淺談精鑄渦輪葉片綜合檢測(cè)的設(shè)計(jì)

孫海麗 錢寶娟 鄭 松

（中航工業(yè)沈陽(yáng)黎明航空發(fā)動(dòng)機(jī)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽(yáng) 110043）

1 概述

航空發(fā)動(dòng)機(jī)中，葉片是航空發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生動(dòng)力的主要零件，葉片型面的形狀精度和位置精度對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能和安全可靠性影響很大，它的種類多，數(shù)量大，形狀復(fù)雜，隨著航空工業(yè)的不斷發(fā)展，葉片的制造精度要求越來(lái)越高，對(duì)它的技術(shù)要求也就更嚴(yán)格，因此葉片測(cè)量就顯得更加重要了。為解決精鑄葉片測(cè)量難題，測(cè)量葉片葉型位置度及扭轉(zhuǎn)的測(cè)具，通過(guò)采用UG三維造型建立葉片和測(cè)具模型，進(jìn)行仿真模擬設(shè)計(jì)，提高了設(shè)計(jì)精度和準(zhǔn)確性。測(cè)具采用一次性裝夾定位，能克服重復(fù)定位對(duì)測(cè)量精度的影響，實(shí)現(xiàn)同一定位安裝位置下定量檢測(cè)出葉片型面的綜合偏差，并采用半封閉直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌，通過(guò)百分表可讀出偏移實(shí)際值，經(jīng)實(shí)際應(yīng)用，證明其結(jié)構(gòu)的工藝可行性和設(shè)計(jì)技術(shù)性能完全達(dá)到檢測(cè)精度的要求。

2 葉片檢測(cè)現(xiàn)狀

精鑄渦輪工作葉片由葉身型面前緣、后緣、榫根環(huán)型面、葉尖(或葉冠環(huán)型面)及葉盆、葉背的流線型曲面構(gòu)成。流線型曲面一般由5-10個(gè)設(shè)計(jì)截面及3-8個(gè)測(cè)量截面構(gòu)成，由于葉身曲面為空間三維特異形曲面，無(wú)法用一般數(shù)學(xué)公式表達(dá)，多采用X、Y、Z坐標(biāo)系描述。葉片由于氣動(dòng)力的需要，對(duì)葉身型面要求非常高，是必檢項(xiàng)目。

3 測(cè)量方法

由于葉身型面為空間雙曲面體構(gòu)成，定位和夾緊比較困難，采用六點(diǎn)定位，在同處于理想位置的樣板型面相互間進(jìn)行比較，作為葉片型面是否合格的判定方法，產(chǎn)品設(shè)計(jì)圖多以透光度，或相對(duì)誤差來(lái)表示，如±0.15mm。這個(gè)比對(duì)誤差實(shí)際上并不是單純的形狀誤差，而是形狀誤差、尺寸誤差、位置誤差三者的綜合體。為了提高設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性，采用三維UG建模設(shè)計(jì)，準(zhǔn)確采集葉片通道和型面參數(shù)，解決了繁瑣的空間尺寸計(jì)算，提高了設(shè)計(jì)效率和準(zhǔn)確性。

檢查葉片葉身型面及偏移、扭轉(zhuǎn)技術(shù)條件、通道點(diǎn)測(cè)具的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)由：定位機(jī)構(gòu)及壓緊機(jī)構(gòu)；偏移機(jī)構(gòu)；扭轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)；確定截面位置機(jī)構(gòu)；型面樣板；通道點(diǎn)樣板。

精鑄渦輪葉片型面測(cè)具總體結(jié)構(gòu)三維圖如圖1，二維圖如圖2。

3.1 定位機(jī)構(gòu)及壓緊機(jī)構(gòu)

為了使葉片測(cè)量時(shí)有一個(gè)正確的位置，有兩個(gè)定位點(diǎn)分別在上、下緣板排氣邊端面，采用小平面定位，有兩個(gè)定位點(diǎn)在背向榫頭平面，采用球頭銷定位，還有一個(gè)定位點(diǎn)在葉片給定截面上采用刃口樣板定位；另一點(diǎn)軸向定位點(diǎn)在葉冠內(nèi)側(cè)曲面上，用球銷定位，壓緊采用光面壓塊通過(guò)螺釘旋合來(lái)調(diào)整壓在上、下緣板的表面，使葉片定位壓緊力比較穩(wěn)定。

3.2 偏移機(jī)構(gòu)

