模锻叶片成形过程的数值模拟研究

摘要

叶片是汽轮机中极为重要的零部件,它是汽轮机的"心脏",是汽轮机获得动力的源泉.由于模锻叶片具有金属流线连续,综合机械性能好,加工余量小等优点,因此,汽轮机叶片多采用模锻方式成形.为解决叶片模锻成形中出现的各种问题,优化模锻工艺,节约原材料和能源,提高模锻叶片质量,延长模锻模具寿命,有必要对叶片的模锻过程进行认真研究. 研究叶片模锻过程的方法一般可分为物理模拟法和数值模拟法.大规模生产叶片锻件在朝着轻量化、高精度方向发展的同时,要求降低模具费用,节约原材料,缩短生产调试时间.实现这些目标如果仅仅依赖传统的物理模拟法是不行的,因此,数值模拟就显得尤为重要.本文采用刚(粘)塑性有限元法,借助deform软件对"321"模锻叶片在5吨模锻锤上的成形过程进行了模拟分析,并重点研究了温度、载荷、锤击次数、摩擦润滑,以及坯料形状、摆料位置、模腔工艺结构等因素对模锻叶片质量和模具失效的影响. 研究结果表明:利用数值模拟实验分析和预测坯料金属在模腔内的流动过程,以及温度、受力等变化,可以为开坯工艺、模锻工艺和模腔工艺结构的改进或优化,以及控制产品质量提供有用信息;在保证质量和满足工艺的前提下,适当减少锤击次数,可以提高生产效率和节约能源.同时,借助数值模拟的三维图像,还可以了解飞边的形成及分布;分析润滑对叶片成形和模具的影响,以便选择更适合叶片模锻的润滑剂;根据模具温度的变化和受力情况,分析模具失效原因,预测失效部位及类型,以制定有效措施来控制模具失效.