CN104462807B - 一种精密铸造式喷推叶轮的叶片型值检验方法 - Google Patents

Abstract

一种精密铸造式喷推叶轮的叶片型值检验方法，喷推叶轮叶片表面分为工作面（4）和非工作面（5），检验时先依次进行单个叶片轮廓的粗查、筛除铸造粗大误差，然后选择叶片轮廓综合误差最小的叶片建立检验基准，再进行各个叶片型值的精确检验，具体包括以下步骤：样板（3）靠检、确定精确检验的基准、C点定位、检验基准加工、叶片型值检验点标记、三坐标检验仪检验和逆向建模和数据对比。实现了使用三坐标检验仪在现有常规检验条件下完成叶片型值的检验，成本较低，保证了检验结果与产品实际结果的等价性。

Description

一种精密铸造式喷推叶轮的叶片型值检验方法

技术领域

本发明涉及一种检验方法，更具体的说涉及一种精密铸造式喷推叶轮的叶片型值检验方法。

背景技术

喷推叶轮作为喷水推进装置的核心零件，负责将轴系传递过来的机械能转化为推动船只前进的推力，喷推叶轮水利性能的好快和制造精度的高低直接决定了喷水推进装置的性能水平。

喷推叶轮一般采用整体毛坯铸造，然后回厂后机加工到位。但应用于中小功率场合的喷推叶轮多采用精密铸造而成，精密铸造又称为熔模铸造，成型后铸件的尺寸公差和表面粗糙度都大为提高，能够满足中小功率场合对喷推叶轮叶片型值的控制精度要求。精密铸造式喷推叶轮的叶片型值通过铸造保证，回厂后只加工喷推叶轮的内孔和端面，从而降低了生产成本和制造周期，提高了生产效率。目前，该种精密铸造式喷推叶轮的叶片型值检验通常通过三维扫描仪进行检验；但是，三维扫描仪成本高，且扫描结果往往与喷推叶轮内孔和端面的最终加工结果无法完全对应。

发明内容

本发明的目的在于针对现有的精密铸造式喷推叶轮的叶片型值检验方法成本高、且扫描结果往往与最终加工结果无法完全对应等问题，提供一种精密铸造式喷推叶轮的叶片型值检验方法。

为实现上述目的，本发明的技术解决方案是：一种精密铸造式喷推叶轮的叶片型值检验方法，所述喷推叶轮叶片的前缘和后缘留有打磨余量，喷推叶轮叶片表面分为工作面和非工作面，检验时依次进行叶片粗查和叶片精查，在叶片粗查时采用样板检查单个叶片的轮廓，通过测量叶片表面相对于样板的误差、筛除叶片铸造粗大误差，并选择叶片轮廓综合误差最小的叶片作为下一步精确测量的基础，叶片精查时，在叶片粗查的基础上，在叶片轮廓综合误差最小的叶片上找到与理论型值点最佳的匹配点，以此建立检验坐标系，并且加工检验基准平面，然后利用三坐标检验仪，完成对叶片型值的检验，最后利用三维软件将检验结果建模并与理论模型对比，得出型值误差，再根据验收标准判断叶片是否合格，具体包括以下步骤：

步骤一、样板靠检：采用样板分别在喷推叶轮叶片的工作面和非工作面的中径处进行靠检，检查工作面和非工作面与样板之间的间隙，并记录工作面或非工作面与样板之间的最大间隙为h2；

步骤二、确定精确检验的基准：根据步骤一中的靠检结果最大间隙h2与相应的厂家或行业验收标准进行比较，如果最大间隙h2大于或等于厂家或行业验收标准，则该叶片为包含有粗大铸造误差的叶片，则剔除掉包含有该叶片的喷推叶轮，

如果最大间隙h2小于厂家或行业验收标准，则依次对该喷推叶轮的所有叶片进行靠检，同时找到叶片轮廓综合误差最小的叶片，将其作为下一步叶片型值精确检验的基准；

步骤三、C点定位：首先装夹喷推叶轮大端内轮廓面，校正其大小端轮毂，校正后固定于工作台上并加工喷推叶轮小端，然后装夹喷推叶轮小端外圆，校正其轮毂大小端，并加工喷推叶轮大端，再通过机床确定步骤二中确定的叶片轮廓综合误差最小的叶片两端位置，找到该叶片顶端圆弧，并找出该顶端圆弧的中点，将此点定义为外圆圆弧中点C作为检验坐标基准点；

