一种薄壁钛合金筒形机匣的焊接夹具结构及其工作方法

技术领域

本发明涉及航空焊接技术领域，具体涉及一种薄壁钛合金筒形机匣的焊接夹具结构及其工作方法。

背景技术

混合器机匣是薄壁钛合金筒形，如图1所示，上下各带有环形的安装边2，筒壁1的侧面需要焊接不同形状的安装座。目前的加工过程是：先使用激光在筒壁1上预先打出与待焊接的安装座形状一致的型孔3，然后在型孔3上对应焊接安装座。但是由于筒壁1的壁厚很薄，在侧面焊接安装座的过程中，筒壁1容易发生变形，无法保证圆度，同时安装座的焊接位置也会由于支撑不足容易产生焊接瑕疵、焊接粘连等问题，无法满足航空器部件极高的加工精度要求，严重影响产品质量，对于后期航空器的装配使用也存在极大的安全隐患。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种薄壁钛合金筒形机匣的焊接夹具结构及其工作方法。

具体技术方案如下：

一种用于薄壁钛合金筒形机匣的焊接夹具结构，所述焊接夹具结构置于薄壁钛合金筒形机匣的筒壁内部，由内向外圆周涨紧；包括底盘、中心轴、上层夹具、下层夹具和两个连接块；中心轴竖直轴连接于底盘中心；所述上层夹具和下层夹具结构一致，均包括下层的圆环形的固定板和上层的环形盘，固定板通过长螺栓固定在底盘上，固定板和环形盘上分别沿圆周方向对应均匀开设多组圆孔和长圆孔，每个长圆孔处安装一个涨瓣单元，每个涨瓣单元包括一组联动组件和一个支撑座，支撑座安装在联动组件的最外侧，抵接涨紧筒壁；环形盘与连接块固定连接；两个连接块在竖直方向上呈上下设置，且与中心轴固定且同步转动，中心轴通过锥副齿轮连接调节手轮，且中心轴的顶端安装刻度盘和指针。

所述联动组件包括推杆、螺母、第一连杆和第二连杆；所述推杆的前端带有一端内螺纹，中部带有环形突出的卡头，通过螺母将支撑座拧紧在推杆前端，支撑座与卡头之间安装压缩状态的弹簧；第一连杆的一端通过转轴轴连接于固定板的圆孔处，第二连杆的一端与第一连杆的另一端通过轴承分别连接与长圆孔的上下面；第二连杆的另一端与推杆端部铰接。

所述每组联动机构还包括限位机构，限制推杆在径向上运动；限位机构包括限位槽和限位块，限位槽固定在固定板上，径向方向上带有一对向上突出的凸沿；限位块水平开设通孔，且紧密固定在限位槽的一对凸沿之间，推杆穿过通孔，推杆的外径等于通孔的内径。

所述连接块为条状，两端分别与环形盘直径方向上开设的两个连接孔通过螺钉拧紧固定。

所述上下两个连接块呈互相垂直设置。

所述支撑座的外侧面突出支撑的形状和位置与薄壁钛合金筒形机匣的型孔对应，作为安装座焊接时的支撑。

所述底盘上设置吊环，开设定位口，分别用于吊装和焊接时夹具结构的定位。

每组所述联动组件的推杆和限位机构上方罩设护盖；固定板、环形盘、第一连杆和第二连杆上方拼接罩设两块半圆罩；护盖的两侧竖直安装护板。

所述支撑座为上层夹具和下层夹具分别安装或共同安装。

一种薄壁钛合金筒形机匣的焊接夹具结构的工作方法，具体包括如下步骤：

(1)安装准备：预先根据安装座的位置在筒壁上激光打出型孔；然后在焊接夹具结构上对应型孔的位置逐个安装支撑座，再将待焊接安装座的薄壁钛合金筒形机匣的筒壁对应套装在焊接夹具结构外；

