空心涡轮叶片精铸蜡型陶芯定位元件尺寸计算方法

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1、航空学报Jan．252013V01．34No．1181．186ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaISSN1000．6893ON11-1929／Vhttp：／／hkxb．buaa，edu．Cnhkxb@buaa．edu．cn空心涡轮叶片精铸蜡型陶芯定位元件尺寸计算方法冯炜，汪文虎*，王孝忠，骆金虎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：针对空心涡轮叶片精铸蜡型陶芯定位元件尺寸难以精确量化的问题，提出了基于模型匹配算法的陶芯定位元件尺寸计算方法。通过将壁厚权值因子引入匹配模型，实现了测量数据与理论模型的精确匹配；基于匹配

2、后的陶芯实测数据，建立了定位元件的尺寸计算方法；最后，将壁厚偏差分布一致的一批陶芯分两组进行实验对比。结果表明该方法计算出的陶芯定位元件尺寸能够有效提高蜡型壁厚精度，对空心涡轮叶片的精确控型有一定的指导意义。关键词：空心涡轮叶片；蜡型；陶芯；定位元件；模型匹配；权值因子；实测数据中图分类号：V263．1文献标识码：A文章编号：1000—6893(2013)01—0181—06涡轮叶片是航空发动机的核心热端部件，随着航空发动机推重比的不断升级，为保证高的气动性能和机械性能，具有非常规复杂冷却结构的单晶空心涡轮叶片已广泛应用于国内先进发动机的研制及现役发动机的改进改型中，因此，叶片壁厚能否满足

3、设计要求便成为影响叶片强度的一个重要因素，其主要通过蜡型一陶芯精确匹配来保证[1]。在压蜡过程中，为防止陶芯发生漂移通常需要在精铸模具中设计定位元件来对陶芯进行限位固定，如图1所示。然而，由于实际陶芯同理论模型存在制造误差，如果按照理论模型计算定位元件尺寸，势必会造成蜡型壁厚分布不均，进而影响精铸叶片的壁厚成型精度。因此，需要将实际陶芯的型面数据与理论模型进行空间匹配，进而确定陶芯定位元件尺寸。模型匹配的实质是求取最佳空间变化矩阵，在其求解方面有多种方法可以采用，如求解非线图1陶芯定位示意图Fig．1Schematicdiagramoflocationofceramiccoreindie性

4、方程组的方法陋引、伪一逆方法Ⅲ、四元组方法嘲、遗传算法险83以及奇异值分解(SingularValueDecomposition，SVD)法‘9

5、。在匹配的过程中，需要考虑陶芯变形对匹配精度所产生的影响。对于变形的处理，武殿梁等[10-111提出了基于收稿日期：2012—03—01；退惨日期：2012—03—26；录用日期：2012—04—27；网络出版时间：2012—05—2012：01网络出版地址：WWW．cnki，net／kcms．／detail／11．1929V201205201201011html基金项目：国家科技支撑计划(2006BAF04802)；国家“863”计划(2006

6、AA042144)*通讯作者．Tel：029-88490427E-mail：npuwwh@nwpu．edu．ca瓢硪蠢武tFeng14／,WangWH。WangXZ,etal．SizecalculationmethodofceramiccoleIocatorsforhollowturbinebladeinvestmentcast-ingwaxpatterns．ActaAeronauticaetAstronauticaSinica，2013，34(I)；181-186．碍烊，庄艾磨，王孝，枣，等空／0旃．轮旰片耩锘鳍型膨芯定位元殍尺寸妒聋方滢．航空学按，2013，34(I)：181-186．

7、182航空学报Jan．252013V01．34No．1遗传算法与最小二乘法相结合的模型匹配方法以及基于时间匹配准则的模型匹配方法。薛峰和丁晓青‘121采用径向基函数m1对模型的局部变形进行描述，从而保证匹配的准确性。但是，以上算法并未考虑涡轮叶片变壁厚这一特点，因此，关键部位的匹配精度不是很高。在陶芯定位方面，Yao等[14]提出基于D-Optimality思想的陶芯定位布局优化方法，详细研究了优化方案的贪婪求解模型，并通过实例对求解模型进行了算例验证。崔康等口朝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的问题，提出了基于蜡型壁厚测量结果的逆向解析算法，有效计算陶芯定位元件尺

8、寸补偿量。但是以上研究未能实现定位元件尺寸计算方法的优化。奇异值分解一迭代最近点(SingularValueDe～composition—IterativeClosestPoint，SVD-ICP)算法口61是指通过提取模型轮廓，然后根据奇异值分解将空间点列进行匹配，最终迭代得到最优匹配参数，该方法将最优解析方法与迭代搜索相结合，可用于以维向量的匹配。为保证变壁厚陶芯的匹配精度，本文通过在SVnICP算法中引人壁厚容差约