步骤四、检验基准加工：以C点为基准点，按照理论设计的位置划线，并以C点为基准点向喷推叶轮大端平移一给定距离，该距离要求保证喷推叶轮大端面仍留有足够的轴向加工余量，然后在喷推叶轮大端加工出三坐标检验仪的检验基准平面，接着在喷推叶轮大端的检验基准平面上钻定位盲孔，所述的定位盲孔位于通过C点的叶轮中心线的垂线在检验基准平面上的投影点处，将通过定位盲孔的叶轮中心线的垂线作为三坐标检验仪检验坐标系X轴坐标的方向；

步骤五、叶片型值检验点标记：依次对喷推叶轮所有叶片的进水边型值关注区域和出水边型值关注区域进行划分并标记为叶片型值检验点；

步骤六、三坐标检验仪检验：首先将喷推叶轮大端朝上、下端朝下装夹在专用三爪卡盘上，然后利用检验基准平面和定位盲孔建立检验坐标系，然后将三坐标检验仪的扫描测头依次通过步骤五中确定的喷推叶轮所有叶片的进水边型值关注区域的叶片型值检验点和出水边型值关注区域的叶片型值检验点，即完成了所有叶片的叶片型值检验点检测，最后将检测数据导出并转换格式；

步骤七、逆向建模和数据对比：利用步骤六中的检测数据逆向建模，以C点位基准，然后与理论模型对比型值点处坐标误差，此型值点处坐标误差即为叶片型值误差，然后根据验收标准对叶片型值误差结果进行评价，从而判断叶片是否合格，则完成了叶片型值检验的全部流程。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明中采用叶片粗查和叶片精查相结合的方法，检验时先依次进行单个叶片轮廓的粗查、筛除铸造粗大误差，然后选择叶片轮廓综合误差最小的叶片建立检验基准，再进行各个叶片型值的精确检验，从而实现了使用三坐标检验仪在现有常规检验条件下完成叶片型值的检验，成本较低；且检验基准与后续加工基准一致，从而保证了检验结果与产品实际结果的等价性。附图说明

图1是本发明中喷推叶轮叶片横截面示意图。

图2是本发明中样板靠检示意图。

图3是本发明喷推叶轮校正示意图。

图4是本发明中喷推叶轮小端面加工示意图。

图5是本发明中喷推叶轮大端面加工示意图。

图6是本发明中确定C点示意图。

图7是本发明中盲孔加工示意图。

图8是本发明中叶片型值检验点标记示意图。

图中：前缘1，后缘2，样板3，工作面4，非工作面5，定位盲孔6，进水边型值关注区域7，出水边型值关注区域8，翼弦9。

具体实施方式

以下结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。

因为喷推叶轮的叶片型值好坏决定了喷推叶轮水力性能的好坏，也决定了整个喷推产品性能的好坏，因此通过型值检验可以剔除不满足要求的铸件，保证产品质量。

由于精密铸造式喷推叶轮的所有叶片都是熔模铸造而成，无法再通过对叶片机加工的方式找到检验基准，而以轮毂为基准又无法保证叶片的位置；因此为了保证检验结果和后续加工基准的一致性，必须要找到一种对精密铸造式喷推叶轮的叶片型值进行检验的方法，因此需要在喷推叶轮的叶片上找到可以参考的基准点并建立检验坐标系，以此来进行型值检验，从而保证内孔和端面以同一基准进行后续加工，最终保证产品满足设计要求。

参见图1至图8，本发明提供一种精密铸造式喷推叶轮的叶片型值检验方法，所述喷推叶轮叶片的前缘1和后缘2留有打磨余量，喷推叶轮叶片表面分为工作面4和非工作面5；检验时依次进行叶片粗查和叶片精查，在叶片粗查时采用样板3检查单个叶片的轮廓，通过测量叶片表面相对于样板3的误差、筛除叶片铸造粗大误差，并选择叶片轮廓综合误差最小的叶片作为下一步精确测量的基础；叶片精查时，在叶片粗查的基础上，在叶片轮廓综合误差最小的叶片上找到与理论型值点最佳的匹配点，以此建立检验坐标系，并且加工检验基准平面，然后利用三坐标检验仪，完成对叶片型值的检验，最后利用三维软件将检验结果建模并与理论模型对比，得出型值误差，再根据验收标准判断叶片是否合格，具体包括以下步骤：

