶片异型曲面薄壁件的柔性固持系统研究提供参考。

一、引言

随着国产大飞机发动机研制的不断深入，叶片薄壁件在航空发动机中的作用愈发重要。在航空发动机制造过程中，叶片薄壁件的加工质量对发动机性能有着至关重要的影响，如装配精度、疲劳寿命等。由于叶片薄壁件大多具有异形曲面结构，采用传统的刚性固持方式很难保证加工过程中的定位精度和稳定性。为提高叶片薄壁件的加工质量，需要通过研究和开发柔性固持系统来解决其固持问题。目前国内外对柔性固持系统的研究较少，且大部分为基于静压结构的刚性固持系统。鉴于此，本文基于国产大飞机航空发动机叶片异型曲面薄壁件加工过程中的固持需求，提出了一种新型的柔性固持系统。

二、叶片异型曲面薄壁件加工特点

叶片异型曲面薄壁件在实际加工过程中，由于其形状复杂，加工过程中的变形问题较为突出，加之零件的刚性较差，容易产生振动和变形，进而影响加工质量和效率。因此，在实际加工过程中需要采用柔性固持系统来固定叶片，从而有效提高叶片的加工质量。

三、柔性固持系统

叶片异型曲面薄壁件是一种典型的多材料薄壁零件，其主要特点为：（1）薄壁材料，以铝、镁、钛合金为代表的难加工材料；（2）薄壁结构，厚度一般不超过 25mm ，结构复杂，加工难度大；（3）多材料薄壁零件，通常由多个薄壁零件焊接而成；（4）复杂曲面零件，如飞机发动机叶片等。鉴于传统加工工艺难以满足叶片异型曲面薄壁件的加工需求，因此需要采用柔性固持系统。柔性固持系统是一种能够实现叶片异型曲面薄壁零件柔性加工的装置，具有定位准确、承载能力大、刚度高、柔性好、成本低等特点，适用于叶片异型曲面薄壁零件的加工（一）柔性夹具的结构组成

其核心结构包括以下几个关键部分：

底板：底板是柔性夹具的基础框架，用于承载整个系统并提供稳定的支撑平台。它通常由高强度材料制成，以确保足够的刚度和稳定性。

弹性立柱：弹性立柱是柔性夹具的关键部件，均匀分布在底板上。这些立柱由高弹性材料制成，能够在外力作用下发生弹性变形，并在去除外力后恢复原状。弹性立柱内部设计有“V”型孔，用于引导易流动材料的流动。

易流动材料：易流动材料是柔性夹具实现自适应固定的核心介质。通常选用沙子、低熔点合金或颗粒状材料等，这些材料具有良好的流动性和可塑性，能够在弹性立柱的引导下形成均匀的支撑力。

（二）柔性夹具的工作原理

柔性夹具的工作过程可以分为以下几个步骤：

填充易流动材料：通过专用的填充装置，将易流动材料（如沙子）均匀地填充到弹性立柱的“V”型孔中。填充过程中，材料在立柱内部自由流动，形成初始的支撑结构。

放置叶片：将加工成半成品的叶片放置在柔性夹具的弹性立柱上。叶片的形状和尺寸决定了弹性立柱的受力分布。

弹性立柱的变形与材料流动：当叶片放置在弹性立柱上时，弹性立柱在外力作用下发生弹性变形。立柱中的易流动材料在压力作用下通过“V”型孔缓慢挤出，形成与叶片形状相匹配的支撑面。这种流动过程是缓慢且均匀的，能够确保叶片在整个加工过程中始终保持稳定。

固定与加工：随着易流动材料的均匀挤出，叶片被固定在柔性夹具中。此时，夹具能够提供足够的支撑力，防止叶片在加工过程中发生振动或变形。加工完成后，通过简单的清理操作，可将叶片从夹具中取出，同时恢复夹具的初始状态，以便再次使用。

（三）柔性夹具的优势

柔性夹具的设计理念基于弹性立柱的变形能力和易流动材料的自适应特性，具有以下显著优势：

自适应性：柔性夹具能够根据叶片的形状和尺寸自动调整支撑力的分布，适用于复杂形状和不同尺寸的叶片加工。

均匀支撑：通过弹性立柱和易流动材料的协同作用，柔性夹具能够提供均匀的支撑力，避免局部过定位导致的变形。

高效性：柔性夹具的操作过程简单，填充和清理方便，能够显著提高加工效率。

经济性：与传统的刚性夹具相比，柔性夹具的制造成本更低，且可重复使用，具有较高的经济性。

四、展望与未来

通过对叶片异型曲面薄壁件加工特点的分析，结合柔性固持系统的特点，提出了一种适合叶片异型曲面薄壁件加工的柔性固持系统。该系统由多个柔性固持机构和一套工装夹具组成，能实现对叶片异型曲面薄壁件的加工，且加工质量稳定可靠。通过实验验证了该柔性固持系统在加工叶片异型曲面薄壁件时的可行性，为今后进一步开展航空发动机叶片异型曲面薄壁件的柔性固持系统研究提供参考。未来还需要进行以下几个方面的工作：

（1）针对叶片异型曲面薄壁件加工过程中存在的问题，进一步开展柔性固持系统的研究，优化其结构和工艺；

（2）开展航空发动机叶片异型曲面薄壁件柔性固持系统的研究。

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