CN106503335A - 一种多联叶片收缩率添加方法 - Google Patents

一种多联叶片收缩率添加方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于发动机叶片设计技术领域，具体涉及一种多联叶片收缩率添加方法，其将叶片分为内缘板、叶身和外缘板三部分，分别对内缘板X、Y、Z三个方向，叶身X、Y、Z三个方向，外缘板X、Y、Z三个方向依次进行收缩率添加，再对每个叶片的旋转角度设计，通过借用多次局部分别添加收缩方法，减少叶片铸件预留量，这样也就大量减少后期铸件机械加工、抛光等时间。

Description

一种多联叶片收缩率添加方法
技术领域
本发明属于发动机叶片设计技术领域，具体涉及一种多联叶片收缩率添加方法。
背景技术
随着现代科技的发展，我国航空业也在追求前所未有的创新与发展，但航空发动机本身的技术难度已经达到了人类工业领域的巅峰，所以需要大家集思广益，努力研发新技术、新方法来改善现有航空发动机状态。叶片——是航空发动机的关键部件之一，因为其结构复杂，及形状的不规律使得叶片实体建模及制造较一般实体建模复杂多变。特别是近些年我国开始推出多联叶片，那么多联叶片模具制造前的收缩率也就显得尤为重要。现在叶片制造基本工艺是根据理论叶片铸件尺寸添加一定收缩率设计制造蜡型模具，蜡型沾浆达到一定厚度后进行制壳，制好的壳用来灌入叶片材料的金属液体，然后烧结脱壳得到铸件。由于工艺过程的复杂性及物体的热胀冷缩性，制作蜡型模具时给模型添加合适的收缩率就显得尤为重要，合理的收缩率添加方法使得我们可以得到预期或者接近预期的模腔尺寸。不正确的收缩率添加，会导致叶片后期抛光工作量增大或叶片报废。
目前我国单联叶片生产制造工艺已经比较成熟，多联叶片生产还处于初期发展阶段。多联叶片收缩率添加不仅需要考虑单个叶片截面轮廓尺寸，还要保证相邻叶片之间喉径值，节距及整组叶片叶高尺寸，而由于其结构复杂与特殊性，很多情况下整组叶片内缘板，叶片外缘板及叶片叶身需要采用不同数值收缩率才能达到预期铸造结果。而由于其特殊结构性，目前大部分采取的是给叶身及叶片内外缘板提前预留一定放量，后期加工抛光以达到要求的尺寸处理的。这种方法大幅增加了后期抛光工作量，加工成本很高，而且由于是单件手动抛光，所以纵然是同批零件抛光后尺寸仍有一定差异，不能有效控制零件同一性。但如果收缩率添加合理，就会大量减小后期抛光工作量，降低叶片加工成本，缩短周期，且可以保证同一批叶片同一性。
发明内容
本发明的目的是提供一种多联叶片收缩率设计方法，适用于多联叶片预防收缩，可保证同一批叶片的同一性。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种多联叶片收缩率添加方法，包括以下步骤：
(1)将叶片分为内缘板、叶身和外缘板三部分；
(2)设定模具上最靠近中间的一个叶片为L1，以该叶片L1的长度方向定义为X轴，以该叶片L1的宽度方向定义为Y轴，以该叶片L1的厚度方向定义为Z轴，将内缘板X轴方向尺寸放大ax，Y轴方向尺寸放大ay，Z轴方向尺寸放大az，得到理想的内缘板模具内腔尺寸，ax、ay、az的大小根据实际蜡型模具的特性、尺寸及制造工艺确定；
(3)以内缘板气道面与X轴的交点为基点A，以A为收缩基准点，将叶片L1的X轴方向尺寸放大bx，Y轴方向尺寸放大by，Z轴方向尺寸放大bz，得到理想的叶片模具内腔尺寸，bx、by、bZ的大小根据实际蜡型模具的特性、尺寸及制造工艺确定；
(4)以外缘板气道面与X轴的交点为基点B，以B为收缩基准点，将外缘板X轴方向尺寸放大cx，Y轴方向尺寸放大cy，Z轴方向尺寸放大cz，得到理想的外缘板模具内腔尺寸，cx、cy、cz的大小根据实际蜡型模具的特性、尺寸及制造工艺确定；