步骤一、样板3靠检：采用样板3分别在喷推叶轮叶片的工作面4和非工作面5的中径处进行靠检，检查工作面4和非工作面5与样板3之间的间隙，并记录工作面4或非工作面5与样板3之间的最大间隙为h2。

此处的样板3是指利用数控车床，按照理论设计的型值加工出来用于对喷推叶轮叶片轮廓进行检验的量具；此处的靠检指的是采用样板3或者模板类检验工具与被检零件以接触的方式检验表面轮廓，适用于特殊表面形状或者不易检验零件的检查；此处的中径指的是叶片中部位置，具体参见图1至图2。

步骤二、确定精确检验的基准：根据步骤一中的靠检结果最大间隙h2与相应的厂家或行业验收标准进行比较，如果最大间隙h2大于或等于厂家或行业验收标准，则该叶片为包含有粗大铸造误差的叶片，则剔除掉包含有该叶片的喷推叶轮；包含有粗大铸造误差的叶片可以是叶片错位、扭曲、卷边等问题，此时该喷推叶轮予以判废处理，不用进入后续型值检验环节。此处的厂家验收标准通常为工厂自定标准，跟叶轮的设计有关。

如果最大间隙h2小于厂家或行业验收标准，则依次对该喷推叶轮的所有叶片进行靠检，同时找到叶片轮廓综合误差最小的叶片，将其作为下一步叶片型值精确检验的基准；若最大间隙h2小于厂家或行业验收标准，则说明当前叶片无粗大误差，可以继续检验其它叶片。此处的叶片轮廓综合误差最小的叶片指的是该喷推叶轮的所有叶片中被检叶片与样板3贴合最好、且靠检结果h2最小的叶片，将其作为后续找型值检验基准的叶片。因此步骤二基本可以剔除掉所有叶片铸造粗大误差，并且能够得到轮廓最好的叶片。

步骤三、C点定位：首先装夹喷推叶轮大端内轮廓面，校正其大小端轮毂，校正后固定于工作台上并加工喷推叶轮小端，然后装夹喷推叶轮小端外圆，校正其轮毂大小端，并加工喷推叶轮大端，再通过机床确定步骤二中确定的叶片轮廓综合误差最小的叶片两端位置，找到该叶片顶端圆弧，并找出该顶端圆弧的中点，将此点定义为外圆圆弧中点C作为检验坐标基准点；具体参见图3至图6。此处的检验坐标基准点也可以称为原点或者参考点。

通过该步骤三找出的C点完全是基于叶片本身确认，与轮毂无关；且处于铸造喷推叶轮叶片型值最容易保证的叶片顶端圆弧的中点，也是对叶片水利性能影响最大的地方。C点找到后，就有了检验的坐标系基准，从而以此点作为检验坐标的原点或者参考点，进行检验基准的加工。具体参见图2至图6。

步骤四、检验基准加工：以C点为基准点，按照理论设计的位置划线，并以C点为基准点向喷推叶轮大端平移一给定距离，该给定距离结合喷推叶轮型号而定，且该距离要求保证喷推叶轮大端面仍留有足够的轴向加工余，然后在喷推叶轮大端加工出三坐标检验仪的检验基准平面，接着在喷推叶轮大端的检验基准平面上钻定位盲孔6，所述的定位盲孔6位于通过C点的叶轮中心线的垂线在检验基准平面上的投影点处，将通过定位盲孔6的叶轮中心线的垂线作为三坐标检验仪检验坐标系X轴坐标的方向。

此处的理论设计指的是叶轮的预先设计状态，理论设计给出叶轮的叶片型值要求，铸件厂根据型值要求进行叶轮铸造，而实际铸造出来的产品状态与理论设计状态总是有差距的，差距大到一定程度后就无法满足性能要求了，型值检验的目的就是为了对差距进行判断，剔除无法满足的铸件。三坐标检验仪进行检验必须先建立检验坐标系，有了三坐标检验仪检验用的坐标系，就可以用来对叶片上需要检验的型值点的坐标进行定义，进而实现产品状态和理论状态的对比；此处的以C点为基准就是以C点为基准点建立三坐标检验仪检验用的坐标系，此处的检验基准平面是三坐标检验仪检验所必须的平面，当C点确定后，就以C点为基准点向喷推叶轮大端平移某一给定距离，然后在喷推叶轮大端加工出三坐标检验仪的检验基准平面，同时通过定位盲孔6确定了检验坐标系X轴坐标的方向，从而为后续三坐标检验仪检验做好了准备。具体参见图7。

