ЗАЖИМНОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2009 года по МПК B25B11/00 B23H9/00 C23C26/00 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к зажимному устройству для закрепления элемента устройства во время выполнения любых обработок, таких как механическая обработка и проверка элемента устройства.

Уровень техники

Элементы устройства, такие как элементы газотурбинного двигателя, часто приходится закреплять с целью выполнения механической обработки и проверки. Зажимное устройство для закрепления содержит множество опор, у которых припаяны опорные части из любого так называемого твердого сплава для предотвращения абразивного истирания и деформации, обусловленные контактом под давлением с элементами устройства. Каждая из опорных частей содержит множество пазов, образованных на ней, для устранения быстрого скачкообразного перемещения.

Опорные части, выполненные из твердого сплава, эффективно защищены от абразивного истирания и деформации, но легко наносят повреждения, такие как царапины и деформация, элементам устройства. Кроме того, когда твердый сплав является более дорогим, чем стали или им подобные, и вызывает техническую трудность при пайке со сталями или им подобным, то использование твердого сплава не было бы эффективным ввиду его стоимости и технической трудности.

Раскрытие изобретения

Целью настоящего изобретения является создание зажимного устройства, которое эффективно устраняет быстрое скачкообразное перемещение обрабатываемого тела без использования твердого сплава и, кроме того, закрепляет обрабатываемый корпус, вызывая незначительные абразивное истирание и деформацию в нем.

Согласно первому варианту настоящего изобретения зажимное устройство для закрепления обрабатываемого тела содержит опору, выполненную с возможностью подержания обрабатываемого тела, которая содержит опорную поверхность, покрытие, осажденное электроискровым способом для покрытия опорной поверхности, которое включает керамику, и крепежный элемент, выполненный с возможностью закрепления обрабатываемого тела при помощи опоры.

Предпочтительно, покрытие имеет шероховатость Ra 0,4 мкм или более, и 3,2 мкм или менее. Кроме того, предпочтительно, покрытие, по существу, состоит из одного выбранного из группы карбида титана, карбида кремния и карбида вольфрама. Кроме того, предпочтительно, покрытие образовано посредством выполнения электроискрового осаждения с рабочего электрода, состоящего, по существу, из карбида титана, на опорную поверхность при использовании опоры в качестве обрабатываемой детали. В качестве альтернативы, предпочтительно, покрытие образовано посредством выполнения электроискрового осаждения с рабочего электрода, состоящего, по существу, из карбида кремния, на опорную поверхность, покрытую маслом, при использовании опоры в качестве обрабатываемой детали. Более предпочтительно, покрытие образовано только на опорной поверхности.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 представляет собой вид в перспективе зажимного устройства согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг.2 представляет собой вид по стрелке I на фиг.1.

Фиг.3 представляет собой чертеж, поясняющий этапы образования первой защитной тонкой пленки.

Фиг.4 представляет собой график, показывающий отношение между толщиной расплавленной части и прочностью прилипания тонкой пленки.

Фиг.5 представляет собой график, показывающий отношение между толщиной расплавленной части и деформацией обрабатываемого корпуса.

Предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения

В описании и формуле изобретения используется несколько терминов в соответствии с нижеследующими определениями. Термин «электроискровое осаждение» определяется и используется как использование разряда в электроискровой машине для износа электрода вместо механической обработки обрабатываемой детали для осаждения материала электрода или продукта реакции между материалом электрода и рабочей жидкостью или рабочим газом на обрабатываемую деталь. Кроме того, термин «осажденный электроискровым способом» определяется и используется в качестве переходного глагола термина «электроискровое осаждение». Кроме того, фраза «по существу, состоит из» означает частично непосредственно регулировать компоненты, т.е. исключать дополнительные не оговоренные техническими условиями компоненты, которые влияли бы на основные и новые характеристики продукта, определенного в формуле изобретения, и включать любые компоненты, такие как примеси, которые, по существу, не оказывали бы влияния на характеристики.

