葉片型測具設(shè)計制造精度研究

王麗

葉片型測具設(shè)計制造精度研究

王麗

（哈爾濱東安發(fā)動機(jī)（集團(tuán)）有限公司 黑龍江哈爾濱 150066）

葉片是航空發(fā)動機(jī)最為關(guān)鍵的零件之一，其型面質(zhì)量對發(fā)動機(jī)的能量轉(zhuǎn)換效率起決定性作用，因此葉片質(zhì)量檢測非常重要。另一方面，葉片結(jié)構(gòu)和形狀復(fù)雜，其型面質(zhì)量檢測具有相當(dāng)?shù)碾y度。在生產(chǎn)實(shí)踐中，葉片型面檢測需要設(shè)計專用的測具。同時，葉片是多個葉片成聯(lián)精密鑄造而成，這就給葉片設(shè)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(fā)動機(jī)中葉片是最為關(guān)鍵的部件之一，其型面質(zhì)量更是直接決定了發(fā)動機(jī)的性能和穩(wěn)定性，葉片型面檢測及其測具的設(shè)計效率是影響葉片制造的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。葉片結(jié)構(gòu)和形狀復(fù)雜，其型面質(zhì)量檢測具有相當(dāng)?shù)碾y度。在生產(chǎn)實(shí)踐中，葉片型面檢測需要設(shè)計專用的測具。

1 葉片型面測具設(shè)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(shè)計過程中，每次設(shè)計同一類葉片測具時，都會做許多重復(fù)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(jié)構(gòu)形式相對固定，分析其結(jié)構(gòu)組成及結(jié)構(gòu)間關(guān)系，抽象為一種固化的參數(shù)化結(jié)構(gòu)模型，本文稱之為模板。針對待檢葉片的結(jié)構(gòu)和尺寸形狀，系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)參數(shù)的計算，可快速生成新的測具。模板的設(shè)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(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化。葉片的形狀不規(guī)則性導(dǎo)致工裝多數(shù)采用空間點(diǎn)、型線或型面來定位夾緊，這部分尺寸、結(jié)構(gòu)變化較大，要完全標(biāo)準(zhǔn)化不太現(xiàn)實(shí)；但除此之外的其它零部件結(jié)構(gòu)卻有很多共性，經(jīng)過對比篩選，可找出一般規(guī)律將它們不同程度的標(biāo)準(zhǔn)化。我們對預(yù)終鍛模、切邊/葉尖模、進(jìn)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(biāo)測具、投影測具、葉根最大輪廓過規(guī)、葉尖長度測具等工裝進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化。

（3）確定型面位置機(jī)構(gòu)及型面樣板。葉片各截面的位置由測具兩側(cè)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(dāng)各截面葉盆、葉背型面樣板的后端面與兩對立板的外側(cè)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(cè)立板外側(cè)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(diǎn)形成，提高了設(shè)計效率和型面形成的準(zhǔn)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(fā)生干涉，尤其是樣板的倒棱方向。

（4）參數(shù)化技術(shù)的應(yīng)用。即設(shè)計對象的結(jié)構(gòu)外形大致一樣，可以用一組參數(shù)來約定其尺寸關(guān)系。采用參數(shù)化設(shè)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(shù)進(jìn)行驅(qū)動，如果檢測葉片尺寸形狀改變，只需更新模板對應(yīng)的表達(dá)式參數(shù)，即可實(shí)現(xiàn)葉片測具的快速設(shè)計。在測具模板的建模過程中，采用自頂向下的裝配設(shè)計方法。通過葉片參數(shù)更新的測具模型變量參數(shù)，通過測具模型參數(shù)更新變量參數(shù)。

2 葉片型面測具制造

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

（2）五坐標(biāo)數(shù)控加工技術(shù)。五坐標(biāo)是指在3個平動坐標(biāo)軸基礎(chǔ)上增加2個轉(zhuǎn)動坐標(biāo)軸（A，B或A，C或B，C）且5個軸可以聯(lián)動。由于具有2個轉(zhuǎn)動軸，導(dǎo)致5坐標(biāo)機(jī)床有很多種運(yùn)動軸配置方案。當(dāng)建模完成后在UG軟件中的加工模塊，可以自動產(chǎn)生數(shù)控機(jī)床能接受的數(shù)控加T指令。傳統(tǒng)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(fèi)時費(fèi)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(shù)得到廣泛應(yīng)用。①以高能束流加工為代表的特種加工技術(shù)在難切削材料加工，復(fù)雜構(gòu)件的型腔、型面、型孔、微小孔、細(xì)微槽及縫的加工中具有明顯優(yōu)勢，解決了常規(guī)加工方法難以解決的問題。特種加工技術(shù)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(shù)在飛機(jī)、發(fā)動機(jī)焊接結(jié)構(gòu)葉片件中的應(yīng)用越來越廣泛。特種焊接技術(shù)主要包括鎢極惰性氣體保護(hù)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(kuò)散焊、慣性摩擦焊、線性摩擦焊和真空電弧焊等。

3 結(jié)束語

總之，航空發(fā)動機(jī)是飛機(jī)的心臟，飛機(jī)的性能在很大程度上取決于發(fā)動機(jī)的制造水平。葉片是其中最關(guān)鍵且種類繁雜的零件之一，葉片的加工質(zhì)量對發(fā)動機(jī)的各項(xiàng)性能指標(biāo)起著極其重要的作用。因此，在航空發(fā)動機(jī)零件生產(chǎn)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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1004-7344（2016）31-0223-01

2016-10-20