空心涡轮叶片复杂陶芯弯扭变形分析方法比较

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1、BladeManufacturingTechnology叶片制造技术空心涡轮叶片复杂陶芯弯扭变形*分析方法比较1121张现东，卜昆，刘连喜，窦杨柳（1.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，西安710072；2.北京星航机电装备有限公司，北京100074）[摘要]陶芯作为熔模铸造空心涡轮叶片的内腔转接件，其弯扭变形程度直接关系到空心涡轮叶片的壁厚尺寸精度。为了研究陶芯制造过程中出现的弯曲和扭曲变形，首先，借鉴叶片给出了陶芯弯曲变形和扭曲变形的定义，并根据陶芯结构特点研究了陶芯弯扭变形的计算方法，包括基于轮廓线的弯

2、扭变形计算方法：主动轮廓模型法和样条拟合轮廓线法，与基于数据点的弯扭变形计算方法：凸包算法、二维配准算法和距离权值算法。然后，分别通过仿真与实测数据比较了5种算法，结果表明：样条拟合轮廓线法具有更高的稳定性和精度。关键词：陶芯；弯扭变形；主动轮廓模型；样条拟合；凸包算法；二维配准；距离权值DOI:10.16080/j.issn1671-833x.2016.21.063的空心涡轮叶片精密铸造合格率不压气机做了大量理论研究；Houbolt[1][4]到40%，差距很大。统计结果表明：等将转子叶片的弯扭变形分为翼在涡轮叶片无余量熔模

3、精密铸造工面向弯曲、翼弦向弯曲和扭曲变形；[5]艺过程中，同批次不合格空心叶片铸Mohaghegh等通过定义叶片积叠件中由于壁厚尺寸漂移引起的形状轴，给出了基于积叠轴的叶片弯曲变[2][6]超差占50%左右，是造成我国空心形的定义；Omer研究了叶片轮廓涡轮叶片合格率偏低的主要原因之度误差、弯曲度误差和扭曲度误差[7]一。涡轮叶片的壁厚是由外型与内定义及测量方法；陈福兴等研究腔共同保证的，内腔是精铸过程中由了基于三坐标测量数据的叶片弯扭[8]陶芯作为转接件形成的，因此陶芯的变形误差计算方法；王红霞研究弯扭变形直接关系到空心涡轮

4、叶片了基于位移场的叶片弯扭变形分析；[9]的壁厚分布情况。精确计算陶芯的彭志光研究了基于凸包算法的叶弯扭变形，对于指导陶芯在蜡模型腔片弯扭变形计算方法。上述所有方张现东中的定位、控制蜡型壁厚、提高空心法都是针对叶片类零件提出的，并西北工业大学航空宇航制造工涡轮叶片成形精度都有重要的作用。不适用于结构更加复杂的陶芯。陶程专业博士研究生，主要研究方向为叶片类截面形状的弯扭变形一芯的制备及成形工艺在各国是保密CAD/CAM、精密测量、熔模精密铸造模具设计与优化。般认为是相对于理论截面的刚体位的，对陶芯成形精度的研究更是很少移，可以分

5、解为相对于理论截面的见报道，陶芯弯扭变形的研究仅有空心涡轮叶片成形精度低，一直[10][11]平移与扭转。目前，国内外对叶片黄胜利、DOU等提出的基于主是困扰我国航空制造业的难题。与[3]弯扭分析有大量的研究，王仲奇等动轮廓模型的陶芯弯扭变形计算方国外高达80%的合格率相比，国内研究了弯扭叶片对降低能量损失的法，该方法通过Snake模型逼近陶芯*基金项目：国家自然科学基金（51371152）。作用，并对弯扭叶片级和级组用于外轮廓来获得陶芯截面外轮廓线，但2016年第21期·航空制造技术63论坛FORUMSnake模型在陶芯纵向

6、肋间易收敛Etension(i)=(

7、li−1

8、+

9、li

10、)/2，（3）成直线，导致提取的轮廓线光顺度不弯扭变形的计算方法8(1−cosθi)Ebend(i)=2，（4）好，从而影响弯扭变形的计算精度。空心涡轮叶片陶芯包含众多细(

11、li−1

12、+

13、li

14、)本文根据弯曲变形和扭曲变形的定小结构：数个纵向肋槽，数十个横向Edist(i)=minpimj,(0≤i

15、ist(i)=minpimj,(0≤i

16、pimj

17、变形分别表示为测量截面相对于理法是通过构造实测点云截面轮廓线，代表点pi到mj的距离。论截面的平移位移和扭转

18、角位移。并与CAD截面轮廓线对比，根据弯（3）以涡轮叶片截面线在初始如图1所示，实线表示理论CAD截扭变形定义计算弯扭变形，主要有基轮廓点处内法矢方向作为该轮廓点面轮廓线，虚线表示测量截面线。图于主动轮廓模型的算法和基于样条的运动方向。1（a）中点Mc为测量截面的形心，拟合的