В определенных вариантах осуществления настоящего изобретения электроискровая машина (большая часть ее не будет показана) используется для выполнения электроискрового осаждения. При электроискровом осаждении обрабатываемое тело установлено в электроискровой машине в качестве ее обрабатываемой детали и вплотную подведено к рабочему электроду в технологической ванне. Затем, в случае обычной электроискровой обработки, подается импульсный ток от внешнего источника питания для создания импульсного разряда между обрабатываемой деталью и рабочим электродом для износа обрабатываемой детали, таким образом, обрабатываемая деталь обрабатывается в форму, дополняющую конец рабочего электрода. С другой стороны, при электроискровом осаждении изнашивается рабочий электрод вместо обрабатываемой детали, и материал рабочего электрода или продукт реакции между материалом электрода и рабочей жидкостью или рабочим газом осаждается на обрабатываемой детали. Осадок, таким образом, не только прилипает на обрабатываемую деталь, но также может одновременно подвергаться явлениям диффузии, сварки и им подобным между осадком и обрабатываемой деталью и, кроме того, взаимно между частицами в осадке посредством использования частичной энергии разряда.

Вариант осуществления настоящего изобретения будет описан ниже со ссылкой на фиг.1-5. На этих чертежах стрелка, обозначенная «FF» означает направление вперед, стрелка «FR» означает направление назад, стрелка «L» означает направление влево, стрелка «R» означает направление вправо. Кроме того, на фиг.2 пересечение, образованное окружностью, обозначает стрелку, приближающуюся к поверхности бумаги, а сплошная окружность, образованная окружностью, обозначает стрелку, удаляющуюся от поверхности бумаги.

В нижеследующем описании будет показан пример, в котором узел лопатки в качестве узла газотурбинного двигателя является объектом для закрепления в зажимном устройстве.

Как показано на фиг.1 и 2, зажимное устройство 1 согласно варианту осуществления настоящего изобретения неподвижно удерживает узел 3 лопатки в его заданном положении. Здесь узел 3 лопатки содержит лопатку 5, бандаж 7, образованный на монолитной подложке с удаленным концом лопатки 5, платформу 9, образованную на монолитной подложке с ближним концом лопатки 5, и корень 11 лопатки, образованный на монолитной подложке с платформой 9. Лопатка 5 содержит сторону 5fa давления и сторону 5fb всасывания, и установочный паз 13 образован на корне 11 лопатки посредством механической обработки (на фиг.3 показан узел 3 лопатки после механической обработки).

Зажимное устройство 1 содержит основной корпус 15, который имеет основание 17, выполненное из стали, и вертикальную пластину 19, образованную для стоячего положения в задней части основания 17.

На правой стороне основания 17 установлена первая опора 21 для поддержания передней части платформы 9. Первая опора 21, обычно, по существу, состоит из стали. Подобным образом, на правой стороне основания 17 установлена вторая опора 23 для поддержания задней части платформы 9. Вторая опора 21, обычно, по существу, состоит из стали. Конфигурации первой опоры 21 и второй опоры 23 будут подробно описаны ниже.

На левой стороне основания 17 установлен первый опорный ролик 25 для поддержания стороны 5fb всасывания лопатки 5, который вставлен в кронштейн 27. На левой стороне вертикальной пластины 19 установлен второй опорный ролик 29 для поддержания заднего края бандажа 7, который вставлен в кронштейн 31. Кроме того, на левой стороне основания 17 установлен опорный болт 33 для поддержания переднего края бандажа 7, который вставлен в кронштейн 35.

Кроме того, в верхней части вертикальной пластины 19 рычаг 37 закреплен при помощи установочного болта 39. На дальнем конце рычага 37 установлен прижимной болт 43 для прижима части около ближнего конца лопатки 5 к основанию 17 (вниз на чертежах) через резиновую прокладку 41. Кроме того, с правой стороны основания 17 установлена пара прижимных планок 45, 47 для прижима корня 11 лопатки спереди и сзади.

Далее будут подробно описаны конфигурации первой опоры 21 и второй опоры 23.

