本发明涉及磨粒流光整加工，具体地，涉及一种整体叶盘磨粒流光整夹具及其设计方法。
背景技术：
1、整体叶盘是航空发动机的核心部件，其构形复杂，且是在高温、高压、高速的复杂工况下长期服役，它的表面完整性对航空发动机的服役性能和寿命具有巨大影响。磨粒流光整加工技术具有良好的加工可达性和优异的抛光效果，因此成为了提高航空发动机整体叶盘表面完整性的主要手段。
2、磨粒流加工通常需要根据零件的光整要求设计专用夹具，一方面引导磨料介质流过被加工表面，另一方面通过夹具型面调控流道内部加工介质的流动特性，进而改变加工介质对被加工部位产生的作用力，改善加工效果。
3、公告号为cn207014178u的专利提出一种耦合模块式磨粒流抛光夹具，该夹具采用了上分流板、外套筒、下分流半板上下组合结构，并采用与整体叶盘叶片表面具有耦合曲面形状的约束模块调节加工介质流过的叶片间隙流道，从而保证叶片表面的加工均匀性。但该专利缺少针对不同结构尺寸的整体叶盘系统性的、定量化的夹具设计过程，尤其受整体叶盘结构复杂、尺寸变化范围大、更新换代周期短等特征的影响，其工装夹具设计通用性差，耗费时间长，成本高。
4、公开号为cn117484389a的专利公开一种高精度的磨粒流加工用的涡轮盘榫槽夹具装置及设计方法，涡轮盘榫槽夹具装置有第一导流板、第一支撑板、第一轴盖、轴、缸圈、第一导流体、第二导流体等。涡轮盘榫槽夹具设计方法设置有以下步骤：步骤一：solidworks建立所述的一种高精度的磨粒流加工用的涡轮盘榫槽夹具装置。步骤二：ansysworkbench2022r1的几何结构建模中，在所述步骤一中的装置中，抽取体积。步骤三：ansysworkbench2022r1的网格建模。步骤四：ansys workbench 2022r1的流体仿真中，在所述步骤三中选择多相流模型和粘性模型，设置边界条件。步骤五：对所述一种高精度的磨粒流加工用的涡轮盘榫槽夹具装置进行流体仿真的压力和湍流动能分析。
5、上述设计方法专利虽然也是针对夹具装置进行设计，但其完全是通过仿真分析设计磨粒流进出料的导流板开口倾斜度、和叶片叶尖相对的导流体处锥面倾斜度、导流夹与十字架结构之间的距离等参数实现三道导流效果，来提升涡轮盘榫槽的磨粒流加工精度。该专利的技术方案没有结合加工对象件自身的结构尺寸进行设计，无法设计出和对象件相适应并真正实现加工精度提升的磨粒流光整夹具。
技术实现思路
1、本发明要解决的技术问题在于针对现有技术的缺陷，提供一种整体叶盘磨粒流光整夹具，并同时提供该光整夹具的设计方法。
2、本发明的目的通过以下技术方案实现：
3、一种整体叶盘磨粒流光整夹具，包括导流支撑部、装夹部和流道形成部，所述导流支撑部包括下导流盘、上导流盘及设于下导流盘上用于支撑上导流盘的支撑壁，所述上导流盘上开设介质出入上孔，所述下导流盘上开设介质出入下孔；所述装夹部设置在导流支撑部中心，包括设于下导流盘上的固定支座、贯穿固定支座的支撑轴及套设在支撑轴上的固定端盖，所述整体叶盘位于固定端盖和固定支座形成的空间内，所述支撑轴设置在下导流盘上；所述流道形成部包括沿整体叶盘轴向依次布置的上壁、中壁和下壁，所述上壁和上导流盘相接，所述下壁和下导流盘相接，所述中壁内表面为倾斜壁面，所述倾斜壁面和整体叶盘叶尖相对布置；所述流道形成部和装夹部之间形成磨粒流介质流道。
4、一种如上所述的整体叶盘磨粒流光整夹具的设计方法，包括如下步骤：
5、s1.根据整体叶盘叶根流道面外圆直径d1、整体叶盘外圆直径d2、整体叶盘叶片轴向弦长c、叶片叶尖倾角θ0，设定叶尖间隙δ初始取值，通过计算得出固定支座高度h1、上壁高度h2、中壁高度h3、下壁高度h4、中壁倾斜壁面倾角θ1、上壁内表面直径d3、中壁内表面直径d4、下壁内表面直径d5、支撑壁外径dsupport、上导流盘介质出入上孔直径dup、下导流盘介质出入下孔直径ddown、上导流盘外径d0；下导流盘外径和上导流盘外径相等；
6、h3＝c；
7、h2＝h4＝h1；
8、θ1＝θ0；
9、d3＝d2+2δ；
10、d4＝d3-h3sinθ1；
11、d5＝d3+h3sinθ1；
