CN106370125A - 一种基于残余应力释放的叶片持续变形测量装置 - Google Patents

Abstract

一种基于残余应力释放的叶片持续变形测量装置，包括底座、叶片安装座及叶片持续变形测量架；所述叶片安装座包括支座及卡盘，支座固装在底座上，所述卡盘安装在支座上，叶片通过卡盘进行装夹固定；所述叶片持续变形测量架包括支架、测量杆、测量杆安装基板及位移传感器，支架设置在底座上，所述测量杆通过测量杆安装基板安装在支架上，所述位移传感器安装在测量杆安装基板上，位移传感器通过测量杆对叶片的变形量进行测量，位移传感器的信号输出端与计算机相连。本发明具备对因残余应力释放而引起的叶片持续变形进行全过程实时测量的能力，有助于了解残余应力释放对叶片持续变形的影响，为掌握残余应力释放下的叶片持续变形规律提供了可行手段。

Description

一种基于残余应力释放的叶片持续变形测量装置

技术领域

本发明属于航空发动机零部件检测技术领域，特别是涉及一种基于残余应力释放的叶片持续变形测量装置。

背景技术

叶片作为航空发动机的核心零部件，在航空发动机工作过程中，叶片会运行在高温、高压及高速状态下，将导致叶片承受静载荷、动载荷及循环载荷作用，为了保证航空发动机能够在如此恶劣的条件下具有较好的工作稳定性，则对叶片的尺寸、形状、物理及力学性能等提出了更高要求。

目前，对于航空发动机的叶片制造，传统的加工方式包括精密锻压成型、石蜡精密铸造、仿形铣削及电加工、焊接及激光加工。

为了满足叶片高质量、高效率的加工要求，数控铣削加工技术已开始广泛应用于叶片类曲面加工中，并逐渐代替传统的加工方式。但是，由于叶片本身壁厚较薄，空间几何尺寸形状复杂扭曲，且通常选用弹性模量较大及切削加工性能较差的合金材料，因此，叶片在受到切削力、切削热及残余应力等作用下，会发生弹塑性扭曲变形，并导致叶片的实际加工参数与设计值不一致，从而影响到叶片的加工精度和表面质量。

再有，叶片毛坯本身就存在初始残余应力，在铣削加工过程中，在切削力作用下还会产生新的残余应力，随着叶片毛坯材料的不断去除，残余应力会释放并且重分布，而且残余应力的释放过程不是在短时间内完成的，当叶片铣削加工完成后，叶片内的残余应力依然在释放，导致叶片发生持续变形，最终降低了叶片的尺寸精度，不但影响叶片的装配和使役性能，还会影响航空发动机的性能。

目前，多利用三坐标测量机对叶片加工变形进行测量，这种测量方式只能测量某一时间点的叶片尺寸数据，对于因残余应力释放而引起的叶片持续变形，三坐标测量机是无法实现全过程实时测量的。

由残余应力释放而引起的叶片持续变形，只有了解残余应力释放对叶片持续变形的影响，掌握残余应力释放下的叶片持续变形规律，才能更好优化叶片铣削加工工艺，为进一步提高叶片的加工精度提供可能。因此，有必要设计一种全新的测量装置，其应满足对因残余应力释放而引起的叶片持续变形进行全过程实时测量的能力。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种基于残余应力释放的叶片持续变形测量装置，具备对因残余应力释放而引起的叶片持续变形进行全过程实时测量的能力，有助于了解残余应力释放对叶片持续变形的影响，为掌握残余应力释放下的叶片持续变形规律提供了可行手段。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种基于残余应力释放的叶片持续变形测量装置，包括底座、叶片安装座及叶片持续变形测量架；所述叶片安装座包括支座及卡盘，支座固装在底座上，所述卡盘安装在支座上，叶片通过卡盘进行装夹固定；所述叶片持续变形测量架包括支架、测量杆、测量杆安装基板及位移传感器，支架设置在底座上，所述测量杆通过测量杆安装基板安装在支架上，所述位移传感器安装在测量杆安装基板上，位移传感器通过测量杆对叶片的变形量进行测量，位移传感器的信号输出端与计算机相连。