Как показано на фиг.2, на опорной поверхности первой опоры 21 в результате электроискрового осаждения образована первая защитная тонкая пленка 49, выполненная из TiC (карбида титана), для покрытия опорной поверхности. Более конкретно, как показано на фиг.3, а и b, опорная поверхность первой опоры 21 выполнена напротив рабочего электрода 51 в электроискровой машине, и импульсный разряд образуется между опорной поверхностью первой опоры 21 и рабочим электродом 51 в электроизоляционной жидкости S, так что образуется первая защитная тонкая пленка 49 для покрытия опорной поверхности.

Здесь рабочим электродом 51 является формованное тело, выполненное посредством прессования порошка, состоящего, по существу, из TiC, или формованное тело, подвергнутое термообработке, по меньшей мере, для частичного спекания. Кроме того, рабочий электрод 51 может быть выполнен посредством заливки суспензии металлического порошка, MIM (заливка металла в форму под давлением методом впрыска), струйным формованием и им подобным, вместо прессования.

Более того, вместо электроизоляционной жидкости S может использоваться элегаз.

Кроме того, на опорной поверхности первой опоры 21 в результате электроискрового осаждения может быть образована первая защитная тонкая пленка 53, состоящая, по существу, из SiC (карбид кремния), вместо первой защитной тонкой пленки 49, состоящей, по существу, из TiC. Более конкретно, как показано на фиг.3, а и b, опорная поверхность первой опоры 21 выполнена напротив рабочего электрода 55, состоящего, по существу, из Si (кремний) в электроискровой машине, и импульсный разряд образуется между опорной поверхностью первой опоры 21 и рабочим электродом 55, в масле S, содержащем алифатический углеводород, так что образуется первая защитная тонкая пленка 53 для покрытия опорной поверхности.

Здесь рабочим электродом 55 является формованное тело, выполненное посредством прессования порошка, состоящего, по существу, из Si (кремния), или формованное тело, подвергнутое термообработке, по меньшей мере, для частичного спекания. Кроме того, рабочий электрод 55 может быть выполнен посредством заливки суспензии металлического порошка, MIM (заливка металла в форму под давлением методом впрыска), струйным формованием и им подобным, вместо прессования.

Более того, вместо первой защитной тонкой пленки 49 или 53, можно использовать первую защитную тонкую пленку, выполненную, по существу, из WC (карбид вольфрама). В этом случае может использоваться рабочий электрод, содержащий WC вместо TiC. Рабочим электродом, например, является формованное тело, выполненное посредством прессования порошка, состоящего, по существу, из 90% TiC и 10% Со (кобальта) в весовом отношении или формованное тело, подвергнутое термообработке, по меньшей мере, для частичного спекания.

Подобным образом, на опорной поверхности второй опоры 23 вторая защитная тонкая пленка 57, состоящая, по существу, из TiC, или вторая защитная тонкая пленка 59, состоящая, по существу, из Si, образованы в результате электроискрового осаждения для покрытия опорной поверхности. Вторая защитная тонкая пленка может состоять, по существу, из WC.

Кроме того, первая защитная тонкая пленка 49 (или 53) и вторая защитная тонкая пленка 57 (или 59), соответственно, имеют соответствующую шероховатость поверхности для предотвращения скольжения обрабатываемого тела и образования царапин на обрабатываемом теле. Шероховатость поверхности Ra, предпочтительно, составляет 0,4 мкм или более и 3,2 мкм или менее. Основанием является то, что если шероховатость Ra поверхности меньше 0,4 мкм, скольжение узла 3 лопатки является затрудненным для того, чтобы полностью быть исключенным, и, если шероховатость Ra поверхности больше 3,2 мкм, то царапины на обрабатываемом теле становятся заметными.

Кроме того, на границе между первой защитной тонкой пленкой 49 (или 53) и основанием первой опоры 21, и на границе между второй защитной тонкой пленкой 57 (или 59) и основанием второй опоры 23, соответственно, образуются расплавленные части (расплавленные слои) B1, B2, в которых отношение состава классифицируется по их толщине. Они образуются посредством выбора соответствующего условия разряда во время выполнения электроискрового осаждения, и толщина расплавленных частей B1, B2, предпочтительно, составляет 3 мкм или более и 20 мкм или менее. Соответствующее условие разряда может быть таким, что максимальный ток равен 30 А или менее, и ширина импульса равна 200 мкс или менее и, более предпочтительно, максимальный ток равен 20 А или менее, и ширина импульса равна 20 мкс или менее.

