预锻结构对叶片终锻成形质量及模具寿命的影响

摘要

叶片锻件的几何形状相对复杂,其模锻成形质量受诸多因素影响。其中,预锻件结构如果设计不合理,就会在叶片终锻过程中出现模膛充不满、金属折叠和锻造裂纹等缺陷。传统的预锻件结构设计多基于理论计算或现场经验。为确保设计合理,需反复利用终锻实验测试结果,并根据终锻实验数据修正预锻模膛,这样既耗费人力、物力、财力,又耗费时间。采用CAE技术可以在不受物理条件的限制下,更加准确地了解预锻毛坯金属在终锻模膛中的流动情况,为优化预锻毛坯结构提供数值依据。
　　本论文在综合考虑产品质量、锻坯材料、能源消耗、模具寿命等因素的基础上,对叶片终锻成形之前的预锻毛坯结构进行了合理优化,并利用Deform软件研究了基于不同预锻毛坯结构的叶片终锻成形过程,分析比较了预锻件结构优化前后的金属流动、锻打次数、模锻温度与成形质量和模具寿命之间的关系,得出结论如下:
　　(1)本论文叶片在终锻成形过程中的潜在质量缺陷(金属折叠和锻造裂纹)主要位于叶身—叶根过渡区,该区因局部几何形状变化剧烈而使坯料金属流动不畅,导致汇流折叠和应力集中。适当增大该过渡区对应的预锻件圆弧半径或模膛圆弧半径,均可降低金属折叠和锻造裂纹产生的几率。
　　(2)针对预锻件结构设计优化方案进行的叶片终锻数值模拟实验结果表明,六个方案的预锻件金属在已给工艺条件下,均能充满终锻叶片的模膛。其中,方案5和方案6对应的叶片锻件不仅飞边分布均匀,而且未在叶身—叶根过渡区发现金属折叠和锻造裂纹缺陷,终锻叶片的锻打次数也较原预锻件锻打次数分别少1锤和2锤。
　　(3)预锻件结构改变前后的终锻模具应力场和温度场分布相差无几,模膛的应力和温度普遍高于模内,下模应力和温度普遍高于上模,最大应力和最高温度均未出现在模具的同一区域。上模膛容易产生机械裂纹的部位在叶根—叶身过渡区,而下模膛在叶身区。优化设计预锻毛坯结构后,每副终锻模具生产的叶片数都较原预锻件设计多。
　　(4)在确保终锻叶片成形质量(坯料金属充满模膛、叶片本体不存在折叠和裂纹)的基础上,通过综合分析模具失效、设备安全、最大打击力、叶片材料利用率和单件叶片能源消耗(取决于锻打次数),最终确定方案6设计的预锻件作为终锻叶片的毛坯。

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1 绪论

1.1 引言

1.2 论文相关国内外研究现状

1.3 课题研究的目的和意义

1.4 本文主要研究内容

1.5 本章小结

2 金属锻压成形数值模拟

2.1 引言

2.2 基本假设与基本方程

2.3 刚粘塑性材料的变分原理

2.4 三维刚粘塑性有限元求解列式

2.5 塑性变形中的传热问题

2.6 本章小结

3 模锻产品成形质量与模具寿命

3.1 引言

3.2 模锻产品的主要质量问题

3.3 模具失效的形式与判定

3.4 本章小结

4 终锻叶片成形过程的数值模拟实验

4.1 实验过程

4.2 实验结果分析讨论

4.3 本章小结

5 预锻件结构的优化

5.1 引言

5.2 优化方案

5.3 不同方案下的终锻结果分析

5.4 合理的预锻毛坯的确定

5.5 本章小结

6 结论与问题

6.1 结论

6.2 问题

参考文献

致谢