在所述支座侧立面上设置有一个圆形凹槽，在圆形凹槽的中心固定设置有一根销轴；所述卡盘为圆盘形，在卡盘的中心设置有一个销孔，卡盘通过销孔套装在销轴上且位于圆形凹槽内，卡盘相对于销轴具有回转自由度；在所述支座与卡盘之间设置有定位螺栓；在所述卡盘外侧面设有两处凸台板，两处凸台板相对于卡盘中心对称分布，在两处凸台板上均安装有叶片装夹螺栓。

在所述底座上设置有两条相平行的滑轨，所述支架采用门框式结构，支架的两根立柱分别连接在两条滑轨上，支架相对于滑轨具有水平直线移动自由度。

在所述支架的横梁上开设有竖直贯通的导向槽，且导向槽与横梁相平行，在导向槽内设置有导向滑块，所述测量杆安装基板位于导向滑块正下方，导向滑块与测量杆安装基板之间通过吊装螺栓相连接；所述测量杆安装基板相对导向槽具有水平直线移动自由度。

所述测量杆安装基板采用矩形板结构，在测量杆安装基板上均布设置有若干测量杆安装基孔，所述测量杆位于测量杆安装基孔内，测量杆相对于测量杆安装基孔具有竖直直线移动自由度。

所述测量杆采用螺纹杆结构，测量杆的底端为圆锥头结构，圆锥头的尖部为钝化圆弧面；在所述测量杆的顶端固定套装有导向套管，导向套管的顶端为封闭的平面，导向套管与测量杆安装基孔间隙滑动配合；在所述导向套管外表面设置有限位挡环。

在所述测量杆安装基孔正上方设置有位移传感器安装架，所述位移传感器竖直安装在位移传感器安装架上，位移传感器的测量端与导向套管顶端平面相对应。

所述位移传感器采用光纤位移传感器。

所述测量杆安装基板数量若干，在测量杆安装基板四周侧立面上分别设置有插头和插槽，若干测量杆安装基板通过插孔及插槽进行组装扩展。

本发明的有益效果：

本发明与现有技术相比，具备对因残余应力释放而引起的叶片持续变形进行全过程实时测量的能力，有助于了解残余应力释放对叶片持续变形的影响，为掌握残余应力释放下的叶片持续变形规律提供了可行手段。

附图说明

图1为本发明的一种基于残余应力释放的叶片持续变形测量装置结构示意图；

图2为本发明的卡盘与支座的装配示意图；

图3为本发明的卡盘立体图；

图4为本发明的测量杆安装基板与支架的装配示意图；

图5为本发明的测量杆安装基板立体图；

图6为本发明的测量杆与测量杆安装基板的装配示意图；

图中，1—底座，2—支座，3—卡盘，4—支架，5—测量杆，6—测量杆安装基板，7—位移传感器，8—销轴，9—定位螺栓，10—凸台板，11—叶片装夹螺栓，12—滑轨，13—导向槽，14—导向滑块，15—吊装螺栓，16—测量杆安装基孔，17—导向套管，18—限位挡环，19—位移传感器安装架，20—插头，21—插槽，22—叶片。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。

如图1～6所示，一种基于残余应力释放的叶片持续变形测量装置，包括底座1、叶片安装座及叶片持续变形测量架；所述叶片安装座包括支座2及卡盘3，支座2固装在底座1上，所述卡盘3安装在支座2上，叶片22通过卡盘3进行装夹固定；所述叶片持续变形测量架包括支架4、测量杆5、测量杆安装基板6及位移传感器7，支架4设置在底座1上，所述测量杆5通过测量杆安装基板6安装在支架4上，所述位移传感器7安装在测量杆安装基板6上，位移传感器7通过测量杆5对叶片22的变形量进行测量，位移传感器7的信号输出端与计算机相连。

