蔡司先进翼型解决方案为两机动力保驾护航

Release time: 2024-06-11


航空发动机和燃气轮机被誉为装备制造业中的“皇冠上的明珠”。它们的基本工作原理是通过压缩和膨胀气体,加速气流喷射至叶片上,从而带动转子旋转并产生强大动力。因此,叶片的性能至关重要,尤其是其材料和几何尺寸。为此,叶片的测量通常需要进行百分百的全面检查,同时确保高效和精确。

涡扇发动机和燃气轮机在原理和结构上极为相似。在发动机中,叶片的数量最多且质量要求最高,主要包括压缩机叶片和涡轮叶片。由于航空发动机追求轻量化,叶片通常较小,主要采用钛合金和高温合金材料,复合材料则是当前的发展趋势。相比之下,燃气轮机更注重强大的动力输出,对轻量化的需求不高,其叶片主要由钛合金、高温合金和不锈钢材料构成,通常比航空发动机的叶片更大。

从加工工艺上来看,“两机”的压气机叶片一般通过复杂的锻造工艺完成,包含挤压,墩头,预锻,终锻,激光切边,抛修进排气边,精铣榫头等。

锻造叶片的质量检测,主要针对铣进排气边工序,抛修进排气边工序,成品完整叶型检测等。因此监控进排气边飞边趋势从而指导加工,针对极薄的前尾缘轮廓度测量评价往往是锻造叶片质量检测的痛点,同时兼顾提升锻造叶片的测量精度和效率,也是该领域质量检测的发展趋势。

蔡司针对锻造叶片的过程检测和终检提供了成熟可靠的解决方案,既能够监控飞边加工趋势,同时也能够保证良好的测量效率。ZEISS CONTURA 集成了MASS多测头技术,可以在主动式测头, 旋转头,白光测头和激光测头之间快速更换,以满足不同的叶型测量需求。

当前叶型尺寸的非接触式测量是当下的发展趋势,蔡司线激光测头每秒至少可采集250000个点,每秒至少可采集400条轮廓线,因此可以更真实的反映整个叶型轮廓的形貌特征,测量效率也不会受到测量截面数量的影响。

对于高扭曲叶型和极薄的前尾缘轮廓测量,蔡司白光测头不仅可以有效避免接触式测量所造成的测针余弦误差,由于蔡司白光测头最小光斑尺寸仅8um,同时还可以完成极薄的前尾缘轮廓的高精度测量要求。

ZEISS INSPECT Airfoil软件以强大的功能性,便捷的操作和灵活性著称,针对锻造叶片前尾缘的飞边参数(开放式叶型)评定是ZEISS INSPECT Airfoil的亮点之一。

正如下图报告页面所展示,ZEISS INSPECT Airfoil可直观显示整体盆背轮廓偏差情况和飞边趋势,也可单独针对叶盆和叶背进行拟合,分别评价相应的形状轮廓偏差。针对前尾缘处飞边厚度偏差也可直观显示,便于技术人员进行后续工序的机加参数调整。

针对压气机叶片的终检,即完整叶型检测,由于有些压气机叶片的前尾缘R角很小,甚至可达0.2mm左右,在叶型位置及角度误差的影响下,如何真实反映压气机叶片前尾缘轮廓度也是当下该领域的痛点之一。

ZEISS INSPECT Airfoil 采用了先进的三维补偿技术,可保证无论实际叶型扭曲有多么夸张,该补偿算法总能根据实际三维曲面补偿探针半径,从而真实地反映实际叶型轮廓。

上图展示了绿色轮廓线代表的实际叶型曲线与黑色轮廓线代表的理论叶型曲线之间存在明显的位置误差。然而,通过利用ZEISS INSPECT Airfoil 的实际三维曲线补偿技术,我们可以准确捕捉到叶片的真实形态,避免了打结、缩颈等异常现象的出现。

再论涡轮叶片,即铸造叶片,其加工过程极为复杂。这一过程包括蜡模模具的制备、蜡模及陶瓷型芯的成型、组树、制壳、脱蜡焙烧、浇铸成型、脱壳清理、粗加工、精加工及涂层的制备等多个步骤。

在整个加工流程中,检测环节主要涉及蜡模模具、蜡模、陶瓷芯、粗加工铸造叶型、榫头以及精加工叶型等关键部分。蔡司能够针对这些环节提供相应的质量解决方案。例如,在蜡模阶段,ZEISS ATOS Q 能够对模具、陶瓷芯和蜡模进行全域扫描和轮廓评价,准确地识别出加工过程中的质量缺陷,有效预防潜在问题的发生,从而起到降低成本的效果。

            

在材料端,蔡司显微镜解决方案可以针对涡轮叶片进行热障涂层厚度分析,断口面失效分析等,例如蔡司的EVO扫描电镜可针对涡轮叶片的断口面进行失效分析。

利用蔡司的光学显微镜例如Axio系列,可进行表面镀层厚度分析,镀层内缺陷观察,表面微裂纹观察等。

对于铸造叶片的全域扫描分析,蔡司三维扫描仪ZEISS ATOS 5 for Airfoil 为客户提供了令人满意的解决方案。这款设备配备了蓝光均衡器和快速图形处理功能,具有短曝光时间和高精度的特点。单次扫描能够捕获高达1200万个测量点,其极高的分辨率能够精确地扫描叶片前缘和尾缘的微小细节。

在榫头加工和叶型加工阶段,客户通常希望将测量设备集成到生产线中,实现自动化测量。这要求现场型三坐标测量设备具有高性能,不仅要占地面积小,还要确保测量过程高效、稳定且精准。ZEISS DuraMax 工作间型三坐标测量机满足这些需求,是理想的选择。

蔡司三坐标 ZEISS DuraMax 具备占地面积小,全封闭,一体式铸铁平台的结构优势,保证了三坐标的长时间稳定运行,同时蔡司三坐标 DuraMax 可搭载四轴联动转台,可满足复杂多联叶片的测量要求。蔡司三坐标 DuraMax 配合CALYPSO软件功能,可实现ZVP快速打点技术,阵列测量技术,最小测针更换等提高测量效率的功能,保证在自动化车间现场的高节拍测量要求。

ZEISS INSPECT Airfoil 在榫头和叶型评价方面的能力卓越,其完全基于CAD的交互操作不仅使编程过程可视化,而且易于理解。根据客户的具体需求,叶型和榫头的报告可以定制化设计,报告模板种类丰富,易于阅读。

当然,针对涡轮叶片的缺陷和内外部尺寸检测,蔡司工业CT METROTOM 和BOSELLO 系列产品,均可协助客户在涡轮叶片的生产过程中,实现从蜡模到成品的内外部尺寸及缺陷质量控制。

蔡司一直积极探索为客户提供全面解决方案的道路。无论是在微观还是宏观层面的质量控制,蔡司都致力于提供精准的解决方案,确保满足严格的质量标准,为客户的质量需求提供坚实保障。

无锡灵恩机电设备有限公司是蔡司工业测量代理,主要经营蔡司三坐标、蔡司三维扫描仪(蔡司3D扫描仪)、蔡司工业CT以及蔡司工业显微镜等。电话热线:4009699806。

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