航空发动机叶片局部凹坑损伤的钝圆装置及叶片修复系统

摘要

本发明公开了一种航空发动机叶片局部凹坑损伤的钝圆装置及叶片修复系统，属于航空发动机叶盘叶片修复技术领域，该装置包括顶头组件、衬垫组件和控制单元，通过衬垫组件与损伤叶片的凹坑损伤的背面贴合，稳定损伤叶片的位置，通过顶头组件处理凹坑损伤区域，将凹坑损伤区域钝圆为圆滑内凹表面，通过控制组件控制整个装置的运行和停止。本发明通过在衬垫组件中设置仿叶片型衬垫很好的解决了复杂叶型在钝圆过程中的摆动、偏移问题，该装置操作便利，降低了修复中的难度，为发动机叶盘叶片的局部凹坑损伤修复提供了很大帮助。

权利要求

1.一种航空发动机叶片局部凹坑损伤的钝圆装置，其特征在于，包括顶头组件和衬垫组件；

所述衬垫组件包括对称设置的一组导轨（23）以及设置在两个导轨（23）之间的第一横梁（22），在第一横梁（22）上设置有衬垫（21）；

所述顶头组件包括驱动件（11）、顶头（12）、第二横梁（13）和第三横梁（14），所述第三横梁（14）有两个，分别设置在导轨（23）上，且能够沿导轨（23）上下滑动，第二横梁（13）设置在两个第三横梁（14）之间，驱动件（11）和顶头（12）安装在第二横梁（13）上且能够沿第二横梁（13）水平移动，驱动件（11）能够驱动顶头（12）旋转；

衬垫（21）与待修复的叶片的材料成分相同，修复时衬垫（21）与待修复叶片的叶身完全贴合，使顶头（12）在转动过程中不发生摆动；

衬垫（21）与待修复的叶片的接触面积大于作用在该凹坑损伤区域的顶头（12）的横截面积的3倍。

2.根据权利要求1所述的航空发动机叶片局部凹坑损伤的钝圆装置，其特征在于，衬垫（21）与待修复的叶片的接触部分为凹坑损伤区域修复的受力垂直面。

3.根据权利要求1所述的航空发动机叶片局部凹坑损伤的钝圆装置，其特征在于，顶头（12）对待修复叶片局部凹坑采用间断式冲击或持续式顶锻。

4.根据权利要求1所述的航空发动机叶片局部凹坑损伤的钝圆装置，其特征在于，控制单元控制顶头组件工作，顶头（12）在导轨（23）上根据预设的凹坑修复工艺参数完成修复操作。

5.含有权利要求1 4中任意一项所述的航空发动机叶片局部凹坑损伤的钝圆装置的叶~

片修复系统，其特征在于，包括控制单元、叶盘夹持定位组件以及所述的钝圆装置；

所述叶盘夹持定位组件包括叶盘装夹臂、叶片夹持头、用于定位的传感器以及手动/自动位移装置；

所述控制单元，能够控制第三横梁（14）的运动和位移，能够控制驱动件（11）沿第二横梁（13）的水平运动和位移，以及能够控制叶盘夹持机构和叶片夹持机构的位置以确定待损伤修复位置。

说明书

航空发动机叶片局部凹坑损伤的钝圆装置及叶片修复系统

技术领域

[0001] 本发明属于航空发动机叶盘叶片修复技术领域，涉及一种航空发动机叶片局部凹坑损伤的钝圆装置及叶片修复系统。

背景技术

[0002] 目前，航空发动机叶片在实际服役过程中容易因杂物冲蚀而形成蚀坑，使叶片端部的厚度减薄，甚至于引起较大的缺口，造成级效率降低，此外由于冲蚀产生的蚀坑造成叶
片重量的减少，引起叶片振动特性的改变，加之造成的应力集中会导致叶片在运行中产生
裂纹和断裂，因此修复叶片冲蚀形成的蚀坑并提高服役寿命，先需要消除蚀坑的应力集中
在进行补修。