在所述支座2侧立面上设置有一个圆形凹槽，在圆形凹槽的中心固定设置有一根销轴8；所述卡盘3为圆盘形，在卡盘3的中心设置有一个销孔，卡盘3通过销孔套装在销轴8上且位于圆形凹槽内，卡盘3相对于销轴8具有回转自由度；在所述支座2与卡盘3之间设置有定位螺栓9；在所述卡盘3外侧面设有两处凸台板10，两处凸台板10相对于卡盘3中心对称分布，在两处凸台板10上均安装有叶片装夹螺栓11。

本实施例中，两处凸台板10上各安装有三个叶片装夹螺栓11，三个叶片装夹螺栓11呈等腰三角形分布，且两个叶片装夹螺栓11在前，一个叶片装夹螺栓11在后。

在所述底座1上设置有两条相平行的滑轨12，所述支架4采用门框式结构，支架4的两根立柱分别连接在两条滑轨12上，支架4相对于滑轨12具有水平直线移动自由度。

在所述支架4的横梁上开设有竖直贯通的导向槽13，且导向槽13与横梁相平行，在导向槽13内设置有导向滑块14，所述测量杆安装基板6位于导向滑块14正下方，导向滑块14与测量杆安装基板6之间通过吊装螺栓15相连接；所述测量杆安装基板6相对导向槽13具有水平直线移动自由度。

所述测量杆安装基板6采用矩形板结构，在测量杆安装基板6上均布设置有若干测量杆安装基孔16，所述测量杆5位于测量杆安装基孔16内，测量杆5相对于测量杆安装基孔16具有竖直直线移动自由度。

所述测量杆5采用螺纹杆结构，测量杆5的底端为圆锥头结构，圆锥头的尖部为钝化圆弧面，可避免尖部划伤叶片表面。在所述测量杆5的顶端固定套装有导向套管17，导向套管17的顶端为封闭的平面，导向套管17与测量杆安装基孔16间隙滑动配合；在所述导向套管17外表面设置有限位挡环18，可防止测量杆5从测量杆安装基孔16中掉落。

在所述测量杆安装基孔16正上方设置有位移传感器安装架19，所述位移传感器7竖直安装在位移传感器安装架19上，位移传感器7的测量端与导向套管17顶端平面相对应。

所述位移传感器7采用光纤位移传感器。

所述测量杆安装基板6数量若干，在测量杆安装基板6四周侧立面上分别设置有插头20和插槽21，若干测量杆安装基板6通过插孔20及插槽21进行组装扩展，可满足大尺寸叶片的变形测量需要。

本实施例中，测量杆安装基板6的单一侧立面上仅设置插头20或插槽21，且单一侧立面上的插头20或插槽21均设置为两个，同时，插头20与插槽21对侧分布。

下面结合附图说明本发明的一次使用过程：

首先，将待测叶片的根部送入到卡盘3的两处凸台板10中间，然后旋紧两处凸台板10上的叶片装夹螺栓11，进而将叶片装夹固定到卡盘3上。

松开支座2与卡盘3之间设置有定位螺栓9，调整卡盘3的回转角度，进而将叶片调整到待测位置，最后旋紧定位螺栓9。

调整支架4在滑轨12上的位置，使支架4的横梁位于叶片上方，松开吊装螺栓15，调整测量杆安装基板6在横梁上的位置，使测量杆安装基板6位于叶片正上方，最后旋紧吊装螺栓15，将测量杆安装基板6定位在支架4横梁上。

选取相应数量的测量杆5，并将其分别放入测量杆安装基板6上的各个测量杆安装基孔16中，测量杆5在重力作用下将沿着测量杆安装基孔16下移，保证测量杆5的底端圆锥头抵靠于叶片表面，直到将全部测量杆5安装到位，最后在每个测量杆5的上方将位移传感器7安装到位。

