低压涡轮叶片锯齿冠数字化检测的研究

2012-11-20钱宝娟孙海丽

中国新技术新产品 2012年14期

郑松钱宝娟孙海丽

（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

涡轮叶片的工作状态是盆、背锯齿冠相互搭接，由于盆向锯齿冠一般设计为锯齿形单斜面，因此其背向的锯齿冠为双斜式锯齿形斜面。这样，用三坐标测量工具检测涡轮叶片的锯齿冠所有角度和位置尺寸就非常麻烦，因为受加工工艺的限制，设计基准和加工基准往往不统一，为保证设计和装配要求，工艺往往采用专用测量工装进行测量。这就需要设计两台专用测具分别检测盆、背锯齿冠角度和位置尺寸，并通过设计一套叶片标准件对表来达到检测目的。

2 涡轮叶片锯齿冠的设计要求

2.1 叶片三维图

低涡轮工作叶片是由锯齿冠、叶身型面、下缘板单个榫齿构成，叶片依靠榫齿定位安装在涡轮盘中，并通过锯齿冠斜面相互搭接锁紧，所以锯齿冠斜面的空间位置无论从装配还是性能上都是非常重要的部位，见下图1。

图1 叶片三维图

2.2 叶片测量位置设计分析

由于背向锯齿冠与下一个叶片的盆向锯齿冠相搭接，,因此第一个叶片的盆向锯齿冠的平面是绕发动机轴线旋转2.5度成为下一个叶片的背向锯齿冠平面。测具设计主要考虑将叶片放置便于检测合适的位置，根据设计图和规范规定，盆、背锯齿冠角度和位置尺寸的位置度公差为0.2mm，标准件设计按叶片名义值设计，见下图2。

图2 叶片简图

3 测具结构的设计

3.1 盆向锯齿冠测具的设计

定位是利用单齿两侧面、榫头缘板侧面B1点、锯齿冠缘板侧面B2点及某截面叶背向M点。测具设计应用六点定位原理，为了消除榫齿加工侧面与齿牙垂直误差，采用单齿微扭转锁紧机构。当需要扭转时将NO:8插销拔出使定位块NO:12绕支座NO:11旋转，旋转到位时用NO:9将NO:11 NO:12锁紧，如图3，图4所示。榫头缘板X方向B1点采用R1与该点所在斜面相切的定位样板定位，同样锯齿冠缘板X方向B2点采用R1与该点所在斜面相切的定位样板定位；叶背向M点采用0.5宽样板与该点所在截面曲线相切的定位样板定位。测量表座设计与被测表面相平行的平面作为平台,表座在该平台上滑动测量，测量表采用杠杆数显表测量叶片是否合格。

图3 扭转锁紧机构示意图

图4 盆向锯齿冠测量示意图

图5 背向锯齿冠测量示意图

3.2 背向锯齿冠测具的设计

如图5所示。定位也是利用单齿两侧面、榫头缘板侧面B1点、锯齿冠缘板侧面B2点及盆向锯齿小斜面。测具设计应用六点定位原理，为了消除榫齿加工侧面与齿牙垂直误差，采用单齿微扭转锁紧机构。榫头缘板X方向B1点采用R1与该点所在斜面相切的样板定位，并利用已加工好的盆向锯齿冠两斜面定位。测量表座的设计是与被测表面相平行的的双斜面作为平台,表座在该平台上滑动测量，测量表采用杠杆数显表测量叶片是否合格。

3.3 盆、背锯齿冠标准件的设计

图6 盆、背锯齿冠标准件

为了减少重复定位误差，盆向锯齿冠标准件与背向锯齿冠标准件采用合并设计。模拟叶片形状大小设计标准件,标准件榫齿齿牙形状大小与叶片一致，榫头缘板侧面可以模拟成小平面，叶身型面M点模拟成圆弧型面，盆、背向锯齿冠形状、大小也与叶片一致，考虑刚性厚度加大。

为便于标注及检测设计使用工艺球,建立各定位面与工艺球空间位置关系，并建立各定位面与测量面角度关系。主要是榫齿斜、侧面与工艺球的距离和角度关系，盆向锯齿冠的斜、侧面直接标注和检测至工艺球位置尺寸和角度关系；而背向锯齿冠是通过沿与水平方向夹角看至背向锯齿冠双斜面到工艺球位置尺寸,并与盆向锯齿冠斜面的角度关系，如图6所示。