孫海麗 錢寶娟 鄭 松

（中航工業(yè)沈陽黎明航空發(fā)動機（集團）有限責任公司，遼寧 沈陽 110043）

1 概述

航空發(fā)動機中，葉片是航空發(fā)動機產(chǎn)生動力的主要零件，葉片型面的形狀精度和位置精度對發(fā)動機的性能和安全可靠性影響很大，它的種類多，數(shù)量大，形狀復(fù)雜，隨著航空工業(yè)的不斷發(fā)展，葉片的制造精度要求越來越高，對它的技術(shù)要求也就更嚴格，因此葉片測量就顯得更加重要了。為解決精鑄葉片測量難題，測量葉片葉型位置度及扭轉(zhuǎn)的測具，通過采用UG三維造型建立葉片和測具模型，進行仿真模擬設(shè)計，提高了設(shè)計精度和準確性。測具采用一次性裝夾定位，能克服重復(fù)定位對測量精度的影響，實現(xiàn)同一定位安裝位置下定量檢測出葉片型面的綜合偏差，并采用半封閉直線運動導(dǎo)軌，通過百分表可讀出偏移實際值，經(jīng)實際應(yīng)用，證明其結(jié)構(gòu)的工藝可行性和設(shè)計技術(shù)性能完全達到檢測精度的要求。

2 葉片檢測現(xiàn)狀

精鑄渦輪工作葉片由葉身型面前緣、后緣、榫根環(huán)型面、葉尖(或葉冠環(huán)型面)及葉盆、葉背的流線型曲面構(gòu)成。流線型曲面一般由5-10個設(shè)計截面及3-8個測量截面構(gòu)成，由于葉身曲面為空間三維特異形曲面，無法用一般數(shù)學公式表達，多采用X、Y、Z坐標系描述。葉片由于氣動力的需要，對葉身型面要求非常高，是必檢項目。

3 測量方法

由于葉身型面為空間雙曲面體構(gòu)成，定位和夾緊比較困難，采用六點定位，在同處于理想位置的樣板型面相互間進行比較，作為葉片型面是否合格的判定方法，產(chǎn)品設(shè)計圖多以透光度，或相對誤差來表示，如±0.15mm。這個比對誤差實際上并不是單純的形狀誤差，而是形狀誤差、尺寸誤差、位置誤差三者的綜合體。為了提高設(shè)計的準確性，采用三維UG建模設(shè)計，準確采集葉片通道和型面參數(shù)，解決了繁瑣的空間尺寸計算，提高了設(shè)計效率和準確性。

檢查葉片葉身型面及偏移、扭轉(zhuǎn)技術(shù)條件、通道點測具的設(shè)計結(jié)構(gòu)由：定位機構(gòu)及壓緊機構(gòu)；偏移機構(gòu)；扭轉(zhuǎn)機構(gòu)；確定截面位置機構(gòu)；型面樣板；通道點樣板。

精鑄渦輪葉片型面測具總體結(jié)構(gòu)三維圖如圖1，二維圖如圖2。

3.1 定位機構(gòu)及壓緊機構(gòu)

為了使葉片測量時有一個正確的位置，有兩個定位點分別在上、下緣板排氣邊端面，采用小平面定位，有兩個定位點在背向榫頭平面，采用球頭銷定位，還有一個定位點在葉片給定截面上采用刃口樣板定位；另一點軸向定位點在葉冠內(nèi)側(cè)曲面上，用球銷定位，壓緊采用光面壓塊通過螺釘旋合來調(diào)整壓在上、下緣板的表面，使葉片定位壓緊力比較穩(wěn)定。

3.2 偏移機構(gòu)

采用半封閉直線運動導(dǎo)軌，結(jié)構(gòu)簡單使用方便，它通過兩導(dǎo)向板限制了梳板座做水平移動。由活動手柄壓緊螺釘帶動梳板座移動，實現(xiàn)葉片盆背方向的偏移，偏移數(shù)據(jù)由指示表直接讀出，實現(xiàn)每個截面偏移量的測量。葉片理論位置由兩插銷控制。

3.3 扭轉(zhuǎn)機構(gòu)

首先葉片要理論位置下檢查型面，為了提高合格率，其已在允許扭轉(zhuǎn)±15'后檢查型面。

扭轉(zhuǎn)機構(gòu)兩端采用轉(zhuǎn)軸與連接板一體旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)動位置由兩側(cè)擋銷控制，葉片在理論狀態(tài)下定位后用插銷定位固定。拔出插銷，使扭轉(zhuǎn)機構(gòu)分別向左右旋轉(zhuǎn)至擋銷位置，以滿足設(shè)計圖紙要求，即允許葉片葉身沿O-O軸旋轉(zhuǎn)扭轉(zhuǎn)±15'，將扭轉(zhuǎn)角度值換算為線性值，由擋銷與轉(zhuǎn)軸擋板側(cè)面之間的距離控制，換算關(guān)系式如下：

其中：尺寸34.32為擋銷中心到轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)中心（即葉片O-O軸）的距離。

3.4 確定截面位置機構(gòu)

測量基準是利用梳板銷和板條定距，測量每個截面型面和緣板及葉冠內(nèi)表面的變化。

用工作樣板插入定距板對應(yīng)的型面定位銷中，工作樣板的兩個基面均應(yīng)靠緊測具的兩個基面，然后進行透光檢查，圖中H:85±0.01、L：100±0.01，均為測量的基準尺寸，用于計算工作樣板的型面。

圖1 三維總圖

圖2 二維總圖

圖3 型面樣板

圖4 通道點樣板

尺寸8.92±0.02為被測量葉片Ⅳ-Ⅳ截面的測量位置，用于調(diào)整定距板組合后的正確位置。尺寸0.15±0.01是檢驗過程中允許葉片型面原點對榫頭中心線的位移量。

3.5 型面樣板

工作樣板分為葉背工作樣板和葉盆工作樣板。為了方便葉型的檢驗，一般按葉型厚度尺寸在最大實體情況設(shè)計工作樣板，檢驗中，保持樣板與測具板條定位面及梳板銷定位面接觸，然后看葉片的葉背、葉盆型面與工作樣板型面之間的透光間隙大小來判定是否合格。

工作樣板的計算

式中：x、y_為葉片型面法向增厚后坐標值

在通常情況下，x為理論值，y為給定的公差制造，當通過型面各點之切線與x軸之夾角大于45°時，則y坐標為理論值，x坐標為給定的公差制造。

3.6 通道點樣板的設(shè)計

在葉片三維圖中根據(jù)葉片葉冠、緣板分別給定的四個測量點坐標做出其所在面的法向直線，直線長度按此面最大實體給出，檢驗時，保持樣板與測具板條定位面及梳板銷定位面接觸，然后看葉片的葉冠及緣板型面與工作樣板測量銷之間的透光間隙大小來判定是否合格。

葉片型面樣板，如圖3；通道點樣板，如圖4。

結(jié)語

無余量精鑄渦輪葉片型面和緣板及葉冠相關(guān)測量方法，適用新產(chǎn)品研制時間緊、進度急、成本費用低等現(xiàn)狀，采用樣板測量形式，結(jié)構(gòu)簡單，工人操作方便，并通過與三坐標測量葉片比較，能保證精鑄葉片的測量精度。

[1]航空工藝裝備設(shè)計手冊.北京國防工業(yè)出版社，1978.

[2]機械設(shè)計手冊.化學工業(yè)出版社，1979.