12、dsupport＝1.75～2max(d3,d4,d5)>dm1；
13、d1<dup＝ddown<d2；
14、d0＝dsupport+2δl<wm；δl为上导流盘从支撑壁外周至上导流盘外周的宽度尺寸裕量；
15、dm1为磨粒流机床磨料缸直径；wm为磨粒流机床合模液压缸间距；
16、s2.利用s1所得数据构建夹具的初步三维结构模型，提取流道初步三维模型，进行流体力学仿真，获得初步仿真结果；
17、s3.回到s1，改变叶尖间隙δ、上导流盘介质出入上孔直径dup的取值，通过s2获得不同参数流道结构下的仿真结果；
18、s4.结合s2和s3的仿真结果，筛选出最佳叶尖间隙δ′与最佳上导流盘介质出入上孔直径dup′；
19、s5.根据最佳叶尖间隙δ′与最佳上导流盘介质出入上孔直径dup′，更新s1中夹具各参数。
20、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
21、本发明的夹具为根据被加工整体叶盘的叶片流道特征，构造加工介质流动路线，以等截面、上下对称、装拆方便等设计为准则，基于整体叶盘结构尺寸设计，形成能显著提升整体叶盘加工精度的磨料流道。
22、夹具设计过程以整体叶盘关键尺寸为基础，通过初设叶尖间隙范围等值，构建夹具三维结构模型，并对流道进行多种叶尖间隙值、上导流盘介质出入上孔直径值条件下的流体力学仿真，以零件表面加工能力即pv值的归一化值为依据评判流场分布特征，根据仿真分析结果对上导流盘介质出入上孔直径、叶尖间隙等关键尺寸进行参数优化，得出能真正和加工对象结构尺寸相适应的、能显著提升加工精度的磨粒流光整夹具。
1.一种整体叶盘磨粒流光整夹具，其特征在于，包括导流支撑部、装夹部和流道形成部，所述导流支撑部包括下导流盘、上导流盘及设于下导流盘上用于支撑上导流盘的支撑壁，所述上导流盘上开设介质出入上孔，所述下导流盘上开设介质出入下孔；所述装夹部设置在导流支撑部中心，包括设于下导流盘上的固定支座、贯穿固定支座的支撑轴及套设在支撑轴上的固定端盖，所述整体叶盘位于固定端盖和固定支座形成的空间内，所述支撑轴设置在下导流盘上；所述流道形成部包括沿整体叶盘轴向依次布置的上壁、中壁和下壁，所述上壁和上导流盘相接，所述下壁和下导流盘相接，所述中壁内表面为倾斜壁面，所述倾斜壁面和整体叶盘叶尖相对布置；所述流道形成部和装夹部之间形成磨粒流介质流道。
2.根据权利要求1所述的整体叶盘磨粒流光整夹具，其特征在于，所述上壁、中壁和下壁相互之间通过止口配合。
3.一种如权利要求1或2所述的整体叶盘磨粒流光整夹具的设计方法，其特征在于，包括如下步骤：
4.根据权利要求3所述的整体叶盘磨粒流光整夹具的设计方法，其特征在于，s4中δ′和dup′的最佳值通过提取叶背型面与叶盆型面上采样点的表面压力p与近壁面流速v，计算pv值，得到pv值的归一化值分布情况进行评判。
5.根据权利要求3所述的整体叶盘磨粒流光整夹具的设计方法，其特征在于，上导流盘外径d0的取值需满足磨粒流机床合模加工密封性，即：
6.根据权利要求3所述的整体叶盘磨粒流光整夹具的设计方法，其特征在于，利用s5所得数据构建夹具三维模型，进行静力学结构力学仿真，以确认夹具强度是否合格；若不合格，需调整s1中支撑壁外径dsupport和上导流盘外径d0取值，其余参数保持不变，重新构建夹具三维模型进行静力学结构力学仿真，直至强度满足要求。
7.根据权利要求6所述的整体叶盘磨粒流光整夹具的设计方法，其特征在于，制作磨粒流光整夹具，进行磨粒流加工试验，对加工后的试验件表面质量和尺寸精度进行检测，确认夹具是否满足整体叶盘磨粒流加工使用要求，否则更换叶尖间隙δ取值，重新执行s1～s5。
8.根据权利要求3所述的整体叶盘磨粒流光整夹具的设计方法，其特征在于，叶尖间隙δ初始取值范围为2～10mm。
9.根据权利要求3所述的整体叶盘磨粒流光整夹具的设计方法，其特征在于，上导流盘厚度h5≥20mm。
10.根据权利要求9所述的整体叶盘磨粒流光整夹具的设计方法，其特征在于，下导流盘厚度和上导流盘厚度相等，夹具总高度h0＝h2+h3+h4+2h5<hm，hm为磨粒流机床最大工作高度。