(5)假设发动机有K个叶片，以发动机中心O为基点在叶片L1的两侧均匀阵列叶片，以每个叶片的长度方向与内缘板交点建立基点，叶片L1以其对应的基点为旋转点向X轴方向旋转α°，叶片L1一侧的叶片以其对应的基点为旋转点按照距离叶片L1由近及远方向依次向其各自对应的长度方向旋转3α°、5α°……，叶片L1另一侧的叶片以其对应的基点为旋转点按照距离叶片L1由近及远方向依次向其各自对应的长度方向旋转-α°、-3α°、-5α°……，即相邻叶片旋转角度差的绝对值为2α°，由此消除内缘板与外缘板在Y轴方向上收缩不同带来的误差，其中α°定义为：假定相邻两叶片于外缘板气道面处间距为R，叶身靠近内缘板处尺寸放大m，叶身靠近外缘板处尺寸放大n，基点B处R×∣m-n∣大小的线段与发动机中心的夹角即为2α°。
优选的，m＝ay，n＝cy。
优选的，当m>n时，α°为顺时针旋转，-α°为逆时针旋转，即叶片L1左侧的叶片均顺时针旋转，叶片L1右侧的叶片均逆时针旋转；当m＜n时，α°为逆时针旋转，-α°为顺时针旋转，即叶片L1左侧的叶片均逆时针旋转，叶片L1右侧的叶片均顺时针旋转。
采用上述技术方案后，本发明具有以下积极效果：
本发明多联叶片收缩率添加方法借用多次局部分别添加收缩方法，减少叶片铸件预留量，这样也就大量减少后期铸件机械加工、抛光等时间。用该模型进行模具制造，生产出的叶片产品同一性及可替换性极高，大幅度提高产品合格率，为整个叶片项目节约绝对的宝贵时间。
附图说明
图1为实施例1中四联叶片结构图；
图2为图1中L1叶片存在的结构图。
其中：1、内缘板，11、内缘板气道面，2、叶身，3、外缘板，31、外缘板气道面。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应作广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
一种多联叶片收缩率添加方法，包括以下步骤：
(1)将叶片分为内缘板1、叶身2和外缘板3三部分；
(2)设定模具上最靠近中间的一个叶片为L1，以该叶片L1的长度方向定义为X轴，以该叶片L1的宽度方向定义为Y轴，以该叶片L1的厚度方向定义为Z轴，将内缘板1的X轴方向尺寸放大ax，Y轴方向尺寸放大ay，Z轴方向尺寸放大az，得到理想的内缘板1模具内腔尺寸，ax、ay、az的大小根据实际蜡型模具的特性、尺寸及制造工艺确定；
(3)以内缘板气道面11与X轴的交点为基点A，以A为收缩基准点，将叶片L1的X轴方向尺寸放大bx，Y轴方向尺寸放大by，Z轴方向尺寸放大bz，得到理想的叶片模具内腔尺寸，bx、by、bZ的大小根据实际蜡型模具的特性、尺寸及制造工艺确定；
(4)以外缘板气道面31与X轴的交点为基点B，以B为收缩基准点，将外缘板3的X轴方向尺寸放大cx，Y轴方向尺寸放大cy，Z轴方向尺寸放大cz，得到理想的外缘板3模具内腔尺寸，cx、cy、cz的大小根据实际蜡型模具的特性、尺寸及制造工艺确定；
(5)假设发动机有K个叶片，以发动机中心O为基点在叶片L1的两侧均匀阵列叶片，以每个叶片的长度方向与内缘板1交点建立基点，叶片L1以其对应的基点为旋转点向X轴方向旋转α°，叶片L1左侧的叶片以其对应的基点为旋转点按照距离叶片L1由近及远方向依次向其各自对应的长度方向旋转3α°、5α°……，叶片L1右侧的叶片以其对应的基点为旋转点按照距离叶片L1由近及远方向依次向其各自对应的长度方向旋转-α°、-3α°、-5α°……，即相邻叶片旋转角度差的绝对值为2α°，由此消除内缘板1与外缘板3在Y轴方向上收缩不同带来的误差，其中α°定义为：假定相邻两叶片于外缘板气道面31处间距为R，叶身2靠近内缘板1处尺寸放大m，叶身2靠近外缘板3处尺寸放大n，基点B处R×∣m-n∣大小的线段与发动机中心的夹角即为2α°，其中，m＝ay，n＝cy。当m>n时，α°为顺时针旋转，-α°为逆时针旋转，即叶片L1左侧的叶片均顺时针旋转，叶片L1右侧的叶片均逆时针旋转；当m＜n时，α°为逆时针旋转，-α°为顺时针旋转，即叶片L1左侧的叶片均逆时针旋转，叶片L1右侧的叶片均顺时针旋转。