[0003] 现有的修复技术基本都是通过直接补修冲蚀坑，指对凹坑处进行填充材料弧焊、堆焊、增材或者直接更换叶片、废弃叶盘，对于流道狭窄的整体叶盘无法更换叶片，从而进
行良好的线性摩擦焊接。蚀坑区域组织的应力集中容易引起修复叶片的抗疲劳性能差，在
服役过程中容易导致二次损伤，影响了发动机整体的服役寿命。通过顶锻钝圆处理获得细
化的损伤表层组织、并通过填充填料，能够有效缓解或消除蚀坑应力集中、提高修复叶片服
役寿命的有效途径，由于叶片的形状复杂，在钝圆修复过程中容易引起叶片摆动或偏移，造
成叶片的损伤区扩大，因此设计与凹坑损伤修复相对应的装置来获得良好修复的关键。

发明内容

[0004] 为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种航空发动机叶片局部凹坑损伤的钝圆装置及叶片修复系统，该装置结构设计合理，能够有效修改发动机叶盘叶
片出现的局部凹坑损伤。

[0005] 为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

[0006] 本发明公开了一种航空发动机叶片局部凹坑损伤的钝圆装置，包括顶头组件和衬垫组件

[0007] 所述衬垫组件包括对称设置的一组导轨以及设置在两个导轨之间的第一横梁，在第一横梁上设置有衬垫；

[0008] 所述顶头组件包括驱动件、顶头、第二横梁和第三横梁，所述第三横梁有两个，分别设置在导轨上，且能够沿导轨上下滑动，第二横梁设置在两个第三横梁之间，驱动件和顶
头安装在第二横梁上且能够沿第二横梁水平移动，驱动件能够驱动顶头旋转。

[0009] 优选地，衬垫与待修复的叶片的材料成分相同，修复时衬垫与待修复叶片的叶身完全贴合，使顶头在转动过程中不发生摆动。

[0010] 优选地，衬垫与待修复的叶片的接触部分为凹坑损伤区域修复的受力垂直面。

[0011] 优选地，顶头对待修复叶片局部凹坑采用间断式冲击或持续式顶锻。

[0012] 优选地，衬垫与待修复的叶片的接触面积大于作用在该凹坑损伤区域的顶头的横截面积的3倍。

[0013] 优选地，控制单元控制顶头组件工作，顶头在导轨上根据预设的凹坑修复工艺参数完成修复操作。

[0014] 本发明还公开了含有上述的航空发动机叶片局部凹坑损伤的钝圆装置的叶片修复系统，包括控制单元、叶盘夹持定位组件以及所述的钝圆装置；

[0015] 所述叶盘夹持定位组件包括叶盘装夹臂、叶片夹持头、用于定位的传感器以及手动/自动位移装置；

[0016] 所述控制单元，能够控制第三横梁的运动和位移，能够控制驱动件沿第二横梁的水平运动和位移，以及能够控制叶盘夹持机构和叶片夹持机构的位置以确定待损伤修复位
置。

[0017] 与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

[0018] 本发明公开的用于局部凹坑损伤修复顶锻钝圆修复装置，该装置包括顶头组件、衬垫组件和控制单元，通过衬垫组件与损伤叶片的凹坑损伤的背面贴合，稳定损伤叶片的
位置，通过顶头组件处理凹坑损伤区域，将凹坑损伤区域钝圆为圆滑内凹表面，通过控制组
件控制整个装置的运行和停止。本发明通过在衬垫组件中设置仿叶片型衬垫很好的解决了
复杂叶型在钝圆过程中的摆动，偏移问题，同时在衬垫两侧设置对称的导轨增加了钝圆修
复过程中装置的稳定性，顶头能够很好的对准凹坑损伤区域以及顶头作用范围、衬垫、凹坑
损伤区域三者之间在垂直方向上的相贯性，操作便利，降低了修复中的难度，为发动机叶盘
叶片的局部凹坑损伤修复提供了很大帮助。

[0019] 进一步地，衬垫是在修复叶片下方的抵抗应力变形装置，因此将衬垫与待修复的叶片的接触面积大于作用在该凹坑损伤区域的顶头的横截面积的3倍，是由于其接触面积
较大时，可以有效缓解上方钝圆压强，抑制叶片在受压情况下的变形。

