涡轮叶片精铸蜡型陶芯定位布局优化求解算法研究

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1、学术论文涡轮叶片精铸蜡型陶芯定位布局优化求解算法研究ResearchonGreedyAlgorithmandInterchangeAlgorithmtoOptimizeWaxPatternCeramicCoreLocatorLayoutofTurbineBlade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姚业建汪文虎王孝忠王怀亮[摘要】为求解陶芯的定位布局优化方案，提高涡轮叶片精铸蜡型陶芯的定位精度以保证精铸叶片成品率，本文提出并研究了基于不同算法对蜡型陶芯定位点布局进行优化。基于陶芯定位误差传

2、递方程，采用Greedy算法和Interchange算法对蜡型陶芯定位点布局方案进行求解；并对两种算法的计算精度和计算时间进行对比研究。结果表明，Greedy算法具有较好的计算精度，Interchange算法时间较短。该研究对工程实践中求解定位点布局优化方案有重要的意义。关键词：蜡型陶芯定位布局优化Greedy算法Interchange算法【ABSTRACTlInordertoachievetheoptimallay—outofceramiccorelocators，improveturbineblad

3、ecastingceramiccorepositioningaccuracyandhighyieldinvest—mentcastingparts，theceramiccorelocatoroptimizationisproposedandstudiedbyGreedyalgorithmandInterchangealgorithm．Basedonceramiccorepositioningerrortransferchain，theoptimallayoutofceramiccorelocatorsi

4、ssolvedbyusinggreedyalgorithmandInterchangealgorithm．Atthesametime，computationaccuracyandcomputationtimeiscomparedandstudied．TheresultshowsthatthecomputationaccuracyofGreedyalgorithmisbetterandthecomputationtimeofInterchangealgorithmisbetter．Thestudyisof

5、greatimportancetoachievetheoptimallayoutofceramiccorelocatorsinengineeringpractice．Keywords：WaxpatternceramiccorelocationLayoutoptimizationGreedyalgorithmInterchangealgorithm涡轮叶片是航空发动机动力系统的重要组成部分，形状复杂且尺寸精度高。在实际生产过程中采用无余量精密铸造完成，但废品率高。其中不合格铸件中约50％是由壁厚超差所导致

6、的，而陶芯定位点布局是影响壁厚的一大因素。因此，为减少壁厚超差，提高铸件成品率，须对陶芯定位点布局进行优化。针对定位点的布局优化问题，国内外做了大量有意义的探索与研究。Y．Kang【11基于零件平面定位方140航空制造技术·2013年第1／2期法建立了描述零件位置偏移与夹持元件制造、安装误差之间关系的定位方案几何模型；Kim和Ding【21基于Interchange算法研究了多工位装配中的定位优化问题；JonKleinberg等p卅研究了Greedy算法在求解解空间中的运用；马骊溟等陋1针对复杂曲面类毛

7、坯通常没有定位基准的情况，提出了大型复杂曲面类毛坯加工定位的全局优化算法。但目前对于Greedy算法和Interchange算法用于蜡型陶芯定位点布局优化求解中的研究还较少，在现有的研究成果基础上，本文提出利用Greedy算法和Interchange算法对蜡型陶芯定位点布局优化方案进行求解，并做了进一步的对比研究。针对陶芯定位点布局优化求解的问题，本文提出对简化的陶芯定位模型，基于D—Optimality优化准则，分别采用Greedy算法和Interchange算法求解优化定位方案，并分析对比Greed

8、y算法和Interchange算法的精度和计算时间。1基于Greedy算法的蜡型陶芯定位布局优化陶芯定位过程的简化如图1所示。假设巧，为定位接触点的一个微小扰动，J。为陶芯质心处位姿变化量。则陶芯定位误差传递方程为[61：r—————一r—————————————一J／iq=6，jI

9、6，

10、l=√II．，吒旷=√IIJ7JII·lI露旷，(1)．，为Jacobian矩阵。令肘√l，，有：maxdet(M)where性r，r，(2)由上式可知