实施例1
如图1-2所示，为一种四联叶片，其包括内缘板1、叶身2和外缘板3，内缘板1与叶身2交接面为内缘板气道面11，外缘板3与叶身2交接面为外缘板气道面31。按图1中方向正视多联叶片时，以叶片L1为分界，叶片分为左侧和右侧。
假设该发动机低压四联叶片内缘板X、Y、Z三个方向上的收缩要求ax：2.0％、ay：2.0％、az：2.2％；叶身收缩要求bx：2.3％、by：2.2％、bz：2.2％，外缘板收缩要求cx：2.2％、cy：2.2％、cz：2.3％，叶身靠近内缘板处收缩要求m:2.0％，叶身靠近外缘板处收缩要求n:2.2％。
上述四联叶片收缩率添加方法，包括以下步骤：
(1)将叶片分为内缘板1、叶身2和外缘板3三部分；
(2)设定模具上叶片L1为最靠近模具中间的一个叶片，以该叶片L1的长度方向定义为X轴，以该叶片L1的宽度方向定义为Y轴，以该叶片L1的厚度方向定义为Z轴，将内缘板1的X轴方向尺寸放大2.0％，Y轴方向尺寸放大2.0％，Z轴方向尺寸放大2.2％，得到理想的内缘板1模具内腔尺寸；
(3)以内缘板气道面11与X轴的交点为基点A，以A为收缩基准点，将叶片L1的X轴方向尺寸放大2.3％，Y轴方向尺寸放大2.2％，Z轴方向尺寸放大2.2％，得到理想的叶片模具内腔尺寸；
(4)以外缘板气道面31与X轴的交点为基点B，以B为收缩基准点，将外缘板3的X轴方向尺寸放大2.2％，Y轴方向尺寸放大2.2％，Z轴方向尺寸放大2.3％，得到理想的外缘板3模具内腔尺寸；
(5)以发动机中心O为基点在叶片L1的两侧均匀阵列叶片，用L2、L1、L3、L4依次表示相应的叶片，以每个叶片的长度方向与内缘板1交点建立基点，得到基点P1、P2、P3、P4，其中P2与基点A重合，叶片L1以基点P2为旋转点向X轴方向逆时针旋转α°，叶片L2以基点P1为旋转点向其长度方向逆时针旋转3α°，叶片L3以基点P3为旋转点向其长度方向顺时针旋转α°，叶片L4以基点P4为旋转点向其长度方向顺时针旋转3α°，由此消除内缘板1与外缘板3在Y轴方向上收缩不同带来的误差。其中α°定义为：假定相邻两叶片于外缘板气道面31处间距R为2.20，叶身2靠近内缘板1处尺寸放大2.0％，叶身2靠近外缘板3处尺寸放大2.2％，基点B处2.20×∣2.0％-2.2％∣＝0.01大小的线段与发动机中心的夹角即为2α°。实施例2
假设一种发动机低压五联叶片内缘板X、Y、Z三个方向上的收缩要求ax：2.2％、ay：2.2％、az：2.2％；叶身收缩要求bx：2.3％、by：2.2％、bz：2.2％，外缘板收缩要求cx：2.0％、cy：2.0％、cz：2.3％，叶身靠近内缘板处收缩要求m:2.2％，叶身靠近外缘板处收缩要求n:2.0％。
上述五联叶片收缩率添加方法，包括以下步骤：
(1)将叶片分为内缘板1、叶身2和外缘板3三部分；
(2)设定模具上叶片L1为最靠近模具中间的一个叶片，以该叶片L1的长度方向定义为X轴，以该叶片L1的宽度方向定义为Y轴，以该叶片L1的厚度方向定义为Z轴，将内缘板1的X轴方向尺寸放大2.2％，Y轴方向尺寸放大2.2％，Z轴方向尺寸放大2.2％，得到理想的内缘板1模具内腔尺寸；
(3)以内缘板气道面11与X轴的交点为基点A，以A为收缩基准点，将叶片L1的X轴方向尺寸放大2.3％，Y轴方向尺寸放大2.2％，Z轴方向尺寸放大2.2％，得到理想的叶片模具内腔尺寸；