附图说明

[0020] 图1为本发明的用于修复发动机叶盘叶片局部凹坑损伤的钝圆装置结构示意图；

[0021] 图2为本发明的钝圆装置与叶片修复时的接触面示意图；

[0022] 图3‑1、图3‑2和图3‑3为本发明的三种顶头的结构示意图；

[0023] 图4为本发明的叶盘夹持定位组件结构示意图。

[0024] 其中，1为顶杆；2为顶头；3‑控制单元；4‑损伤叶片截面；5‑叶盘装夹臂；6‑叶片夹持头；11‑驱动件；12‑顶头；13‑第二横梁；14‑第三横梁；21‑衬垫；22‑第一横梁；23‑导轨。

具体实施方式

[0025] 为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是
本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人
员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范
围。

[0026] 需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用
的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或
描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆
盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于
清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品
或设备固有的其它步骤或单元。

[0027] 下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

[0028] 参见图1，本发明的航空发动机叶片局部凹坑损伤的钝圆装置，包括顶头组件和衬垫组件控制组件。

[0029] 所述顶头组件，由驱动件11、顶头12、第二横梁13以及能够上下移动的第三横梁14组成，驱动件11和顶头12设置在第二横梁13上，第二横梁13连在第三横梁14上；

[0030] 其中，驱动件11控制顶头12旋转运动；驱动件11可以是马达、电机等能够将电能转化为机械能的设备。

[0031] 顶头12有三种形式，采用球冠/球缺/球面设计，针对不同损伤形貌、工作状况、操作需求，可设计不同角度、大小、球心位置的顶头球冠/球球缺/面，如图3‑1和图3‑2为球冠
和球缺圆滑顶头。图3‑3采用弧面设计，包括两段或多段弧线过渡连接获得的回转体外表弧
面。

[0032] 所述衬垫组件由衬垫21、第一横梁22和导轨23组成，其中，衬垫21设置在第一横梁22上，第一横梁22和导轨23相连；所述导轨23对称分布在第三横梁14的两侧。

[0033] 所述衬垫组件中的衬垫21在修复过程中选则与叶片成分相同的材料，如本实施例为Ti6Al4V合金。参见图2，衬垫21与修复叶片叶身的接触面为仿叶片形，能够保证衬垫21与
待修复的叶片的叶身能够完全贴合，使顶头12在转动过程中不发生摆动，其中衬垫21与叶
片的接触部分对应凹坑损伤区域修复的受力垂直面，衬垫21与叶片的接触面积为作用在该
凹坑损伤区域顶头横截面积的4倍。

[0034] 参见图4，叶盘夹持定位组件叶盘夹持定位组件是装夹、固定、定位修复叶片的装置，包括叶盘装夹臂、夹持头、用于定位的传感装置、用于位置的手动或自动位移装置。

[0035] 本发明的基于上述航空发动机叶片局部凹坑损伤的钝圆装置的叶片修复系统，包括控制单元3、叶盘夹持定位组件以及所述的钝圆装置；

[0036] 所述叶盘夹持定位组件包括叶盘装夹臂4、叶片夹持头5、用于定位的传感器以及手动/自动位移装置；

[0037] 所述控制单元，能够控制第三横梁14的运动和位移，能够控制驱动件11沿第二横梁13的水平运动和位移，以及能够控制叶盘夹持机构和叶片夹持机构的位置以确定待损伤
修复位置。

[0038] 本发明的上述叶片修复系统在对发动机叶片局部凹坑损伤进行修复时，工作过程如下：

[0039] 1)清理凹坑损伤区域的可脱落残屑和污染物，优选非损伤性清洗剂清理损伤区域，或用超声波清洗处理10～30min，去除凹坑损伤区域；

[0040] 2)采用叶盘夹持定位组件装夹固定叶盘，并定位至损伤待修复位置，根据叶片凹坑损伤所在位置，找到对应顶头位置的叶片背面支撑位置，支撑点或支撑区域的最大包络
线或包络面将顶头位置在面内方向上包围在内；

[0041] 3)在控制单元对于过程参数的调节下，利用顶头连续处理凹坑损伤尖锐区，将凹坑损伤区处理为圆滑内凹表面；

[0042] 4)去除凹坑周围的飞边、杂质与污染物；

[0043] 5)对修复后叶片进行后处理，并去除余量得到型面精度满足需要的叶片。

[0044] 以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书
的保护范围之内。