低壓渦輪葉片鋸齒冠數(shù)字化檢測(cè)的研究

鄭 松 錢(qián)寶娟 孫海麗

（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

渦輪葉片的工作狀態(tài)是盆、背鋸齒冠相互搭接，由于盆向鋸齒冠一般設(shè)計(jì)為鋸齒形單斜面，因此其背向的鋸齒冠為雙斜式鋸齒形斜面。這樣，用三坐標(biāo)測(cè)量工具檢測(cè)渦輪葉片的鋸齒冠所有角度和位置尺寸就非常麻煩，因?yàn)槭芗庸すに嚨南拗?，設(shè)計(jì)基準(zhǔn)和加工基準(zhǔn)往往不統(tǒng)一，為保證設(shè)計(jì)和裝配要求，工藝往往采用專(zhuān)用測(cè)量工裝進(jìn)行測(cè)量。這就需要設(shè)計(jì)兩臺(tái)專(zhuān)用測(cè)具分別檢測(cè)盆、背鋸齒冠角度和位置尺寸，并通過(guò)設(shè)計(jì)一套葉片標(biāo)準(zhǔn)件對(duì)表來(lái)達(dá)到檢測(cè)目的。

2 渦輪葉片鋸齒冠的設(shè)計(jì)要求

2.1 葉片三維圖

低渦輪工作葉片是由鋸齒冠、葉身型面、下緣板單個(gè)榫齒構(gòu)成，葉片依靠榫齒定位安裝在渦輪盤(pán)中，并通過(guò)鋸齒冠斜面相互搭接鎖緊，所以鋸齒冠斜面的空間位置無(wú)論從裝配還是性能上都是非常重要的部位，見(jiàn)下圖1。

圖1 葉片三維圖

2.2 葉片測(cè)量位置設(shè)計(jì)分析

由于背向鋸齒冠與下一個(gè)葉片的盆向鋸齒冠相搭接，,因此第一個(gè)葉片的盆向鋸齒冠的平面是繞發(fā)動(dòng)機(jī)軸線旋轉(zhuǎn)2.5度成為下一個(gè)葉片的背向鋸齒冠平面。測(cè)具設(shè)計(jì)主要考慮將葉片放置便于檢測(cè)合適的位置，根據(jù)設(shè)計(jì)圖和規(guī)范規(guī)定，盆、背鋸齒冠角度和位置尺寸的位置度公差為0.2mm，標(biāo)準(zhǔn)件設(shè)計(jì)按葉片名義值設(shè)計(jì)，見(jiàn)下圖2。

圖2 葉片簡(jiǎn)圖

3 測(cè)具結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

3.1 盆向鋸齒冠測(cè)具的設(shè)計(jì)

定位是利用單齒兩側(cè)面、榫頭緣板側(cè)面B1點(diǎn)、鋸齒冠緣板側(cè)面B2點(diǎn)及某截面葉背向M點(diǎn)。測(cè)具設(shè)計(jì)應(yīng)用六點(diǎn)定位原理，為了消除榫齒加工側(cè)面與齒牙垂直誤差，采用單齒微扭轉(zhuǎn)鎖緊機(jī)構(gòu)。當(dāng)需要扭轉(zhuǎn)時(shí)將NO:8插銷(xiāo)拔出使定位塊NO:12繞支座NO:11旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)到位時(shí)用NO:9將NO:11 NO:12鎖緊，如圖3，圖4所示。榫頭緣板X(qián)方向B1點(diǎn)采用R1與該點(diǎn)所在斜面相切的定位樣板定位，同樣鋸齒冠緣板X(qián)方向B2點(diǎn)采用R1與該點(diǎn)所在斜面相切的定位樣板定位；葉背向M點(diǎn)采用0.5寬樣板與該點(diǎn)所在截面曲線相切的定位樣板定位。測(cè)量表座設(shè)計(jì)與被測(cè)表面相平行的平面作為平臺(tái),表座在該平臺(tái)上滑動(dòng)測(cè)量，測(cè)量表采用杠桿數(shù)顯表測(cè)量葉片是否合格。

圖3 扭轉(zhuǎn)鎖緊機(jī)構(gòu)示意圖

圖4 盆向鋸齒冠測(cè)量示意圖

圖5 背向鋸齒冠測(cè)量示意圖

3.2 背向鋸齒冠測(cè)具的設(shè)計(jì)