开始测量工作，位移传感器7的测量端发射的激光照射在导向套管17的顶端平面上，随着时间的推移，叶片内的残余应力逐渐释放，叶片也会随着残余应力的释放而发生连续变形，在叶片变形过程中，会带动测量杆5沿着测量杆安装基孔16上下移动，而测量杆5的移动量将实时的被位移传感器7采集下来，并将采集的位移量数据实时传输到计算机中进行存储处理，最终获得叶片的变形量数据。

实施例中的方案并非用以限制本发明的专利保护范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均包含于本案的专利范围中。

Claims (9)

1.一种基于残余应力释放的叶片持续变形测量装置，其特征在于：包括底座、叶片安装座及叶片持续变形测量架；所述叶片安装座包括支座及卡盘，支座固装在底座上，所述卡盘安装在支座上，叶片通过卡盘进行装夹固定；所述叶片持续变形测量架包括支架、测量杆、测量杆安装基板及位移传感器，支架设置在底座上，所述测量杆通过测量杆安装基板安装在支架上，所述位移传感器安装在测量杆安装基板上，位移传感器通过测量杆对叶片的变形量进行测量，位移传感器的信号输出端与计算机相连。

2.根据权利要求1所述的一种基于残余应力释放的叶片持续变形测量装置，其特征在于：在所述支座侧立面上设置有一个圆形凹槽，在圆形凹槽的中心固定设置有一根销轴；所述卡盘为圆盘形，在卡盘的中心设置有一个销孔，卡盘通过销孔套装在销轴上且位于圆形凹槽内，卡盘相对于销轴具有回转自由度；在所述支座与卡盘之间设置有定位螺栓；在所述卡盘外侧面设有两处凸台板，两处凸台板相对于卡盘中心对称分布，在两处凸台板上均安装有叶片装夹螺栓。

3.根据权利要求1所述的一种基于残余应力释放的叶片持续变形测量装置，其特征在于：在所述底座上设置有两条相平行的滑轨，所述支架采用门框式结构，支架的两根立柱分别连接在两条滑轨上，支架相对于滑轨具有水平直线移动自由度。

4.根据权利要求3所述的一种基于残余应力释放的叶片持续变形测量装置，其特征在于：在所述支架的横梁上开设有竖直贯通的导向槽，且导向槽与横梁相平行，在导向槽内设置有导向滑块，所述测量杆安装基板位于导向滑块正下方，导向滑块与测量杆安装基板之间通过吊装螺栓相连接；所述测量杆安装基板相对导向槽具有水平直线移动自由度。

5.根据权利要求1所述的一种基于残余应力释放的叶片持续变形测量装置，其特征在于：所述测量杆安装基板采用矩形板结构，在测量杆安装基板上均布设置有若干测量杆安装基孔，所述测量杆位于测量杆安装基孔内，测量杆相对于测量杆安装基孔具有竖直直线移动自由度。

6.根据权利要求5所述的一种基于残余应力释放的叶片持续变形测量装置，其特征在于：所述测量杆采用螺纹杆结构，测量杆的底端为圆锥头结构，圆锥头的尖部为钝化圆弧面；在所述测量杆的顶端固定套装有导向套管，导向套管的顶端为封闭的平面，导向套管与测量杆安装基孔间隙滑动配合；在所述导向套管外表面设置有限位挡环。

7.根据权利要求5所述的一种基于残余应力释放的叶片持续变形测量装置，其特征在于：在所述测量杆安装基孔正上方设置有位移传感器安装架，所述位移传感器竖直安装在位移传感器安装架上，位移传感器的测量端与导向套管顶端平面相对应。

8.根据权利要求1所述的一种基于残余应力释放的叶片持续变形测量装置，其特征在于：所述位移传感器采用光纤位移传感器。

9.根据权利要求1所述的一种基于残余应力释放的叶片持续变形测量装置，其特征在于：所述测量杆安装基板数量若干，在测量杆安装基板四周侧立面上分别设置有插头和插槽，若干测量杆安装基板通过插孔及插槽进行组装扩展。