采用半封閉直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單使用方便，它通過(guò)兩導(dǎo)向板限制了梳板座做水平移動(dòng)。由活動(dòng)手柄壓緊螺釘帶動(dòng)梳板座移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)葉片盆背方向的偏移，偏移數(shù)據(jù)由指示表直接讀出，實(shí)現(xiàn)每個(gè)截面偏移量的測(cè)量。葉片理論位置由兩插銷控制。

3.3 扭轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)

首先葉片要理論位置下檢查型面，為了提高合格率，其已在允許扭轉(zhuǎn)±15'后檢查型面。

扭轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)兩端采用轉(zhuǎn)軸與連接板一體旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)動(dòng)位置由兩側(cè)擋銷控制，葉片在理論狀態(tài)下定位后用插銷定位固定。拔出插銷，使扭轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)分別向左右旋轉(zhuǎn)至擋銷位置，以滿足設(shè)計(jì)圖紙要求，即允許葉片葉身沿O-O軸旋轉(zhuǎn)扭轉(zhuǎn)±15'，將扭轉(zhuǎn)角度值換算為線性值，由擋銷與轉(zhuǎn)軸擋板側(cè)面之間的距離控制，換算關(guān)系式如下：

其中：尺寸34.32為擋銷中心到轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)中心（即葉片O-O軸）的距離。

3.4 確定截面位置機(jī)構(gòu)

測(cè)量基準(zhǔn)是利用梳板銷和板條定距，測(cè)量每個(gè)截面型面和緣板及葉冠內(nèi)表面的變化。

用工作樣板插入定距板對(duì)應(yīng)的型面定位銷中，工作樣板的兩個(gè)基面均應(yīng)靠緊測(cè)具的兩個(gè)基面，然后進(jìn)行透光檢查，圖中H:85±0.01、L：100±0.01，均為測(cè)量的基準(zhǔn)尺寸，用于計(jì)算工作樣板的型面。

圖1 三維總圖

圖2 二維總圖

圖3 型面樣板

圖4 通道點(diǎn)樣板

尺寸8.92±0.02為被測(cè)量葉片Ⅳ-Ⅳ截面的測(cè)量位置，用于調(diào)整定距板組合后的正確位置。尺寸0.15±0.01是檢驗(yàn)過(guò)程中允許葉片型面原點(diǎn)對(duì)榫頭中心線的位移量。

3.5 型面樣板

工作樣板分為葉背工作樣板和葉盆工作樣板。為了方便葉型的檢驗(yàn)，一般按葉型厚度尺寸在最大實(shí)體情況設(shè)計(jì)工作樣板，檢驗(yàn)中，保持樣板與測(cè)具板條定位面及梳板銷定位面接觸，然后看葉片的葉背、葉盆型面與工作樣板型面之間的透光間隙大小來(lái)判定是否合格。

工作樣板的計(jì)算

式中：x、y_為葉片型面法向增厚后坐標(biāo)值

在通常情況下，x為理論值，y為給定的公差制造，當(dāng)通過(guò)型面各點(diǎn)之切線與x軸之夾角大于45°時(shí)，則y坐標(biāo)為理論值，x坐標(biāo)為給定的公差制造。

3.6 通道點(diǎn)樣板的設(shè)計(jì)

在葉片三維圖中根據(jù)葉片葉冠、緣板分別給定的四個(gè)測(cè)量點(diǎn)坐標(biāo)做出其所在面的法向直線，直線長(zhǎng)度按此面最大實(shí)體給出，檢驗(yàn)時(shí)，保持樣板與測(cè)具板條定位面及梳板銷定位面接觸，然后看葉片的葉冠及緣板型面與工作樣板測(cè)量銷之間的透光間隙大小來(lái)判定是否合格。

葉片型面樣板，如圖3；通道點(diǎn)樣板，如圖4。

結(jié)語(yǔ)

無(wú)余量精鑄渦輪葉片型面和緣板及葉冠相關(guān)測(cè)量方法，適用新產(chǎn)品研制時(shí)間緊、進(jìn)度急、成本費(fèi)用低等現(xiàn)狀，采用樣板測(cè)量形式，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工人操作方便，并通過(guò)與三坐標(biāo)測(cè)量葉片比較，能保證精鑄葉片的測(cè)量精度。

[1]航空工藝裝備設(shè)計(jì)手冊(cè).北京國(guó)防工業(yè)出版社，1978.

[2]機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè).化學(xué)工業(yè)出版社，1979.