浅谈风扇精锻叶片型面数字化检测设计的开发

孙玉林　孙玉伟　钱宝娟（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）

浅谈风扇精锻叶片型面数字化检测设计的开发

孙玉林孙玉伟钱宝娟
（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）

摘要：由于在风扇发动机中，一般静子叶片级数多达数级以上；而且，风扇静子叶片的叶身型面形状复杂，每个截面都是由封闭的样条曲线形成，因此，其叶身的形状是由多条样条曲线形成的复杂；并且，随着风扇转子、风扇静子叶片精密锻造技术的发展，高精度、小余量精锻叶片的检测水平也要向数字化、自动化、精密化、高效化发展。因其质量数据无法用常规手段获得，需要应用先进的检测仪器来控制精锻质量，即需要应用三坐标设备扫描检测。研究风扇转子、静子叶片检测设计的技术瓶颈，研究叶身型面形状的形成原理，消化叶片设计图，正确理解各截面的样条曲线关系；配合工艺，解决高精度、小余量精锻风扇静子叶片的型面检测设计的结构难题是本专业首要任务，也是航空领域工装设计的重要课题。

关键词：风扇静子叶片；叶身型面；三坐标

1　概述

在航空发动机中，双涵道涡轮风扇发动机的高压压气机组件，其中一般风扇转子、静子叶片级数较多，风扇转子多达数级，静子叶片的级数也多达数级以上，各级同类叶片类型结构比较相近。

随着风扇转子、风扇静子叶片精密锻造技术的发展，精锻叶片的检测水平也要向数字化、自动化、精密化、高效化发展，要得到精确的叶身型面数据，则需要应用三坐标设备进行扫描检测。由于原叶片锻造工艺余量较大，均用型面测具样板检测，根据样板与叶身的透光间隙，确定叶片的叶身是否合格，人为因素、环境的变化都对叶片的检测有着很大的影响，而且测具的定位精度低，影响叶片的中心位置，对检测也有较大的影响；传统的测具已经无法满足使用要求，急需寻找新型工装结构和提高工装设计制造的质量。因此，随着发动机叶片技术质量的提升，与之三坐标设备匹配的型面检测工装设计技术急需研究和开发。

为提高检测质量和速度，保证精密锻造叶片生产的质量，满足新机研制和批量生产的要求，通过多年设计经验，从现有检测工装设计和制造能力出发，我们可以实现精锻叶片三坐标型面支座数字化检测自主设计，自主制造，对其它叶片工装设计智能化的工作开发至关重要。

2　工装结构分析

目前各转子、静子叶片的精锻叶身型面精度要求越来越高，为了更好的满足设计要求，三坐标检验成为实现数字化的主要手段。

（1）立式综合型面测具的结构，主要由以下几部分组成:

（2）固定定位机构；

（3）固定压紧机构；

（4）可移除辅助定位及压紧机构；

（5）三坐标基准的确定。

3　结构分析

3.1固定定位部分的结构分析

如图1所示。根据三坐标检测的要求，在测量时需要将叶片立式放置，采用六点定位，在叶身上采用点定位，避免了以往型面测具采用小面定位，采用一小段型面定位时，无法完全拟合叶片的形状，导致定位时叶片中心位置发生变化，在最下方采用V型块进行定位，使叶片更加稳固可靠，在沿Z轴方向采用一球销定位。

如图1所示。固定端压紧一采用与叶身定位点高度一致的压紧，此压紧采用圆形刀刃进行压紧，此压紧可以绕螺钉旋转，利用滚花高头螺钉进行调节压紧的位置，大概压紧位置处于两个叶身定位点中间。固定端压紧二，采用与V型块联动的压紧机构，用左侧的螺钉适当根据V型块的位置调节压紧块的位置，可以充分压紧固定零件。

3.2可移除辅助定位及压紧部分的结构分析

如图1所示。在测具上端采用叶身一点和一各V型块进行定位，通过与下端的定位进行联合，将叶片的中心摆正（理论位置），因为叶身定位块与V型定位的机构都必须从该测具中移除，在设计时需考虑两方面因素：

（1）这两个定位必须是活动的；

（2）两个定位在反复安装后定位精度高。

如图1所示。在测具的底座加工一各V型槽，当控制了两定位块的运动方向，再固定一个高度定位块，使定位至于其上时，定位块处于理论位置。

3.3三坐标基准的确定

三坐标检测叶身曲线时：首先要考虑的问题是三坐标在扫描叶身曲线时不能有阻碍，所以一般应设计成立式检测结构；在对叶片进行六点定位后，要移去一些影响测量的定位元件；其次叶片原始坐标系与三坐标机座标系的相互位置关系要建立清楚，具体水平和竖直基准尺寸明确。如图1所示。在测具上放置一工艺球销，保证工艺球销位置尺寸和叶片中心位置的尺寸公差不大于0.005mm，间接用工艺球进行控制叶片中心位置尺寸。在三坐标检测时，是通过工艺球销来找叶片中心的，再对叶身进行扫描测量。

结语

通过对某风扇静子精密锻造叶片的测具制造和使用，能够快速实现风扇静子精密锻造叶片叶身型面的检测要求，该测具结构简单，定位稳定、可靠，精度高。因此，可推广到其它同类转子、静子叶片的三坐标型面检测设计中去，这同样板型面的测具相比，可以大大提高精锻叶片型面的检测质量和速度，为精锻叶片的检测水平向数字化、自动化、精密化、高效化发展，奠定了坚实基础。

参考文献

[1]《航空工艺装备设计手册》编写组．航空工艺装备设计手册[M]．北京：国防工业出版社，1978．

[2]《机械设计手册》联合编写组．机械设计手册[M]．北京：化学工业出版社，1979．

图1

中图分类号：TG312

文献标识码：A