Здесь причина, по которой толщина расплавленных частей B1, B2 равна 3 мкм или более и 20 мкм или менее, основана на результатах испытания, приведенных на фиг.4 и 5.

Более конкретно, в случае, когда тонкие пленки образуются в результате электроискрового осаждения при различных условиях разряда для получения различных толщин расплавленных частей, толщина расплавленных частей и прочность прилипания тонких пленок имеют взаимосвязь, как показано на фиг.4. Получены первые данные о том, что прочность прилипания расплавленных частей 13 к тонким пленкам увеличивается, когда толщина расплавленных частей равна 3 мкм или более. Кроме того, толщина расплавленных частей и деформация основания первой опоры 21 имеют взаимосвязь, как показано на фиг.5, получены вторые данные о том, что деформация основания первой опоры 21 может быть уменьшена, когда толщина расплавленных частей равна 20 мкм или менее. Следовательно, на основании первых и вторых данных, предпочтительно, чтобы толщина расплавленных частей B1, B2 была равна 3 мкм или более и 20 мкм или менее для увеличения прочности прилипания первой защитной тонкой пленки 49 (или 53) и второй защитной тонкой пленки 57 (или 59) при уменьшении деформация основания первой опоры 21.

Кроме того, горизонтальные оси на фиг.4 и 5 обозначают логарифмы толщин расплавленных частей, вертикальная ось на фиг.4 обозначает безразмерные числа прочностей прилипания тонких пленок, вертикальная ось на фиг.5 обозначает безразмерные числа деформации оснований обрабатываемых тел 1.

Далее будет описана работа варианта осуществления настоящего изобретения.

Передняя часть платформы 9 поддерживается при помощи первой защитной тонкой пленки 49 (или 53) первой опоры 21, задняя часть платформы 9 поддерживается при помощи второй защитной тонкой пленки 57 (или 59), сторона 5fb всасывания лопатки 5 при помощи первого опорного ролика 25, задний край бандажа 7 при помощи второго опорного ролика 29, а передний край бандажа 7 при помощи опорного болта 33. Затем часть рядом с ближним концом лопатки 5 прижимается к основанию 17 через резиновую прокладку 41 при помощи прижимного болта 43, и корень 11 лопатки зажимается при помощи пары прижимных планок 45, 47 спереди и сзади. Таким образом, узел 3 лопатки закрепляется на основном корпусе 15 зажимного устройства. Более конкретно, рычаг 37, прижимной болт 43, опорные ролики 25, 29 и пара прижимных планок 45, 47 закрепляют узел 3 лопатки при помощи опор 21, 23. Таким образом, узел 3 лопатки может быть установлен для обработок, например, механической обработки (обычная работа зажимного устройства 1).

В отличие от обычной работы зажимного устройства 1, когда первая защитная тонкая пленка 49 из TiC или первая защитная тонкая пленка 53 из SiC образованы на опорной поверхности первой опоры 21, и вторая защитная тонкая пленка 57 из TiC или вторая защитная тонкая пленка 59 образованы на опорной поверхности второй опоры 23, первая защитная тонкая пленка 49 (или 53) и вторая защитная тонкая пленка 57 (или 59) имеют высокую твердость, так что абразивное истирание первой опоры 21 и второй опоры 23 полностью устранено без использования любого дорогостоящего материала, такого как твердый сплав, в материале, образующем первую опору 21 и вторую опору 23.

Кроме того, когда первая защитная тонкая пленка 49 (или 53) первой опоры 21 и вторая защитная тонкая пленка 57 (или 59) второй опоры 23 образованы в результате электроискрового осаждения, то образуется скругленная незначительная шероховатость, которая проходит через все поверхности первой защитной тонкой пленки 49 (или 53) и второй защитной тонкой пленки 57 (или 59). Таким образом, скольжение узла 3 лопатки устранено и все поверхности первой защитной тонкой пленки 49 (или 53) и второй защитной тонкой пленки 57 (или 59), по существу, одинаково контактируют с платформой 9 при стабилизации условия установки узла 3 лопатки.