(2)夹具结构预安装：微转动调节手轮，带动中心轴转动，同时指针在刻度盘上指示转动角度；此时中心轴转动，带动两个连接块扭转，从而使得与连接块固定的上下两个环形盘同步转动，此过程包括松弛和向外涨紧两个状态：由于第一连杆的一端轴连接于固定板的圆孔处，而推杆在限位机构作用下只能沿径向方向运动，故环形盘的长圆孔拉动第一连杆和第二连杆连接处时，当第一连杆和第二连杆在径向方向上共为向外涨紧程度最大状态，其余第一连杆和第二连杆在径向方向呈弯曲的状态均为解除涨紧程度最大的松弛状态；

(3)夹具结构涨紧安装；转动调节手轮，调整为向外涨紧状态，此过程中，上层夹具和下层夹具的所有的支撑座在推杆的外推作用下由内向外同步圆周涨紧筒壁，进行筒壁整体的圆周均匀支撑，保证圆度，且各个支撑座与安装座焊接位置的型孔对应支撑；

(4)定位焊接：在待焊接安装座的位置进行定位焊接；

(5)拆卸：焊接完成后，反向微转动调节手轮，使夹具结构解除涨紧回复松弛状态，卸下焊接好的薄壁钛合金筒形机匣工件。

与现有技术相比，本发明具有如下有益技术效果：

(1)本发明上层夹具和下层夹具实行内部结构联动，保证调整时上下两层的同步性。所有支撑座对薄壁筒形机匣进行整体的圆周均匀支撑，可最大程度保证薄壁筒形机匣的圆度。而且采用调节手轮调整各个涨瓣单元的涨紧程度，只有当第一连杆和第二连杆在径向方向上共为向外涨紧程度最大状态；调整过程并非一定要调节到向外涨紧程度最大状态，而是根据实际情况，结合刻度盘的示数精确连续微调，实现适合的涨紧程度即可；

(2)本发明支撑座与卡头之间安装压缩状态的弹簧，一方面顶紧螺母防止滑脱，一方面在支撑座提供一个缓冲，保护支撑座，另外在向外涨紧筒壁时减小应力，作为缓冲，保护筒壁的圆度和外观；支撑座的外侧形状和安装位置与待焊接安装座的位置完全对应，有针对性地提供局部支撑，保证焊接的光整度，而且避免焊接时安装座与支撑座由于支撑不足产生焊接瑕疵、发生焊接粘连；

(3)本发明支撑座为上层夹具和下层夹具分别安装或共同安装。可根据待焊接安装座的实际情况选择合适的支撑座，达到最好的支撑效果，上层夹具和下层夹具实行同步整体联动，即使支撑座采用上层夹具和下层夹具共同安装也不影响联动；

(4)本发明联动组件的推杆和限位机构上方罩设护盖；固定板、环形盘、第一连杆和第二连杆上方拼接罩设两块半圆罩；护盖的两侧竖直安装护板。可有效防止焊接时电子束的束流穿过飞溅的杂物落入夹具结构，影响夹具的精确联动灵活运转。

附图说明

图1为本发明待焊接安装座的薄壁钛合金筒形机匣结构示意图；

图2为本发明焊接夹具立体结构示意图；

图3为本发明焊接夹具俯视图；

图4为本发明焊接夹具中心轴、连接块与环形盘连接关系示意图；

图5为本发明焊接夹具联动组件和支撑座连接关系的局部放大示意图；

图6为本发明限位机构的局部放大示意图；

图7为本发明支撑座与推杆的安装局部放大示意图

图中，1、筒壁；2、安装边；3、型孔；4、底盘；5、中心轴；6、上层夹具；7、下层夹具；8、涨瓣单元；9、支撑座；10、半圆罩；11、吊环；12、定位口；13、调节手轮；14、刻度盘；15、指针；16、连接孔；17、连接块；18、环形盘；19、固定板；20、转轴；21、第一连杆；22、长圆孔；23、第二连杆；24、护盖；25、护板；26、轴承；27、推杆；28、限位槽；29、限位块；30、通孔；31、长螺栓；32、弹簧；33、螺母；34、卡头。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细说明，但本发明的保护范围不受附图所限。

