葉片型測具設計制造精度研究

王麗

葉片型測具設計制造精度研究

王麗

（哈爾濱東安發動機（集團）有限公司 黑龍江哈爾濱 150066）

葉片是航空發動機最為關鍵的零件之一，其型面質量對發動機的能量轉換效率起決定性作用，因此葉片質量檢測非常重要。另一方面，葉片結構和形狀復雜，其型面質量檢測具有相當的難度。在生產實踐中，葉片型面檢測需要設計專用的測具。同時，葉片是多個葉片成聯精密鑄造而成，這就給葉片設計提出了更高的要求，也給制造帶來了一定困難。

測具；制造；精度

在航空發動機中葉片是最為關鍵的部件之一，其型面質量更是直接決定了發動機的性能和穩定性，葉片型面檢測及其測具的設計效率是影響葉片制造的關鍵環節之一。葉片結構和形狀復雜，其型面質量檢測具有相當的難度。在生產實踐中，葉片型面檢測需要設計專用的測具。

1 葉片型面測具設計

（1）要考慮葉片定位合理及生成測具中檢測樣板的型線。在以前的葉片型面測具設計過程中，每次設計同一類葉片測具時，都會做許多重復工作，如定位尺寸的計算及檢測截面的生成等。基于樣板法的葉片測具的結構形式相對固定，分析其結構組成及結構間關系，抽象為一種固化的參數化結構模型，本文稱之為模板。針對待檢葉片的結構和尺寸形狀，系統進行相關參數的計算，可快速生成新的測具。模板的設計主要考慮葉片定位合理及生成測具中檢測樣板的型線。

（2）工裝結構的標準化。葉片的形狀不規則性導致工裝多數采用空間點、型線或型面來定位夾緊，這部分尺寸、結構變化較大，要完全標準化不太現實；但除此之外的其它零部件結構卻有很多共性，經過對比篩選，可找出一般規律將它們不同程度的標準化。我們對預終鍛模、切邊/葉尖模、進排氣邊銑削夾具、澆鑄夾具、榫頭銑削/拉削/磨削夾具、鍛造緣板高度測具、榫頭三坐標測具、投影測具、葉根最大輪廓過規、葉尖長度測具等工裝進行了標準化。

（3）確定型面位置機構及型面樣板。葉片各截面的位置由測具兩側的兩對立板上的定位槽確定，槽寬和槽高與樣板的寬度和高度保證滑動靈活的較小配合間隙，當各截面葉盆、葉背型面樣板的后端面與兩對立板的外側面齊平時，為葉片各截面原始型面的位置。通過測量各截面型面樣板的后端面與兩側立板外側面的相對差值，直接讀出葉片各截面葉盆、葉背方向的誤差值。葉片型面樣板的型面部分由UG直接采點形成，提高了設計效率和型面形成的準確性，而且直接在三維模型中生成，可以直觀的觀察出樣板與葉身是否發生干涉，尤其是樣板的倒棱方向。

（4）參數化技術的應用。即設計對象的結構外形大致一樣，可以用一組參數來約定其尺寸關系。采用參數化設計方法，首先建立葉片型面測具模板，模板的模型全部通過參數進行驅動，如果檢測葉片尺寸形狀改變，只需更新模板對應的表達式參數，即可實現葉片測具的快速設計。在測具模板的建模過程中，采用自頂向下的裝配設計方法。通過葉片參數更新的測具模型變量參數，通過測具模型參數更新變量參數。

2 葉片型面測具制造

（1）數字化技術。葉片是航空發動機中非常關鍵的一類典型零件，具有種類多、數量大、形面復雜、幾何精度要求高等特點。在航空發動機零件中，葉片是壽命較短的零件，因此發動機葉片的制造品質直接影響到發動機性能與壽命。航空發動機葉片長時間工作在高溫高壓的惡劣環境下經常出現各種損傷。葉片損傷會降低發動機效率，甚至對飛行安全產生影響。雖然近年來，中國國內航空部件維修技術在具體修復工藝等方面取得很大突破，但是航空發動機葉片隨著其工作時間的增加，形狀和尺寸都會產生一定的變化，不能依據發動機廠商提供標準尺寸進行修復。尤其某些損傷較嚴重的轉子葉片往往都帶有明顯特征，應針對損傷的類型進行個性化修復，其工作基礎就是建立葉片的數字化模型，亦稱數字化再制造。在現代戰爭條件下，對于航空發動機的零部件制造效率和制造質量提出較高要求，其中葉片作為發動機中數量最大的一類零件，其制造效率直接影響發動機整體制造效率，而葉片的制造品質直接影響到發動機性能與壽命。目前數字化制造技術已全面開展三維數字化設計和虛擬裝配，形成了全機級和部件級的數字樣機，在產品工藝設計和工裝設計制造上基本都采用了數字化技術，并已開始研究數字化裝配技術。

（2）五坐標數控加工技術。五坐標是指在3個平動坐標軸基礎上增加2個轉動坐標軸（A，B或A，C或B，C）且5個軸可以聯動。由于具有2個轉動軸，導致5坐標機床有很多種運動軸配置方案。當建模完成后在UG軟件中的加工模塊，可以自動產生數控機床能接受的數控加T指令。傳統的葉輪加工方法是葉片與輪廓采用不同的毛坯，分別加T成形后將葉片焊接在輪廓上。此方法不僅費時費力，且葉輪的各種性能難以保證。

（3）高能束流加工、特種焊接等新工藝技術得到廣泛應用。①以高能束流加工為代表的特種加工技術在難切削材料加工，復雜構件的型腔、型面、型孔、微小孔、細微槽及縫的加工中具有明顯優勢，解決了常規加工方法難以解決的問題。特種加工技術主要包括激光加工、電子束加工、離子束加工、等離子加工、電火花加工、電解加工、電液束加工、超聲波加工、磨粒流加工和高壓水射流切割等。②特種焊接技術在飛機、發動機焊接結構葉片件中的應用越來越廣泛。特種焊接技術主要包括鎢極惰性氣體保護弧焊、活性焊劑焊接、自蔓延高溫合成焊接、等離子弧焊、電子束焊、激光焊、真空釬焊、擴散焊、慣性摩擦焊、線性摩擦焊和真空電弧焊等。

3 結束語

總之，航空發動機是飛機的心臟，飛機的性能在很大程度上取決于發動機的制造水平。葉片是其中最關鍵且種類繁雜的零件之一，葉片的加工質量對發動機的各項性能指標起著極其重要的作用。因此，在航空發動機零件生產制造過程中，可靠的葉片工藝裝備是必不可少的輔助工具。

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2016-10-20