叶片辊轧成形工艺及模具设计研究

摘要

叶片精密辊锻成形工艺是当今航空发动机生产制造的关键技术，具有工序少、周期短、加工成本低、生产高效、组织性能好等优点。过去的研究受到计算机水平和有限元软件的限制，叶片辊轧成形工艺参数优化和模具优化设计研究涉及较少，叶片形状的复杂性使叶片辊轧成形规律的研究变得迫切。虽然叶片轧制的工艺参数难以通过实验测量，但数值模拟方法使理想参数的分析成为可能。本文针对某型号叶片辊轧成形研究做了以下工作:
　　(1)本文在阅读大量国内外参考文献资料的基础上，阐述了叶片冷辊轧成形的工艺现状、研究成果和特点，研究了叶片冷轧中材料、摩擦系数、下压量和轧制速度等因素对叶片成形的影响。同时建立了叶片轧制的基本原理，从理论认识叶片辊轧的基本规律。
　　(2)在UG软件基础上，本文采用c语言开发叶片建模平台，利用Excel数据库处理叶片测绘数据，并创建叶片实体和轧制模具，为叶片有限元分析做准备。
　　（3基于ABAQUS有限元分析软件建立叶片辊轧分析过程，采用显式动力学分析准静态过程，从能量转化的观点验证显式动力学分析的合理性;综合比较叶片辊轧成形实体和原始数构造的叶片三维模型，从三维模型重合度和截面线误差验证了叶片辊轧的正确性。
　　(4)本文对影响叶片轧制的工艺参数进行深入全面的研究，通过建立十多组辊轧模型研究了摩擦系数、轧制速度和下压量对叶片应力应变、坯料的前滑后滑以及轧制力的影响，得出本课题研究范围内最优的工艺参数，对叶片生产具有重要指导意义。
　　(5)分析叶片辊轧模具的应力应变情况，通过研究叶片辊轧成形规律对模具进行优化设计，从增强模具咬口和边部强度、提高模具表面精度、引入前滑系数和控制边部余量等方面优化叶片辊轧模具，从根本上提高叶片辊轧的质量。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 叶片辊轧工艺的国内外概况

1．2．1 叶片辊轧工艺的发展现状

1．2．2 叶片冷辊轧的特点

1．2．3 叶片冷辊轧工艺存在的问题

1．3 叶片辊轧模具优化设计

1．4 本文主要研究内容

1．5 本章小结

第2章 辊轧成形理论及叶片实体建模

2．1 辊轧工艺

2．1．1 叶片辊轧基本模型

2．1．2 坯料咬入条件

2．1．3 轧制过程中的前滑和后滑

2．2 叶片实体模型的建立

2．2．1 叶片测量数据处理

2．2．2 叶片实体模型生成

2．3 叶片辊轧模具模型建立

2．3．1 叶片辊轧模具型面的重新提取与余量加放

2．3．2 模具型面边部延伸及轧模型面线生成

2．4 叶片辊轧坯料设计

2．5 本章小结

第3章 叶片成形仿真及结果验证

3．1 引言

3．2 ABAQUS软件简介

3．2．1 ABAQUS功能模块

3．2．2 ABAQUS／Explicit求解器计算原理

3．2．3 叶片辊轧仿真流程图

3．3 叶片冷辊轧几何模型

3．4 叶片辊轧能量评估及结果验证

3．4．1 叶片辊轧能量评估

3．4．2 叶片辊轧模型结果评估

3．5 本章小结

第4章 叶片辊轧工艺参数分析及模具优化

4．1 引言

4．2 仿真结果分析

4．2．1 叶片应力和塑性变形的分析

4．2．2 叶片坯料速度场和空间位移的分析

4．2．3 轧制力和轧制力矩

4．3 摩擦系数对叶片辊轧成形的影响

4．3．1 摩擦系数对轧制力的影响

4．3．2 摩擦系数对坯料滑移值的影响

4．3．3 摩擦系数对叶片应力应变的影响

4．4 轧制速度对叶片辊轧成形的影响

4．4．1 辊轧速度对轧制力的影响

4．4．2 轧制速度对坯料应力的影响

4．5 叶片坯料余量对叶片辊轧成形的影响

4．5．1 叶片坯料余量对辊轧件应力状态的影响

4．5．2 叶片坯料余量对轧制力的影响

4．5．3 叶片坯料余量对前滑值的影响

4．6 叶片辊轧模具优化设计

4．7 本章小结

第5章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

致谢