淺談風扇精鍛葉片型面數字化檢測設計的開發

孫玉林　孫玉偉　錢寶娟（中航工業沈陽黎明航空發動機（集團）有限責任公司，遼寧　沈陽　　110043）

淺談風扇精鍛葉片型面數字化檢測設計的開發

孫玉林孫玉偉錢寶娟
（中航工業沈陽黎明航空發動機（集團）有限責任公司，遼寧沈陽110043）

摘要：由于在風扇發動機中，一般靜子葉片級數多達數級以上；而且，風扇靜子葉片的葉身型面形狀復雜，每個截面都是由封閉的樣條曲線形成，因此，其葉身的形狀是由多條樣條曲線形成的復雜；并且，隨著風扇轉子、風扇靜子葉片精密鍛造技術的發展，高精度、小余量精鍛葉片的檢測水平也要向數字化、自動化、精密化、高效化發展。因其質量數據無法用常規手段獲得，需要應用先進的檢測儀器來控制精鍛質量，即需要應用三坐標設備掃描檢測。研究風扇轉子、靜子葉片檢測設計的技術瓶頸，研究葉身型面形狀的形成原理，消化葉片設計圖，正確理解各截面的樣條曲線關系；配合工藝，解決高精度、小余量精鍛風扇靜子葉片的型面檢測設計的結構難題是本專業首要任務，也是航空領域工裝設計的重要課題。

關鍵詞：風扇靜子葉片；葉身型面；三坐標

1　概述

在航空發動機中，雙涵道渦輪風扇發動機的高壓壓氣機組件，其中一般風扇轉子、靜子葉片級數較多，風扇轉子多達數級，靜子葉片的級數也多達數級以上，各級同類葉片類型結構比較相近。

隨著風扇轉子、風扇靜子葉片精密鍛造技術的發展，精鍛葉片的檢測水平也要向數字化、自動化、精密化、高效化發展，要得到精確的葉身型面數據，則需要應用三坐標設備進行掃描檢測。由于原葉片鍛造工藝余量較大，均用型面測具樣板檢測，根據樣板與葉身的透光間隙，確定葉片的葉身是否合格，人為因素、環境的變化都對葉片的檢測有著很大的影響，而且測具的定位精度低，影響葉片的中心位置，對檢測也有較大的影響；傳統的測具已經無法滿足使用要求，急需尋找新型工裝結構和提高工裝設計制造的質量。因此，隨著發動機葉片技術質量的提升，與之三坐標設備匹配的型面檢測工裝設計技術急需研究和開發。

為提高檢測質量和速度，保證精密鍛造葉片生產的質量，滿足新機研制和批量生產的要求，通過多年設計經驗，從現有檢測工裝設計和制造能力出發，我們可以實現精鍛葉片三坐標型面支座數字化檢測自主設計，自主制造，對其它葉片工裝設計智能化的工作開發至關重要。

2　工裝結構分析

目前各轉子、靜子葉片的精鍛葉身型面精度要求越來越高，為了更好的滿足設計要求，三坐標檢驗成為實現數字化的主要手段。

（1）立式綜合型面測具的結構，主要由以下幾部分組成:

（2）固定定位機構；

（3）固定壓緊機構；

（4）可移除輔助定位及壓緊機構；

（5）三坐標基準的確定。

3　結構分析

3.1固定定位部分的結構分析

如圖1所示。根據三坐標檢測的要求，在測量時需要將葉片立式放置，采用六點定位，在葉身上采用點定位，避免了以往型面測具采用小面定位，采用一小段型面定位時，無法完全擬合葉片的形狀，導致定位時葉片中心位置發生變化，在最下方采用V型塊進行定位，使葉片更加穩固可靠，在沿Z軸方向采用一球銷定位。

如圖1所示。固定端壓緊一采用與葉身定位點高度一致的壓緊，此壓緊采用圓形刀刃進行壓緊，此壓緊可以繞螺釘旋轉，利用滾花高頭螺釘進行調節壓緊的位置，大概壓緊位置處于兩個葉身定位點中間。固定端壓緊二，采用與V型塊聯動的壓緊機構，用左側的螺釘適當根據V型塊的位置調節壓緊塊的位置，可以充分壓緊固定零件。

3.2可移除輔助定位及壓緊部分的結構分析

如圖1所示。在測具上端采用葉身一點和一各V型塊進行定位，通過與下端的定位進行聯合，將葉片的中心擺正（理論位置），因為葉身定位塊與V型定位的機構都必須從該測具中移除，在設計時需考慮兩方面因素：

（1）這兩個定位必須是活動的；

（2）兩個定位在反復安裝后定位精度高。

如圖1所示。在測具的底座加工一各V型槽，當控制了兩定位塊的運動方向，再固定一個高度定位塊，使定位至于其上時，定位塊處于理論位置。

3.3三坐標基準的確定

三坐標檢測葉身曲線時：首先要考慮的問題是三坐標在掃描葉身曲線時不能有阻礙，所以一般應設計成立式檢測結構；在對葉片進行六點定位后，要移去一些影響測量的定位元件；其次葉片原始坐標系與三坐標機座標系的相互位置關系要建立清楚，具體水平和豎直基準尺寸明確。如圖1所示。在測具上放置一工藝球銷，保證工藝球銷位置尺寸和葉片中心位置的尺寸公差不大于0.005mm，間接用工藝球進行控制葉片中心位置尺寸。在三坐標檢測時，是通過工藝球銷來找葉片中心的，再對葉身進行掃描測量。

結語

通過對某風扇靜子精密鍛造葉片的測具制造和使用，能夠快速實現風扇靜子精密鍛造葉片葉身型面的檢測要求，該測具結構簡單，定位穩定、可靠，精度高。因此，可推廣到其它同類轉子、靜子葉片的三坐標型面檢測設計中去，這同樣板型面的測具相比，可以大大提高精鍛葉片型面的檢測質量和速度，為精鍛葉片的檢測水平向數字化、自動化、精密化、高效化發展，奠定了堅實基礎。

參考文獻

[1]《航空工藝裝備設計手冊》編寫組．航空工藝裝備設計手冊[M]．北京：國防工業出版社，1978．

[2]《機械設計手冊》聯合編寫組．機械設計手冊[M]．北京：化學工業出版社，1979．

圖1

中圖分類號：TG312

文獻標識碼：A