一种精铸涡轮叶片气膜冷却孔的参数化加工方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN107506519A(43)申请公布日2017.12.22(21)申请号201710548930.4(22)申请日2017.07.07(71)申请人厦门大学地址361005福建省厦门市思明南路422号申请人厦门大学深圳研究院(72)发明人董一巍尤延铖殷春平李晓琳赵奇李效基王尔泰黄玥王希(74)专利代理机构厦门南强之路专利事务所(普通合伙)35200代理人马应森(51)Int.Cl.G06F17/50(2006.01)权利要求书3页说明书6页附图4页(54)发明名称一种精铸涡轮叶片气膜冷却孔的参数化加工方法(57)摘要一种精铸涡轮叶片气膜冷却孔的参数化加工方法，涉及涡轮叶片。提供包括组件铸造变形、装夹定位误差以及小孔加工过程中叶片的移动及变形在内的误差，可实现空心涡轮叶片气膜孔的参数化精确加工。通过求解与计算气膜孔加工过程中的误差传递与积累，对气膜孔的设计参数修正，根据修正后的气膜孔形位参数：气膜孔的中心点，气膜孔的法矢，与气膜孔的孔深，对气膜孔进行加工，提高气膜孔的加工精度，提高涡轮叶片的冷却效率。对空心涡轮叶片的精确成形具有重要的理论意义和应用价值，避免了当前气膜孔加工领域由于仅根据设计参数直接加工而造成的气冷效率降低现状，保证了保证了气膜孔成形精度，可实现叶片气冷效果与设计要求保持一致。CN107506519ACN107506519A权利要求书1/3页1.一种精铸涡轮叶片气膜冷却孔的参数化加工方法，其特征在于包括以下步骤：1)根据涡轮叶片设计模型获取气膜孔的几何参数；2)获得叶片铸件的实际三维模型；3)将由步骤2)获取的叶片铸件模型与叶片的设计模型进行三维配准，对配准后的模型沿高度方向截取表征模型三维特征的截面，将每条截面线离散成型值点，则设计模型与铸件模型具有相同型值参数的点为对应点，计算对应点之间的位移，即得到涡轮叶片精铸过程中产生的精铸位移场；4)对步骤3)中建立的精铸位移场进行变形特征分解，分解出为扭转变形Dti，弯曲变形Dbi以及收缩变形Dsi，则位移场Di＝Dsi+Dbi+Dti，具体步骤如下：(1)基于二维截面线的离散点计算截面形心点，设离散点集为p1,p2,...pn，离散点坐标为pi(xi,yi,zi)，其中i＝1,2,...,n；则截面形心点M的计算公式为：将扭转变形Dti定义为叶片铸件模型与叶片设计模型对应截面形心点的位移量；利用公式Pi'＝Pi+Dti补偿扭转变形量，式中，Pi为叶片铸件模型二维截面的离散点集，Pi'为补偿扭转变形后的截面点集；(2)连接二维截面线的形心点与截面线的前缘点得到一条直线，将弯曲变形量Dbi定义为叶片铸造模型与设计模型对应截面上两条直线间的夹角θ，求得旋转矩阵：利用公式Pi”＝Pi'·R补偿弯曲变形量，其中，Pi”为点集Pi'经过弯曲变形补偿的截面点集；5)基于六点定位原则，采用6个定位元件将叶片铸件装夹固定，定位器沿着叶片表面某点的法线方向紧贴该点，由于定位元件的制造与安装误差，定位点处会产生定位误差δr＝T[δr1,δr2,...δri,...δrn]，会对叶片装夹参考坐标系CSω产生误差δq＝[δxω,δyω,δzω,δαω,Tδβω,δγω]，其中δri是第i个定位元件的位移，[δxω,δyω,δzω]为坐标系CSω在X,Y,Z方向上的位移变化，[δαω,δβω,δγω]为坐标系CSω的旋转角度，基于刚体运动学公式δr＝Gδq确定装夹坐标系CS'ω，其中：6)叶片铸件表面任意点i在装夹定位过程中的位移eli由公式eli＝T(δαω)·T(βω)·T(δ2CN107506519A权利要求书2/3页Tγω)·R(ri)-Pi，其中，T(δαω)，T(δβω)，T(δγω)为3×3的旋转矩阵；Pi＝[xi,yi,zi]，R(ri)T＝[xi+δxω,yi+δyω,zi+δzω]；7)采用时域离散法求解气膜孔在加工过程中的叶片铸件变形量，由于气膜孔加工过程中应力应变与加工时间和气膜孔的坐标相关，将单孔加工过程按照时间间隔Δt进行划分，根据静态平衡条件[K]r(ti)＝f(ti)，求得铸件变形误差，式中，K为气膜孔加工系统结构刚度矩阵，r(ti)为铸件位移向量，f(ti)为钻孔的瞬时力向量，其中，瞬时力F可表征为：8)根据步骤3)～7)得到的叶片铸造过程中的变形量、叶片定位误差，以及气膜孔加工T过程中的误差，对气膜孔设计参数进行修正，首先修正气膜孔小孔中心点Pc＝[xc,yc,zc]与气膜孔孔的法矢求解Pc的步骤为：(1)利用公式求出经过叶片铸造产生变形后的孔中心点其中Re1与Te1为根据步骤4)求得的旋转矩阵与平移矩阵，i为叶片铸件表面上的离散点编号；(2)利用公式求出叶片铸件装夹后在装夹坐标e