低壓渦輪葉片鋸齒冠數(shù)字化檢測的研究

鄭 松 錢寶娟 孫海麗

（中航工業(yè)沈陽黎明航空發(fā)動機（集團）有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽 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)測量工具檢測渦輪葉片的鋸齒冠所有角度和位置尺寸就非常麻煩，因為受加工工藝的限制，設(shè)計基準(zhǔn)和加工基準(zhǔn)往往不統(tǒng)一，為保證設(shè)計和裝配要求，工藝往往采用專用測量工裝進行測量。這就需要設(shè)計兩臺專用測具分別檢測盆、背鋸齒冠角度和位置尺寸，并通過設(shè)計一套葉片標(biāo)準(zhǔn)件對表來達到檢測目的。

2 渦輪葉片鋸齒冠的設(shè)計要求

2.1 葉片三維圖

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

圖1 葉片三維圖

2.2 葉片測量位置設(shè)計分析

由于背向鋸齒冠與下一個葉片的盆向鋸齒冠相搭接，,因此第一個葉片的盆向鋸齒冠的平面是繞發(fā)動機軸線旋轉(zhuǎn)2.5度成為下一個葉片的背向鋸齒冠平面。測具設(shè)計主要考慮將葉片放置便于檢測合適的位置，根據(jù)設(shè)計圖和規(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)計按葉片名義值設(shè)計，見下圖2。

圖2 葉片簡圖

3 測具結(jié)構(gòu)的設(shè)計

3.1 盆向鋸齒冠測具的設(shè)計

定位是利用單齒兩側(cè)面、榫頭緣板側(cè)面B1點、鋸齒冠緣板側(cè)面B2點及某截面葉背向M點。測具設(shè)計應(yīng)用六點定位原理，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)鎖緊機構(gòu)。當(dāng)需要扭轉(zhuǎn)時將NO:8插銷拔出使定位塊NO:12繞支座NO:11旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)到位時用NO:9將NO:11 NO:12鎖緊，如圖3，圖4所示。榫頭緣板X方向B1點采用R1與該點所在斜面相切的定位樣板定位，同樣鋸齒冠緣板X方向B2點采用R1與該點所在斜面相切的定位樣板定位；葉背向M點采用0.5寬樣板與該點所在截面曲線相切的定位樣板定位。測量表座設(shè)計與被測表面相平行的平面作為平臺,表座在該平臺上滑動測量，測量表采用杠桿數(shù)顯表測量葉片是否合格。

圖3 扭轉(zhuǎn)鎖緊機構(gòu)示意圖

圖4 盆向鋸齒冠測量示意圖

圖5 背向鋸齒冠測量示意圖

3.2 背向鋸齒冠測具的設(shè)計

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、鋸齒冠緣板側(cè)面B2點及盆向鋸齒小斜面。測具設(shè)計應(yīng)用六點定位原理，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)鎖緊機構(gòu)。榫頭緣板X方向B1點采用R1與該點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。測量表座的設(shè)計是與被測表面相平行的的雙斜面作為平臺,表座在該平臺上滑動測量，測量表采用杠桿數(shù)顯表測量葉片是否合格。

3.3 盆、背鋸齒冠標(biāo)準(zhǔn)件的設(shè)計

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。模擬葉片形狀大小設(shè)計標(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)注及檢測設(shè)計使用工藝球,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)注和檢測至工藝球位置尺寸和角度關(guān)系；而背向鋸齒冠是通過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 鋸齒冠測具及標(biāo)準(zhǔn)件

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

結(jié)語

用兩套測具和一套標(biāo)準(zhǔn)件分別檢查盆、背鋸齒冠結(jié)構(gòu)尺寸，此項設(shè)計既簡單，方便測量，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表面，又作為磨背向鋸齒冠的定位面，這樣，設(shè)計成一套標(biāo)準(zhǔn)件可以避免兩次制造產(chǎn)生的誤差，提高檢測精度。

測具和標(biāo)準(zhǔn)件通過葉片的檢測應(yīng)用，達到了良好的效果。測具采用參數(shù)化設(shè)計減少了設(shè)計同類測具時間，大大地提高了設(shè)計工作效率；也為工裝設(shè)計開辟了新的設(shè)計思路和理念，同時也填補了工裝領(lǐng)域的技術(shù)空白。

[1]機械設(shè)計手冊【Z】.

[2]航空材料手冊【Z】.

[3]金屬材料與熱處理【Z】.

[4]新編金屬材料手冊.機械工業(yè)出版社【Z】.

[5]航空量具設(shè)計手冊【Z】.