某型机离心叶轮表面粗糙度检测方法研究

杨兴厚　刘金慧

摘 要：离心叶轮表面质量对于发动机的整体性能影响很大，离心叶轮的叶片及内流道若存在机加刀痕、划伤、振纹、橘皮状抛修痕迹等情况，都可能会导致离心叶轮工作时叶片发生断裂，所以对所有主流叶片、分流叶片及内流道的粗糙度检测是离心叶轮检验过程中至关重要的一环。文章对离心叶轮的表面粗糙度测量方法及流程进行了系统的研究。

关键词：离心叶轮；表面粗糙度；轮廓仪

1 绪论

我公司加工的某型号离心叶轮作为压气机的核心转子零件，其整体表面完整性对发动机的性能影响很大，所以对于离心叶轮表面质量的控制尤其是叶轮关键区域的表面质量控制是至关重要的，其中關键区域包括离心叶轮所有主流叶片、分流叶片、内流道、外流道、端齿、大端面及叶轮异型孔等等。而对于叶轮表面完整性我们给出下列定义，它是描述、鉴定和控制加工过程在零件表面层内可能产生的各种变化及其对零件使用性能影响的技术。从广义上说，表面完整性包括两个组成部分：与零件表面纹理变化有关的部分，称为外部效应：其中包括表面粗糙度、波纹度、刀纹方向和宏观缺陷（例如裂纹、压痕、划伤和杂质等）。粗糙度算术平均值Ra是表面纹理构形要素中最主要的表征参数。与零件表面层冶金物理特性变化有关的部分，即内部效应：其中包括显微结构变化、再结晶、晶间腐蚀、热影响区、显微裂纹、硬度变化、塑性变形、残余应力、材料非同质性和合金贫化等。

文章将会详细论述离心叶轮表面粗糙度检测方法和标准流程，通过各方面的改进，积累离心叶轮表面完整性质量控制经验，为加工更优质的离心叶轮打下坚实的基础。

2 离心叶轮叶片及流道粗糙度要求

设计图纸对离心叶轮零件规定和定义了关键区域，关键区域划分为A、B和C三个等级，在不同的关键区域上设计人员给出了不同的表面粗糙度要求。离心叶轮的叶片及内流道部位属于C级区域，C级区域损坏将限制零件寿命100000周以上，因此该区域是叶轮最为关键的部位，其中对于叶轮所有完整叶片及分流叶片以及内流道给出的粗糙度要求为Ra0.4。

3 离心叶轮叶片及流道检测方法

3.1 粗糙度检验标准

按照国际标准和顾客规范的要求，离心叶轮粗糙度的检测不仅要测量轮廓的算术平均偏差Ra，还要测量轮廓的最大偏差，即轮廓上相邻波峰最高点到波谷最低点之间的距离的最大值Rmax。其中轮廓的算术平均偏差Ra要求小于等于0.4；最大偏差Rmax必须小于或等于下面两个数值中的最大值：

-8×Ra（此Ra为此处的测量值）；

-5×Ra（此Ra为图纸要求的值），

缩写为：Rmax≤ max，[8Ra测量值，5Ra图纸要求]。

3.2 主叶片、分流叶片及内流道序号的定义

主叶片：在离心叶轮的机械加工过程中，为了加工和测量的需要，操作者通常会在任意一片大叶片前缘正方10±1mm的流道位置处标记一个“O”点，检验人员首先检查零件上是否标记“O”点。如果标记，即定该叶片为1号主叶片，从进气端、吸力面顺时针方向看去依次为2号主叶片，3号主叶片，依次到10号主叶片。

分流叶片：对于分流叶片序号的定义，在1号主叶片与2号主叶片之间的分流叶片为1号分流叶片，然后按顺时针方向依次为2号分流叶片，3号分流叶片，直到10号分流叶片。

内流道：对于内流道来说，在1号主叶片与10号分流叶片之间的流道为1号流道，顺时针依次为2号流道，3号流道。

3.3 目视检查

进行外观检测时，首先保证零件必须完全清洁，检验员需佩戴干净的棉手套方可接触精加工表面；检查环境必须具有足够的照度，一般要求高于1080LUX，使检验人员能够清晰的观察离心叶轮表面的加工状态；检验人员从离心叶轮的1号主叶片开始对叶轮整体表面进行目视检查，如果检查中发现叶片及内流道表面存在下列情况（不允许存在的缺陷），检验员应将零件返回到钳工工序进行返修，直至目视检查合格。不允许存在的缺陷如下：

（1）所有叶片及内流道表面状态应一致，不允许存在任何机加刀痕及振纹，并且不允许存在抛光纹理。

（2）所有叶片前缘部位不允许存在任何刀花，并且不允许存在抛光纹理。

（3）叶根处应为圆滑转接的R，不应有两个R相连接的纹理，不应有弦状转接，不应有直接凹下的R转接，凹下的R转接允许与叶身最大成30°角。

3.4 仪器测量粗糙度

测量离心叶轮表面粗糙度数值通常使用轮廓仪，在专用测量工装的配合下进行测量。测量参数设置如下：取样长度（Lc）：0.8；取样数量：5；总取样长度（Ln）：5×Lc=4.0；扫描长度（L）：Ln+2×Lc=5.6；测量速度：0.5mm/min。

目视检查合格后，表面无任何异常情况，则选择均布的120°位置上的三个主流叶片、分流叶片及内流道在粗糙度测量仪上进行测量，如果存在异常现象，再对异常的部位进行测量，确认是否合格。具体测量位置如下：

（1）叶片。在叶片上选择均布120°位置，测量3组主叶片和3组分流叶片，在叶片吸力面和压力面上分别测量，在进气端测量沿流道和垂直流道两个方向粗糙度，而在出气端测量沿流道方向的粗糙度即可。

（2）内流道。在距离外轮缘直径10mm，均布120°位置，控制3处内流道。在主叶片压力面和分流叶片吸力面通道内，垂直于内流道测量1点；在分流叶片压力面和主叶片吸力面通道内，垂直于内流道测量1点。

检测合格后，测量的粗糙度报告应标明具体的测量位置，将每处粗糙度值的测量报告单打印保存。测量完毕，将所有测量数值整理记录在《叶轮叶片及内流道粗糙度测量汇总单》内，汇总报告单模板如表1所示。

表1 检测记录表格样式