叶片热模锻造回弹机理与补偿方法研究

摘要

航空发动机的性能是衡量一个国家国防实力及科技发展的一个重要指标。叶片作为现代航空发动机的重要零件,它起着能量转换的关键作用,其质量的优劣将直接影响航空发动机的工作性能及使用寿命。在叶片热模锻造的过程中,残余应力的存在使得叶片会产生回弹,同时模具也存在着弹性变形,两者均会造成叶片的形状、尺寸与设计之间的偏离,直接影响着叶片的品质。因此,本文从减小回弹的角度出发,对坯料进行了预成形设计,并分析保压时间对叶片回弹的影响;从补偿的角度出发,对上下模具进行模具型面补偿。主要研究内容和结果如下:
　　运用PRO/E软件建立了两种不同截面的预成形毛坯,通过DEFORM-3D软件对两种预成形毛坯进行热模锻造仿真及卸载计算。对两种截面毛坯获得的终锻叶片的温度差值、等效应变差值、速度场、残余应力场以及等效弹性应变进行分析,结果表明,椭圆形截面毛坯获得的叶片回弹量更小。
　　分析保压时间对叶片回弹的影响。结果表明,随着保压时间的增加,叶片内的残余应力逐渐减小,当保压时间大于0.4s后,残余应力趋于稳定。经过比较不同保压时间下的回弹量发现,当保压时间从0变化到0.4s时,回弹量大幅减小,当保压时间大于0.5s时,回弹量趋于定值。所以,考虑生产效率等因素后,得出最优的保压时间为0.4-0.5s之间。
　　根据面片式模具模型建立了模具的实体几何模型,分析了模具弹性变形对叶片精度的影响,运用反向补偿方法对模具进行型面补偿。结果表明,在第一次模具型面补偿后,由于模具弹性变形造成叶片的尺寸偏差为0.206mm,相比于补偿前,减小了46％,效果比较理想;第二次模具型面补偿后,由于模具弹性变形造成叶片的尺寸偏差为0.058mm,与未补偿前相比,减小了85％,效果理想。所以,通过模具型面补偿的方法能够有效地提高叶片的形状和尺寸精度。

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第一章 绪论

1.1 引言

1.2 回弹问题研究现状

1.3 预成形设计

1.4 模具型面补偿方法

1.5 本文的选题背景和意义

1.6 研究思路和主要研究内容

第二章 弹塑性有限元基本原理

2.1 引言

2.2 弹塑性问题有限元分析

2.3 热-力耦合过程有限元分析

2.4 有限元软件DEFORM-3D

2.5 本章小结

第三章 预成形毛坯热模锻造过程数值模拟

3.1 引言

3.2 预成形毛坯几何模型

3.3 弹塑性有限元模型

3.4 锻造模拟相关设置

3.5 锻造模拟结果

3.6 本章小结

第四章 预成形毛坯及保压时间对叶片回弹的影响

4.1 引言

4.2 叶片回弹问题分析

4.3 毛坯预成形对叶片回弹的影响

4.4 保压时间对叶片回弹的影响

4.5 本章小结

第五章 模具建模及模具型面补偿

5.1 引言

5.2 模具建模

5.3 模具弹性变形分析

5.4 模具型面补偿

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 本文主要贡献

6.2 下一步工作的展望

致谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果