淺談風(fēng)扇精鍛葉片型面數(shù)字化檢測設(shè)計的開發(fā)

孫玉林　孫玉偉　錢寶娟（中航工業(yè)沈陽黎明航空發(fā)動機(jī)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，遼寧　沈陽　　110043）

淺談風(fēng)扇精鍛葉片型面數(shù)字化檢測設(shè)計的開發(fā)

孫玉林孫玉偉錢寶娟
（中航工業(yè)沈陽黎明航空發(fā)動機(jī)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，遼寧沈陽110043）

摘要：由于在風(fēng)扇發(fā)動機(jī)中，一般靜子葉片級數(shù)多達(dá)數(shù)級以上；而且，風(fēng)扇靜子葉片的葉身型面形狀復(fù)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(fù)雜；并且，隨著風(fēng)扇轉(zhuǎn)子、風(fēng)扇靜子葉片精密鍛造技術(shù)的發(fā)展，高精度、小余量精鍛葉片的檢測水平也要向數(shù)字化、自動化、精密化、高效化發(fā)展。因其質(zhì)量數(shù)據(jù)無法用常規(guī)手段獲得，需要應(yīng)用先進(jìn)的檢測儀器來控制精鍛質(zhì)量，即需要應(yīng)用三坐標(biāo)設(shè)備掃描檢測。研究風(fēng)扇轉(zhuǎn)子、靜子葉片檢測設(shè)計的技術(shù)瓶頸，研究葉身型面形狀的形成原理，消化葉片設(shè)計圖，正確理解各截面的樣條曲線關(guān)系；配合工藝，解決高精度、小余量精鍛風(fēng)扇靜子葉片的型面檢測設(shè)計的結(jié)構(gòu)難題是本專業(yè)首要任務(wù)，也是航空領(lǐng)域工裝設(shè)計的重要課題。

關(guān)鍵詞：風(fēng)扇靜子葉片；葉身型面；三坐標(biāo)

1　概述

在航空發(fā)動機(jī)中，雙涵道渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)的高壓壓氣機(jī)組件，其中一般風(fēng)扇轉(zhuǎn)子、靜子葉片級數(shù)較多，風(fēng)扇轉(zhuǎn)子多達(dá)數(shù)級，靜子葉片的級數(shù)也多達(dá)數(shù)級以上，各級同類葉片類型結(jié)構(gòu)比較相近。

隨著風(fēng)扇轉(zhuǎn)子、風(fēng)扇靜子葉片精密鍛造技術(shù)的發(fā)展，精鍛葉片的檢測水平也要向數(shù)字化、自動化、精密化、高效化發(fā)展，要得到精確的葉身型面數(shù)據(jù)，則需要應(yīng)用三坐標(biāo)設(shè)備進(jìn)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(jù)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(huán)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(tǒng)的測具已經(jīng)無法滿足使用要求，急需尋找新型工裝結(jié)構(gòu)和提高工裝設(shè)計制造的質(zhì)量。因此，隨著發(fā)動機(jī)葉片技術(shù)質(zhì)量的提升，與之三坐標(biāo)設(shè)備匹配的型面檢測工裝設(shè)計技術(shù)急需研究和開發(fā)。

為提高檢測質(zhì)量和速度，保證精密鍛造葉片生產(chǎn)的質(zhì)量，滿足新機(jī)研制和批量生產(chǎn)的要求，通過多年設(shè)計經(jīng)驗，從現(xiàn)有檢測工裝設(shè)計和制造能力出發(fā)，我們可以實現(xiàn)精鍛葉片三坐標(biāo)型面支座數(shù)字化檢測自主設(shè)計，自主制造，對其它葉片工裝設(shè)計智能化的工作開發(fā)至關(guān)重要。

2　工裝結(jié)構(gòu)分析

目前各轉(zhuǎn)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(shè)計要求，三坐標(biāo)檢驗成為實現(xiàn)數(shù)字化的主要手段。

（1）立式綜合型面測具的結(jié)構(gòu)，主要由以下幾部分組成:

（2）固定定位機(jī)構(gòu)；

（3）固定壓緊機(jī)構(gòu)；

（4）可移除輔助定位及壓緊機(jī)構(gòu)；

（5）三坐標(biāo)基準(zhǔn)的確定。

3　結(jié)構(gòu)分析

3.1固定定位部分的結(jié)構(gòu)分析

如圖1所示。根據(jù)三坐標(biāo)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(dǎo)致定位時葉片中心位置發(fā)生變化，在最下方采用V型塊進(jìn)行定位，使葉片更加穩(wěn)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(jìn)行壓緊，此壓緊可以繞螺釘旋轉(zhuǎn)，利用滾花高頭螺釘進(jìn)行調(diào)節(jié)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(lián)動的壓緊機(jī)構(gòu)，用左側(cè)的螺釘適當(dāng)根據(jù)V型塊的位置調(diào)節(jié)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(jié)構(gòu)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(jìn)行定位，通過與下端的定位進(jìn)行聯(lián)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(jī)構(gòu)都必須從該測具中移除，在設(shè)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(fù)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(dāng)控制了兩定位塊的運(yùn)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(biāo)基準(zhǔn)的確定

三坐標(biāo)檢測葉身曲線時：首先要考慮的問題是三坐標(biāo)在掃描葉身曲線時不能有阻礙，所以一般應(yīng)設(shè)計成立式檢測結(jié)構(gòu)；在對葉片進(jìn)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(biāo)系與三坐標(biāo)機(jī)座標(biāo)系的相互位置關(guān)系要建立清楚，具體水平和豎直基準(zhǔn)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(jìn)行控制葉片中心位置尺寸。在三坐標(biāo)檢測時，是通過工藝球銷來找葉片中心的，再對葉身進(jìn)行掃描測量。

結(jié)語

通過對某風(fēng)扇靜子精密鍛造葉片的測具制造和使用，能夠快速實現(xiàn)風(fēng)扇靜子精密鍛造葉片葉身型面的檢測要求，該測具結(jié)構(gòu)簡單，定位穩(wěn)定、可靠，精度高。因此，可推廣到其它同類轉(zhuǎn)子、靜子葉片的三坐標(biāo)型面檢測設(shè)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(zhì)量和速度，為精鍛葉片的檢測水平向數(shù)字化、自動化、精密化、高效化發(fā)展，奠定了堅實基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

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

[2]《機(jī)械設(shè)計手冊》聯(lián)合編寫組．機(jī)械設(shè)計手冊[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1979．

圖1

中圖分類號：TG312

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A