(4)以外缘板气道面31与X轴的交点为基点B，以B为收缩基准点，将外缘板3的X轴方向尺寸放大2.0％，Y轴方向尺寸放大2.0％，Z轴方向尺寸放大2.3％，得到理想的外缘板3模具内腔尺寸；
(5)以发动机中心O为基点在叶片L1的两侧均匀阵列叶片，用L3、L2、L1、L4、L5依次表示相应的叶片，以每个叶片的长度方向与内缘板1交点建立基点，得到基点P1、P2、P3、P4、P5，基点P3与基点A重合，叶片L1以基点P3为旋转点向X轴方向顺时针旋转α°，叶片L2以基点P2为旋转点向其长度方向顺时针旋转3α°，叶片L3以基点P1为旋转点向其长度方向顺时针旋转5α°，叶片L4以基点P4为旋转点向其长度方向逆时针旋转α°，叶片L5以基点P5为旋转点向其长度方向逆时针旋转3α°，由此消除内缘板1与外缘板3在Y轴方向上收缩不同带来的误差。其中α°定义为：假定相邻两叶片于外缘板气道面31处间距为R，叶身2靠近内缘板1处尺寸放大2.0％，叶身2靠近外缘板3处尺寸放大2.2％，基点B处R×∣2.0％-2.2％∣大小的线段与发动机中心的夹角即为2α°。
对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明要求的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种多联叶片收缩率添加方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)将叶片分为内缘板、叶身和外缘板三部分；
(2)设定模具上最靠近中间的一个叶片为L1，以该叶片L1的长度方向定义为X轴，以该叶片L1的宽度方向定义为Y轴，以该叶片L1的厚度方向定义为Z轴，将内缘板X轴方向尺寸放大ax，Y轴方向尺寸放大ay，Z轴方向尺寸放大az，得到理想的内缘板模具内腔尺寸，ax、ay、az的大小根据实际蜡型模具的特性、尺寸及制造工艺确定；
(3)以内缘板气道面与X轴的交点为基点A，以A为收缩基准点，将叶片L1的X轴方向尺寸放大bx，Y轴方向尺寸放大by，Z轴方向尺寸放大bz，得到理想的叶片模具内腔尺寸，bx、by、bZ的大小根据实际蜡型模具的特性、尺寸及制造工艺确定；
(4)以外缘板气道面与X轴的交点为基点B，以B为收缩基准点，将外缘板X轴方向尺寸放大cx，Y轴方向尺寸放大cy，Z轴方向尺寸放大cz，得到理想的外缘板模具内腔尺寸，cx、cy、cz的大小根据实际蜡型模具的特性、尺寸及制造工艺确定；
(5)假设发动机有K个叶片，以发动机中心O为基点在叶片L1的两侧均匀阵列叶片，以每个叶片的长度方向与内缘板交点建立基点，叶片L1以其对应的基点为旋转点向X轴方向旋转α°，叶片L1一侧的叶片以其对应的基点为旋转点按照距离叶片L1由近及远方向依次向其各自对应的长度方向旋转3α°、5α°……，叶片L1另一侧的叶片以其对应的基点为旋转点按照距离叶片L1由近及远方向依次向其各自对应的长度方向旋转-α°、-3α°、-5α°……，即相邻叶片旋转角度差的绝对值为2α°，由此消除内缘板与外缘板在Y轴方向上收缩不同带来的误差，其中α°定义为：假定相邻两叶片于外缘板气道面处间距为R，叶身靠近内缘板处尺寸放大m，叶身靠近外缘板处尺寸放大n，基点B处R×∣m-n∣大小的线段与发动机中心的夹角即为2α°。
2.根据权利要求1所述的多联叶片收缩率添加方法，其特征在于：m＝ay，n＝cy。
3.根据权利要求1所述的多联叶片收缩率添加方法，其特征在于：当m>n时，α°为顺时针旋转，-α°为逆时针旋转，即叶片L1左侧的叶片均顺时针旋转，叶片L1右侧的叶片均逆时针旋转；当m＜n时，α°为逆时针旋转，-α°为顺时针旋转，即叶片L1左侧的叶片均逆时针旋转，叶片L1右侧的叶片均顺时针旋转。
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