浅谈精铸涡轮叶片综合检测的设计

孙海丽 钱宝娟 郑 松

（中航工业沈阳黎明航空发动机（集团）有限责任公司，辽宁 沈阳 110043）

1 概述

航空发动机中，叶片是航空发动机产生动力的主要零件，叶片型面的形状精度和位置精度对发动机的性能和安全可靠性影响很大，它的种类多，数量大，形状复杂，随着航空工业的不断发展，叶片的制造精度要求越来越高，对它的技术要求也就更严格，因此叶片测量就显得更加重要了。为解决精铸叶片测量难题，测量叶片叶型位置度及扭转的测具，通过采用UG三维造型建立叶片和测具模型，进行仿真模拟设计，提高了设计精度和准确性。测具采用一次性装夹定位，能克服重复定位对测量精度的影响，实现同一定位安装位置下定量检测出叶片型面的综合偏差，并采用半封闭直线运动导轨，通过百分表可读出偏移实际值，经实际应用，证明其结构的工艺可行性和设计技术性能完全达到检测精度的要求。

2 叶片检测现状

精铸涡轮工作叶片由叶身型面前缘、后缘、榫根环型面、叶尖(或叶冠环型面)及叶盆、叶背的流线型曲面构成。流线型曲面一般由5-10个设计截面及3-8个测量截面构成，由于叶身曲面为空间三维特异形曲面，无法用一般数学公式表达，多采用X、Y、Z坐标系描述。叶片由于气动力的需要，对叶身型面要求非常高，是必检项目。

3 测量方法

由于叶身型面为空间双曲面体构成，定位和夹紧比较困难，采用六点定位，在同处于理想位置的样板型面相互间进行比较，作为叶片型面是否合格的判定方法，产品设计图多以透光度，或相对误差来表示，如±0.15mm。这个比对误差实际上并不是单纯的形状误差，而是形状误差、尺寸误差、位置误差三者的综合体。为了提高设计的准确性，采用三维UG建模设计，准确采集叶片通道和型面参数，解决了繁琐的空间尺寸计算，提高了设计效率和准确性。

检查叶片叶身型面及偏移、扭转技术条件、通道点测具的设计结构由：定位机构及压紧机构；偏移机构；扭转机构；确定截面位置机构；型面样板；通道点样板。

精铸涡轮叶片型面测具总体结构三维图如图1，二维图如图2。

3.1 定位机构及压紧机构

为了使叶片测量时有一个正确的位置，有两个定位点分别在上、下缘板排气边端面，采用小平面定位，有两个定位点在背向榫头平面，采用球头销定位，还有一个定位点在叶片给定截面上采用刃口样板定位；另一点轴向定位点在叶冠内侧曲面上，用球销定位，压紧采用光面压块通过螺钉旋合来调整压在上、下缘板的表面，使叶片定位压紧力比较稳定。

3.2 偏移机构

采用半封闭直线运动导轨，结构简单使用方便，它通过两导向板限制了梳板座做水平移动。由活动手柄压紧螺钉带动梳板座移动，实现叶片盆背方向的偏移，偏移数据由指示表直接读出，实现每个截面偏移量的测量。叶片理论位置由两插销控制。

3.3 扭转机构

首先叶片要理论位置下检查型面，为了提高合格率，其已在允许扭转±15'后检查型面。

扭转机构两端采用转轴与连接板一体旋转，转动位置由两侧挡销控制，叶片在理论状态下定位后用插销定位固定。拔出插销，使扭转机构分别向左右旋转至挡销位置，以满足设计图纸要求，即允许叶片叶身沿O-O轴旋转扭转±15'，将扭转角度值换算为线性值，由挡销与转轴挡板侧面之间的距离控制，换算关系式如下：

其中：尺寸34.32为挡销中心到转轴旋转中心（即叶片O-O轴）的距离。

3.4 确定截面位置机构

测量基准是利用梳板销和板条定距，测量每个截面型面和缘板及叶冠内表面的变化。

用工作样板插入定距板对应的型面定位销中，工作样板的两个基面均应靠紧测具的两个基面，然后进行透光检查，图中H:85±0.01、L：100±0.01，均为测量的基准尺寸，用于计算工作样板的型面。

图1 三维总图

图2 二维总图

图3 型面样板

图4 通道点样板

尺寸8.92±0.02为被测量叶片Ⅳ-Ⅳ截面的测量位置，用于调整定距板组合后的正确位置。尺寸0.15±0.01是检验过程中允许叶片型面原点对榫头中心线的位移量。

3.5 型面样板

工作样板分为叶背工作样板和叶盆工作样板。为了方便叶型的检验，一般按叶型厚度尺寸在最大实体情况设计工作样板，检验中，保持样板与测具板条定位面及梳板销定位面接触，然后看叶片的叶背、叶盆型面与工作样板型面之间的透光间隙大小来判定是否合格。

工作样板的计算

式中：x、y_为叶片型面法向增厚后坐标值

在通常情况下，x为理论值，y为给定的公差制造，当通过型面各点之切线与x轴之夹角大于45°时，则y坐标为理论值，x坐标为给定的公差制造。

3.6 通道点样板的设计

在叶片三维图中根据叶片叶冠、缘板分别给定的四个测量点坐标做出其所在面的法向直线，直线长度按此面最大实体给出，检验时，保持样板与测具板条定位面及梳板销定位面接触，然后看叶片的叶冠及缘板型面与工作样板测量销之间的透光间隙大小来判定是否合格。

叶片型面样板，如图3；通道点样板，如图4。

结语

无余量精铸涡轮叶片型面和缘板及叶冠相关测量方法，适用新产品研制时间紧、进度急、成本费用低等现状，采用样板测量形式，结构简单，工人操作方便，并通过与三坐标测量叶片比较，能保证精铸叶片的测量精度。

[1]航空工艺装备设计手册.北京国防工业出版社，1978.

[2]机械设计手册.化学工业出版社，1979.