步骤五、叶片型值检验点标记：依次对喷推叶轮所有叶片的进水边型值关注区域7和出水边型值关注区域8进行划分并标记为叶片型值检验点。

具体参见图，因为喷推叶轮有重叠部分，这部分在叶轮的中部，三坐标仪的探头无法检验；而影响喷推叶轮性能最关键的是进水边和出水边，这两者位于叶轮的两端，因此只需要检验叶片进水边和出水边给定点的型值，就可以判断喷推叶轮铸造质量的好坏。此处的型值即为在给定坐标系下点的坐标值。具体检验时，可以先对叶片轮廓综合误差最小叶片的进水边型值关注区域7和出水边型值关注区域8进行划分并标记为叶片型值检验点，将其进水边型值关注区域7的叶片型值检验点分别标记为a、b、c、d、e、f、g、h、i、j、k，将其出水边型值关注区域8的叶片型值检验点分别标记为l、m、n、o、p、q、r、s、t、u。然后再依次对喷推叶轮所有叶片的进水边型值关注区域7和出水边型值关注区域8进行划分并标记为叶片型值检验点，并将其进水边型值关注区域7的叶片型值检验点分别标记为a、b、c、d、e、f、g、h、i、j、k，将其出水边型值关注区域8的叶片型值检验点分别标记为l、m、n、o、p、q、r、s、t、u。具体参见图8。

步骤六、三坐标检验仪检验：首先将喷推叶轮大端朝上、下端朝下装夹在专用三爪卡盘上，然后利用检验基准平面和定位盲孔6建立检验坐标系，然后将三坐标检验仪的扫描测头依次通过步骤五中确定的喷推叶轮所有叶片的进水边型值关注区域7的叶片型值检验点和出水边型值关注区域8的叶片型值检验点，即完成了所有叶片的叶片型值检验点检测，最后将检测数据导出并转换格式。

步骤七、逆向建模和数据对比：利用步骤六中的检测数据逆向建模，并以C点为基准，然后与理论模型一一对比并记录所有叶片的进水边型值关注区域7和出水边型值关注区域8的叶片型值检验点处坐标误差，此叶片型值检验点处坐标误差即为叶片型值误差，然后根据验收标准对叶片型值误差结果进行评价，从而判断叶片是否合格，则完成了叶片型值检验的全部流程。通常情况下，若该点叶片型值误差大于允许值就是该点型值超差，当超差型值点超过总数的20%，则判定该喷推叶轮型值检验未通过，该喷推叶轮按照不合格品处理程序进行；当超差型值点未超过总数的20%，则判定该推叶轮型值检验通过，可进入后续加工环节。

上面步骤七中的逆向建模和数据对比是对检验结果利用三维软件结合判据进行是否合格进行判断，该逆向建模指的是利用三坐标仪输出的离散型值点的坐标数据，在三维软件中，利用相关造型功能，恢复叶片的完整三维连续模型。以C点为基准就是让逆向建模的模型和理论模型的C点重合，然后再来测量型值点的误差；如果不这样，逆向建模的模型和理论模型在空间中自由摆放，则任何一个点都可以调整到重合的状态，就失去了检验的意义，即上面步骤中规定了让C点重合，相当于定义了两个模型的相对位置再来比较，同时后续加工也是以此状态为基准进行，即以C点为基准加工，保证了检测状态和后续加工状态的一致性。此处的验收标准就是允许的逆向建模模型的型值点坐标与理论模型对应型值点坐标的差值。