本发明用于薄壁钛合金筒形机匣的焊接夹具结构，置于薄壁钛合金筒形机匣的筒壁1内部，由内向外圆周涨紧；包括底盘4、中心轴5、上层夹具6、下层夹具7和两个连接块17；中心轴5竖直轴连接于底盘4中心；所述上层夹具6和下层夹具7结构一致，均包括下层的圆环形的固定板19和上层的环形盘18，固定板19通过长螺栓31固定在底盘4上，固定板19和环形盘18上分别沿圆周方向对应均匀开设多组圆孔和长圆孔22，每个长圆孔22处安装一个涨瓣单元8，每个涨瓣单元8包括一组联动组件和一个支撑座9，联动组件包括推杆27、螺母33、第一连杆21和第二连杆23；所述推杆27的前端带有一端内螺纹，中部带有环形突出的卡头34，通过螺母33将支撑座9拧紧在推杆27前端，支撑座9与卡头34之间安装压缩状态的弹簧32；第一连杆21的一端通过转轴20轴连接于固定板19的圆孔处，第二连杆23的一端与第一连杆21的另一端通过轴承26分别连接与长圆孔22的上下；第二连杆23的另一端与推杆27端部铰接。支撑座9外侧突出支撑的形状和位置与薄壁钛合金筒形机匣的型孔3对应，作为安装座焊接时的支撑。支撑座9安装在联动组件的最外侧，抵接涨紧筒壁1；连接块17为条状，两端分别与环形盘18直径方向上开设的两个连接孔16通过螺钉拧紧固定，两个连接块17在竖直方向上呈上下设置，且呈互相垂直设置。两个连接块17与中心轴5固定且同步转动，中心轴5通过锥副齿轮连接调节手轮13，且中心轴5的顶端安装刻度盘14和指针15。

每组联动机构还包括限位机构，限制推杆27在径向上运动；限位机构包括限位槽28和限位块29，限位槽28固定在固定板19上，径向方向上带有一对向上突出的凸沿；限位块29水平开设通孔30，且紧密固定在限位槽28的一对凸沿之间，推杆27穿过通孔30，推杆27的外径等于通孔30的内径。

支撑座9为上层夹具6和下层夹具7根据型孔的实际情况分别安装或共同安装。

底盘4上设置吊环11，开设定位口12，分别用于吊装和焊接时夹具结构的定位。每组所述联动组件的推杆27和限位机构上方罩设护盖24；固定板19、环形盘18、第一连杆21和第二连杆23上方拼接罩设两块半圆罩10；护盖24的两侧竖直安装护板25。

使用方法如下：

(1)安装准备：预先根据安装座的位置在筒壁1上激光打出型孔3；然后在焊接夹具结构上对应型孔3的位置逐个安装支撑座9，再将待焊接安装座的薄壁钛合金筒形机匣的筒壁1对应套装在焊接夹具结构外；

(2)夹具结构预安装：微转动调节手轮13，带动中心轴5转动，同时指针15在刻度盘14上指示转动角度；此时中心轴5转动，带动两个连接块17扭转，从而使得与连接块17固定的上下两个环形盘18同步转动，此过程包括松弛和向外涨紧两个状态：由于第一连杆21的一端轴连接于固定板19的圆孔处，而推杆27在限位机构作用下只能沿径向方向运动，故环形盘18的长圆孔拉动第一连杆21和第二连杆23连接处时，当第一连杆21和第二连杆23在径向方向上共线为向外涨紧程度最大状态；

(3)夹具结构涨紧安装；转动调节手轮13，调整为向外涨紧状态，此过程中，上层夹具6和下层夹具7的所有的支撑座9在推杆27的外推作用下由内向外同步圆周涨紧筒壁1，进行筒壁1整体的圆周均匀支撑，保证圆度，且各个支撑座9与安装座焊接位置的型孔3对应支撑；

(4)定位焊接：在待焊接安装座的位置进行定位焊接；

(5)拆卸：焊接完成后，反向微转动调节手轮13，使夹具结构处于松弛状态，卸下焊接好的薄壁钛合金筒形机匣工件。