[发明专利]基于有限壁厚的叶片内腔截面线、气膜孔深度获取方法

说明书

本发明属于一种叶片气膜孔深度获取方法，为解决目前涡轮叶片在加工气膜孔时，通过增大工艺参数，并利用人工模式来监测穿透状态，以保证气膜孔加工质量的方法，无法满足涡轮叶片气膜孔的高精度与自动化加工的问题，提供一种基于有限壁厚的叶片内腔截面线、气膜孔深度获取方法，建立了涡轮叶片不同曲面区域的壁厚偏差拟合曲线，并结合理论与真实模型的叶片中弧线，计算了叶片的叶盆、叶背及前缘处的真实内腔边界与周围壁厚，得到了叶片的完整内腔截面线，进而构建真实的叶片内腔几何模型，再计算气膜孔的最大、最小孔深以及最小对壁距离，以此支撑变形后涡轮叶片气膜孔加工工艺参数的规划，能够有效满足涡轮叶片气膜孔的高精度与自动化加工需求。

技术领域

本发明属于一种叶片气膜孔深度获取方法，具体涉及一种基于有限壁厚的叶片内腔截面线、气膜孔深度获取方法。

背景技术

涡轮叶片是航空发动机的关键零件，提高涡轮前温度可有效提高航空发动机推力。受限于材料的耐高温能力，需要为涡轮叶片设计空心内腔结构，以供冷气通过，并流经气膜孔在涡轮叶片表面形成气膜，进而隔绝高温气体。

涡轮叶片在制造过程中主要采用熔模铸造一体成型工艺，但是，受铸造热应力和复杂内腔结构的影响，涡轮叶片在铸造冷却过程中存在各种变形情况且难以控制，使得涡轮叶片的实际内腔形状与理论内腔形状并不一致。若仍然基于理论内腔形状进行气膜孔加工，由于气膜孔的实际深度已发生变化，气膜孔加工的理论工艺参数将无法适应真实的加工工况，而且在加工穿透的瞬间可能会对内腔中变形后的板筋等结构造成损伤。

目前，实际加工中只能通过增大工艺参数，并利用有效性受限的人工模式来监测穿透状态，以保证气膜孔的加工质量，且最终的结果并不理想，零件废品率仍然居高不下，无法满足涡轮叶片气膜孔的高精度与自动化加工。

发明内容

本发明为解决目前涡轮叶片在加工气膜孔时，通过增大工艺参数，并利用人工模式来监测穿透状态，以保证气膜孔加工质量的方法，无法满足涡轮叶片气膜孔的高精度与自动化加工的技术问题，提供一种基于有限壁厚的叶片内腔截面线、气膜孔深度获取方法。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种基于有限壁厚的叶片内腔截面线获取方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：

S1，任选铸件的至少一个轴向截面，在各轴向截面上选取至少三个点获取壁厚数据，建立理论-实际外形截面线映射关系、理论-实际中弧线上点的映射关系、理论-实际前缘处外形截面线映射关系；获取壁厚数据的点至少包括叶盆1个点、叶背1个点和前缘1个点；

S2，利用铸件的多个轴向截面分别与叶片的实际模型和理论模型求交，得到实际外形截面线、理论内腔截面线、理论外形截面线；

S3，构造轴向截面上弧长与壁厚的映射关系、轴向截面上弧长与壁厚偏差dc的映射关系、轴向截面uv参数与壁厚偏差的映射关系，根据轴向截面uv参数与壁厚偏差的映射关系，获取轴向截面上的偏差数据；

S4，结合理论-实际外形截面线映射关系和步骤S3中的映射关系，获取理论外形截面线上任两个点q1和q2的理论-实际变换矩阵，得到任两个内腔分界点p1和p2的理论-实际变换矩阵；

S5，根据理论-实际中弧线上点的映射关系，得到理论内腔截面线与中弧线交点pm的理论-实际变换矩阵；

S6，以p1、p2和pm处的变换参数作为控制点，在以p₁p_mp₂段的弧长s1为X轴，绕dc的旋转角度和在理论中弧面对应的uv参数域内的平移量为Y轴的坐标系中进行拟合；

S7，根据步骤S6的拟合结果，构建叶盆或叶背的实际内腔预测模型；

S8，根据叶盆或叶背的实际内腔预测模型对前缘的内腔进行拟合，得到前缘的实际内腔预测模型；