本发明通过上述方法检验喷推叶轮的叶片型值，可以通过使用三坐标检验仪完全在现有常规检验条件下完成叶片型值的检验，且检验基准与后续加工基准一致，从而保证了检验结果与产品实际结果的等价性；同时无需购置价格昂贵的扫描仪，对于单件小批量场合可以替代成本较高的扫描仪进行检验，具有明显的实际应用价值。另外，对于批量化生产情况，如果每一件叶轮都去进行扫描判断，成本和周期都不允许，而采用本方法可以通过采用样板3粗查结合型值检验抽查方式进行，速度快，成本低，质量控制结果满足工程需要，符合生产实际。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，上述结构都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种精密铸造式喷推叶轮的叶片型值检验方法，所述喷推叶轮叶片的前缘（1）和后缘（2）留有打磨余量，喷推叶轮叶片表面分为工作面（4）和非工作面（5），其特征在于，检验时依次进行叶片粗查和叶片精查，在叶片粗查时采用样板（3）检查单个叶片的轮廓，通过测量叶片表面相对于样板（3）的误差、筛除叶片铸造粗大误差，并选择叶片轮廓综合误差最小的叶片作为下一步精确测量的基础，叶片精查时，在叶片粗查的基础上，在叶片轮廓综合误差最小的叶片上找到与理论型值点最佳的匹配点，以此建立检验坐标系，并且加工检验基准平面，然后利用三坐标检验仪，完成对叶片型值的检验，最后利用三维软件将检验结果建模并与理论模型对比，得出型值误差，再根据验收标准判断叶片是否合格，具体包括以下步骤：

步骤一、样板（3）靠检：采用样板（3）分别在喷推叶轮叶片的工作面（4）和非工作面（5）的中径处进行靠检，检查工作面（4）和非工作面（5）与样板（3）之间的间隙，并记录工作面（4）或非工作面（5）与样板（3）之间的最大间隙为h2；

步骤二、确定精确检验的基准：根据步骤一中的靠检结果最大间隙h2与相应的厂家或行业验收标准进行比较，如果最大间隙h2大于或等于厂家或行业验收标准，则该叶片为包含有粗大铸造误差的叶片，则剔除掉包含有该叶片的喷推叶轮，

如果最大间隙h2小于厂家或行业验收标准，则依次对该喷推叶轮的所有叶片进行靠检，同时找到叶片轮廓综合误差最小的叶片，将其作为下一步叶片型值精确检验的基准；

步骤三、C点定位：首先装夹喷推叶轮大端内轮廓面，校正其大小端轮毂，校正后固定于工作台上并加工喷推叶轮小端，然后装夹喷推叶轮小端外圆，校正其轮毂大小端，并加工喷推叶轮大端，再通过机床确定步骤二中确定的叶片轮廓综合误差最小的叶片两端位置，找到该叶片顶端圆弧，并找出该顶端圆弧的中点，将此点定义为外圆圆弧中点C作为检验坐标基准点；

步骤四、检验基准加工：以C点为基准点，按照理论设计的位置划线，并以C点为基准点向喷推叶轮大端平移一给定距离，该距离要求保证喷推叶轮大端面仍留有足够的轴向加工余量，然后在喷推叶轮大端加工出三坐标检验仪的检验基准平面，接着在喷推叶轮大端的检验基准平面上钻定位盲孔（6），所述的定位盲孔（6）位于通过C点的叶轮中心线的垂线在检验基准平面上的投影点处，将通过定位盲孔（6）的叶轮中心线的垂线作为三坐标检验仪检验坐标系X轴坐标的方向；

步骤五、叶片型值检验点标记：依次对喷推叶轮所有叶片的进水边型值关注区域（7）和出水边型值关注区域（8）进行划分并标记为叶片型值检验点；

步骤六、三坐标检验仪检验：首先将喷推叶轮大端朝上、下端朝下装夹在专用三爪卡盘上，然后利用检验基准平面和定位盲孔（6）建立检验坐标系，然后将三坐标检验仪的扫描测头依次通过步骤五中确定的喷推叶轮所有叶片的进水边型值关注区域（7）的叶片型值检验点和出水边型值关注区域（8）的叶片型值检验点，即完成了所有叶片的叶片型值检验点检测，最后将检测数据导出并转换格式；

步骤七、逆向建模和数据对比：利用步骤六中的检测数据逆向建模，以C点位基准，然后与理论模型对比型值点处坐标误差，此型值点处坐标误差即为叶片型值误差，然后根据验收标准对叶片型值误差结果进行评价，从而判断叶片是否合格，则完成了叶片型值检验的全部流程。