涡轮叶片精铸模具陶芯定位元件逆向调整算法

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaOct．252011V01．32No．101924．1929ISSN1000-6893CN11-1929／Vhttp：#hkxb．buaa．edu．crlhkxb@buaa．edu．cn文章编号：1000—6893(2011)10—1924-06涡轮叶片精铸模具陶芯定位元件逆向调整算法崔康，汪文虎*，蒋睿嵩，赵德中西北工业大学现代设计与集成制造技术教育部重点实验室，陕西西安710072摘要：针对空心涡轮叶片蜡型压制过程中陶芯定位元件补偿量难以量化问题。提出了

2、基于蜡型壁厚测量结果的逆向解析算法。通过建立陶芯定位误差传递模型和逆向调整模型，确定了陶芯壁厚偏差与定位元件补偿量之间的映射关系。运用超声脉冲反射法对一组蜡型进行壁厚测量，根据测量结果逆向调整陶芯定位元件尺寸并重新压制蜡型进行对比分析。结果表明，该方法能够有效计算陶芯定位元件尺寸补偿量，对提高空心涡轮叶片蜡型定型效率以及进一步控制空心涡轮叶片壁厚精度有一定指导意义。关键词：空心涡轮叶片；蜡型；陶芯；定位元件；壁厚偏差；补偿量中图分类号：V263．1文献标识码：A空心涡轮叶片是航空发动机的核心热端部件，其工况十分恶劣，既要求优异的气动性

3、能，还必须具备很高的强度以保证其使用寿命。其中，叶片壁厚是否满足设计要求是保证涡轮叶片强度的一项重要指标，其主要通过陶芯一模具定位匹配来确定[1]。然而，在蜡型压制过程中，由于陶芯和定位元件存在制造误差，而且陶芯在外力作用下会发生变形和漂移，陶芯定位元件的尺寸往往很难一次确定。为获得最优的壁厚偏差分布，必须根据蜡型壁厚测量结果对陶芯定位元件尺寸进行逆向补偿，重新约束陶芯在模具中的位姿，从而获取满足工艺需求的精铸蜡型。陶芯在压蜡模具中的空间布局可等同为工件在夹具中的定位，众多学者在夹具定位偏差分析以及定位元件调整等领域做出了卓有成效的工

4、作。Asada[2]、Hong[33和Yan[43等利用运动学模型分析了工件的完全定位、可及性以及总体约束等问题。Wang[5]认为工件位置误差是由于工件的几何误差和定位元件的位置误差等定位源误差所引起的。Rong等¨删分析了各种定位方案的定位误差、干涉检验以及夹持元件相对于工件表面的可达性问题，并就此提出相应的优化方法。Huang等¨o对夹具定位元件引起的加工误差进行了分类与计算。Kang等[1争121以平面定位方法为例推导了工件位置误差与定位元件尺寸误差之间的关系。Hockenberger等[133利用元函数方法分析与计算了由工件

5、一夹具之间接触变形所引起的工件位置偏移误差。但是，针对蜡型压制过程中陶芯定位元件逆向调整问题，还未见诸报道。目前，在实际工程应用中，主要依靠专家经验估计补偿量，缺乏理论量化，具有很大的盲动性，造成大量人力物力的浪费。为此，本文提出了一种基于蜡型壁厚测量结果的逆向解析算法，通过建立陶芯定位误差传递模型和逆向调整模型，确立了检测点偏差、陶芯位姿扰动量以及定位元件补偿量三者之间的映射关收稿日期：2011—01．17；退修日期：2011-03—16；录用日期：2011·04-19；网络出版时间：2011．04．2716：01网络出版地址：WW

6、W．cnki．net／kcms／detail／11．1929．V20110427．1601．007htmIDOI：CNKI：11-1929／V．20110427．1601．007基金项目：国家科技支撑计划(2006BAF04802)；国家“863”计划(2006AA042144)*通讯作者．Tel．：029—88490427E-mail：npuwwh@nwpu．edu．∞荸

7、用格式l崔康．汪文虎．薅枣嵩．等．涡艳叶片精铸攫吴晦芯定位元件逆向调整算法[J]．航空学摄．2011，32(10)：1924．1929．CuiKang．WangW

8、enhu，JlangRuisong，eta1．ReverseadjustmentalgorithmofceramiccoreIocatorsinhollowturbineblade加vest-meritcastingdiefJ]．ActaAeronauticaetAstronauticaSinica，20j1．32(10)￡1924·1929．崔康等：涡轮叶片精铸模具陶芯定位元件逆向调整算法系，从而量化了陶芯定位元件尺寸补偿量，为快速压制合格蜡型以及铸件壁厚尺寸的精确控制奠定了良好的基础。1定位误差传递模型实际压蜡过程中，陶芯依靠定位

9、元件圊定于模具内，如图1所示。当陶芯的空间位姿发生扰动时，蜡模在测点处的壁厚必定会产生偏差，建立定位误差传递模型就是为了确定检测点偏差与陶芯位姿扰动量之间的映射关系。图1陶芯定位示意图Fig．1Thelocationof