Кроме того, когда толщина расплавленных частей B1, B2 равна 3 мкм или более и 20 мкм или менее, то прочность прилипания первой защитной тонкой пленки 49 (или 53) и второй защитной тонкой пленки 57 (или 59) может быть увеличена при уменьшении деформации основания первой опоры 21 и второй опоры 23.

Согласно приведенному варианту осуществления настоящего изобретения, когда абразивное истирание первой опоры 21 и второй опоры 23 может быть полностью устранено без использования любого дорогостоящего материала, такого как твердый сплав, в одном из материалов, образующих первую опору 21 и вторую опору 23, то затраты на производство зажимного устройства 1 в целом могут быть уменьшены.

Кроме того, все поверхности первой защитной тонкой пленки 49 (или 53) и второй защитной тонкой пленки 57 (или 59) могут, по существу, одинаково контактировать с платформой 9 при стабилизации условия установки узла 3 лопатки, царапины на узле 3 лопатки становятся редкими, хотя он контактирует с первой опорой 21 или второй опорой 23, и, следовательно, качество узла 3 лопатки может быть повышено.

Более того, прочность прилипания первой защитной тонкой пленки 49 (или 53) и второй защитной тонкой пленки 57 (или 59) может быть увеличена при устранении деформации основания первой опоры 21 и второй опоры 23, качество зажимного устройства 1 может быть стабилизировано.

В указанном объяснении первый опорный ролик 25, второй опорный ролик 29 и опорный болт 33 могут быть выполнены аналогично первой опоре 21 или второй опоре 23.

Кроме того, в отличие от зажимного устройства 1, используемого во время механической обработки, в зажимном устройстве 1, используемом во время проверки или тому подобного, может использоваться конфигурация, подобная первой опоре 21 и второй опоре 23.

Хотя настоящее изобретение описано со ссылкой на конкретные варианты осуществления настоящего изобретения, настоящее изобретение не ограничивается указанными вариантами осуществления. Специалистам в данной области техники будет понятно, что возможны модификации и изменения указанных вариантов осуществления в свете указанных идей.

Промышленная применимость

Настоящее изобретение предлагает зажимное устройство, которое эффективно устраняет быстрое скачкообразное перемещение обрабатываемого тела без использования твердого сплава и, кроме того, закрепляет обрабатываемое тело, вызывая в нем незначительное абразивное истирание и деформацию.

Изобретение относится к зажимным устройствам для закрепления обрабатываемого тела и может быть использовано при механической обработке или при проверке элементов устройств. Зажимное устройство содержит опору, выполненную с возможностью поддержания обрабатываемого тела, которая имеет опорную поверхность, покрытие для покрытия опорной поверхности, которое содержит керамику, и крепежный элемент, выполненный с возможностью закрепления обрабатываемого тела при помощи опоры. При этом покрытие осаждено электростатическим способом, имеет шероховатость Ra 0,4 мкм или более и 3,2 или менее. Технический результат - устранение быстрого скачкообразного перемещения обрабатываемого тела. 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Зажимное устройство для закрепления обрабатываемого тела, содержащее
опору, выполненную с возможностью поддержания обрабатываемого тела, причем опора содержит опорную поверхность,
покрытие, осажденное электроискровым способом, для покрытия опорной поверхности, причем покрытие содержит керамику и имеет шероховатость Ra 0,4 мкм или более и 3,2 или менее, и
крепежный элемент, выполненный с возможностью закрепления обрабатываемого тела при помощи опоры.

2. Устройство по п.1, в котором покрытие состоит, по существу, из одного, выбранного из группы: карбида титана, карбида кремния и карбида вольфрама.

3. Устройство по п.1, в котором покрытие образовано в результате выполнения электроискрового осаждения с рабочего электрода, состоящего, по существу, из карбида титана, на опорную поверхность при использовании опоры в качестве обрабатываемой детали.

4. Устройство по п.1, в котором покрытие образовано в результате выполнения электроискрового осаждения с рабочего электрода, состоящего, по существу, из карбида кремния, на опорную поверхность, в масле при использовании опоры в качестве обрабатываемой детали.

5. Устройство по п.1, в котором покрытие образовано только на опорной поверхности.