如圖5所示。定位也是利用單齒兩側(cè)面、榫頭緣板側(cè)面B1點(diǎn)、鋸齒冠緣板側(cè)面B2點(diǎn)及盆向鋸齒小斜面。測(cè)具設(shè)計(jì)應(yīng)用六點(diǎn)定位原理，為了消除榫齒加工側(cè)面與齒牙垂直誤差，采用單齒微扭轉(zhuǎn)鎖緊機(jī)構(gòu)。榫頭緣板X(qián)方向B1點(diǎn)采用R1與該點(diǎn)所在斜面相切的樣板定位，并利用已加工好的盆向鋸齒冠兩斜面定位。測(cè)量表座的設(shè)計(jì)是與被測(cè)表面相平行的的雙斜面作為平臺(tái),表座在該平臺(tái)上滑動(dòng)測(cè)量，測(cè)量表采用杠桿數(shù)顯表測(cè)量葉片是否合格。

3.3 盆、背鋸齒冠標(biāo)準(zhǔn)件的設(shè)計(jì)

圖6 盆、背鋸齒冠標(biāo)準(zhǔn)件

為了減少重復(fù)定位誤差，盆向鋸齒冠標(biāo)準(zhǔn)件與背向鋸齒冠標(biāo)準(zhǔn)件采用合并設(shè)計(jì)。模擬葉片形狀大小設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)件,標(biāo)準(zhǔn)件榫齒齒牙形狀大小與葉片一致，榫頭緣板側(cè)面可以模擬成小平面，葉身型面M點(diǎn)模擬成圓弧型面，盆、背向鋸齒冠形狀、大小也與葉片一致，考慮剛性厚度加大。

為便于標(biāo)注及檢測(cè)設(shè)計(jì)使用工藝球,建立各定位面與工藝球空間位置關(guān)系，并建立各定位面與測(cè)量面角度關(guān)系。主要是榫齒斜、側(cè)面與工藝球的距離和角度關(guān)系，盆向鋸齒冠的斜、側(cè)面直接標(biāo)注和檢測(cè)至工藝球位置尺寸和角度關(guān)系；而背向鋸齒冠是通過(guò)沿與水平方向夾角看至背向鋸齒冠雙斜面到工藝球位置尺寸,并與盆向鋸齒冠斜面的角度關(guān)系，如圖6所示。

3.4 鋸齒冠測(cè)具及標(biāo)準(zhǔn)件

測(cè)具和標(biāo)準(zhǔn)件設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)，利用UG三維建模，將測(cè)具各部件設(shè)計(jì)成參數(shù)化模塊，改變模塊結(jié)構(gòu)尺寸，進(jìn)行參數(shù)化驅(qū)動(dòng)調(diào)試；將工裝模塊進(jìn)行固化、邏輯智能設(shè)計(jì)調(diào)試設(shè)計(jì)，為今后再設(shè)計(jì)同類(lèi)測(cè)具提高效率和質(zhì)量，降低成本，縮短設(shè)計(jì)和制造周期。

結(jié)語(yǔ)

用兩套測(cè)具和一套標(biāo)準(zhǔn)件分別檢查盆、背鋸齒冠結(jié)構(gòu)尺寸，此項(xiàng)設(shè)計(jì)既簡(jiǎn)單，方便測(cè)量，又可以提高盆、背鋸齒冠相互位置精度。盆向鋸齒冠既用于磨盆向鋸齒冠對(duì)表面，又作為磨背向鋸齒冠的定位面，這樣，設(shè)計(jì)成一套標(biāo)準(zhǔn)件可以避免兩次制造產(chǎn)生的誤差，提高檢測(cè)精度。

測(cè)具和標(biāo)準(zhǔn)件通過(guò)葉片的檢測(cè)應(yīng)用，達(dá)到了良好的效果。測(cè)具采用參數(shù)化設(shè)計(jì)減少了設(shè)計(jì)同類(lèi)測(cè)具時(shí)間，大大地提高了設(shè)計(jì)工作效率；也為工裝設(shè)計(jì)開(kāi)辟了新的設(shè)計(jì)思路和理念，同時(shí)也填補(bǔ)了工裝領(lǐng)域的技術(shù)空白。

[1]機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)【Z】.

[2]航空材料手冊(cè)【Z】.

[3]金屬材料與熱處理【Z】.

[4]新編金屬材料手冊(cè).機(jī)械工業(yè)出版社【Z】.

[5]航空量具設(shè)計(jì)手冊(cè)【Z】.