重型燃机叶片锻造过程的三维热力耦合有限元模拟

利用热力耦合刚粘塑性有限元法,对某重型燃机叶片的多工步锻造过程进行了数值模拟研究。通过有限元数值模拟,分析了锻造过程中的金属流线分布,得到了温度场、应力应变场等热力参数的场量分布,从而揭示了叶片锻造的变形机理。实际锻造工艺试验与数值模拟结果吻合较好,从而验证了热力耦合有限元模型的可靠性。该研究对掌握叶片锻造变形规律具有重要意义,为叶片锻造工艺的优化设计提供了参考。     

B50A789第1级静子叶片裂纹缺陷分析

采用B50A789材料制备的压气机叶片产生的缺陷,主要是由于原材料内部夹杂、局部偏析、组织粗大,带状偏析和折叠引起的。本研究采用金相和能谱分析方法研究了锻造压气机叶片表面裂纹的形成机理,并对其锻造裂纹的形成过程进行有限元模拟。结果表明:结合低倍及高倍形貌特征,可以得出叶片缺陷为锻造加工过程产生的折叠裂纹;通过有限元模拟分析认为锻造叶片表面裂纹是源于锻件在制坯过程中,在连接杆与安装圆盘的转接处形成啃伤台阶,导致终锻结束时在叶身形成折叠裂纹缺陷。同时通过对试验过程中锻造工艺调整,采用分料卡子对过渡区分料或进行打磨来保证转角半径圆滑过渡,可有效避免叶片表面折叠和裂纹缺陷的形成。     

基于经验法则的锻透深度计算公式推导与验证

推导了判断径向锻造锻透性的经验三角形法则与锻造工艺参数的关系,分析了锻造工艺参数对锻透率的影响。为了验证经验法则的有效性,对轴类锻件径向锻造过程进行了数值模拟,采用等效应变应大于临界值、以及不出现轴向拉应力作为锻透性的判断准则,分析了工艺参数对锻透率的影响。经验法则计算结果与数值模拟结果的比较表明:经验法则能够有效地判断轴类锻件径向锻造过程中的锻透性,其结果偏于安全。     

某汽轮机叶片材料热变形行为及锻坯参数优化

为提高某叶片锻件质量和生产效率、减少模具磨损,采用热模拟试验研究了叶片材料的热变形行为,建立了材料的高温流动应力方程;以此方程作为材料模型,对叶片的锻造过程进行了数值模拟,优化了制坯工艺参数.试验分析表明,该材料热变形行为符合双曲正弦函数关系;数值模拟结果表明,采用叶根与叶冠成40°角的坯料较优,成形质量与成形载荷对坯...     

薄壁件锻造成形工艺及数值模拟技术研究

分析了薄壁件的结构特点,对叶片类薄壁件的锻造成形工艺进行了研究;结合企业生产实际,分析了模锻工艺中的精密模锻的特点和方法,简述了叶片精锻件及模锻模具生产流程;介绍了叶片类薄壁件锻造成形数值模拟技术。采用有限元软件Deform-3D,实例模拟和分析了叶片类薄锻件锻造变形过程,详述了该软件的操作流程和分析方法,以期获得变形过程中的材料塑性变形行为、流动规律等,为叶片工艺及结构的参数选择和模具设计提供了参考。     

特大型船用曲轴曲柄锻造工艺优化研究

对特大型船用曲轴曲柄的弯曲锻造过程进行热力耦合数值模拟,并与现有文献进行了对比验算。结果表明:所建立的数值模型与实际试验结果比较吻合。在此基础上,针对曲柄弯锻过程中的典型缺陷,采用基于监控技术的约束变尺度法优化程序OPTIII,将ANSYS/LSDYNA作为有限元子程序调用,对曲柄弯曲锻造所用毛坯形状进行了优化计算,以搞清曲柄弯曲锻造的成形机理并获得合理形状的毛坯。最后,进行了工艺试验,试验结果与数值模拟结果比较吻合。     

基于数值模拟的大型Zr-4合金铸锭锻造工艺优化

锻造工艺设计是核级锆合金制造的难点之一,也是获得高质量产品的关键。针对大型Zr-4合金铸锭加工,运用Simufact-forming软件对锻造过程进行数值仿真,对比模拟和实际锻造棒料表面的温度结果,结合锻后金相组织显微观察,分析了不同加工温度对最终锻坯微观组织的影响规律。结果表明:与传统的β相区锻造工艺获得的组织相比,优化后低温高α相区锻造工艺下的锻坯内、中、外晶粒尺寸明显细小;锻造数值模拟结果和实际锻造试验结果基本吻合,对锻前的工艺设计和锻造组织的形成机理,有限元数值模拟技术均能起到很好的辅助分析作用,表现出较高的工程应用价值。     

矩形截面锻件的径向锻造力与展宽

首先针对矩形截面锻件径向锻造工艺进行了试验研究,并采用有限元法进行了三维数值模拟,不同压下率条件下模拟与试验所得的锻造力误差不超过5%,表明有限元模型是合理的。采用有限元模拟方法,分析了压下率和送进率等参数对径向锻造力与坯料展宽的影响规律。采用回归正交试验方法,将无量纲化的工艺参数对径向锻造力与坯料展宽的影响规律拟合为二次多项式,拟合结果与有限元模拟结果的误差不超过6%,表明拟合公式是合理的。这些拟合公式可用于矩形截面锻件径向锻造工艺的设计和优化。     

基于热加工图的钛合金整体叶盘锻造工艺优化方法

通过TC11合金的热模拟压缩试验,计算得到了合金的应变速率敏感性因于,建立了该合金的热加工图,并提出了基于热加工图的钛合金整体叶盘锻造工艺优化方法.利用此方法对TC11合金叶盘的锻造工艺进行了优化.采用有限元数值模拟及实验对优化方案进行了验证.结果表明优化的工艺是合理的,可得到双相组织,满足整体叶盘的性能要求.     

TA15钛合金大型整框锻造成形数值模拟与实验研究

应用有限元软件DEFORM-3D对TA15钛合金大型整框零件锻造成型过程进行数值模拟分析,确定了合理的坯料形状尺寸,选择了合理的模锻工艺参数,形成了可行的整框模锻件的模锻工艺.对数值模拟结果进行了验证性生产试验.结果表明,采用模拟方法所确定的坯料所生产出的终锻件成形质量良好、工艺可行、模具设计合理,整框锻件产品性能稳定可靠.     

燃机压气机IGV和1～3级静叶毛坯制造技术研究

针对燃机压气机IGV和1~3级静叶特点,通过采用自由锻成形方案,设计专用摔子和等高块等工装,最终实现产品批量化生产。     

GH4169合金小余量小尺寸静子叶片锻造工艺及显微组织控制

针对GH4169合金叶片锻件粗晶、混晶等晶粒组织不合格问题,以某压气机小余量小尺寸静子叶片锻件为研究对象,首先分析锻件结构,确定锻造工艺路线,然后通过选取2种规格坯料、5个变形量、4个锻造温度来组成12组试验,探究变形量、锻造温度对组织的影响以及演化规律,同时对选取的保温时间、锻造火次的稳定性进行分析,得到合理锻造工艺参数。研究表明,变形量在35%~45%内可获得均匀的组织,但对晶粒度大小无明显影响;温度是影响晶粒度的主要因素,大于1000℃时叶身晶粒粗化现象明显,在990~1000℃之间叶身可获得细腻、均匀的组织;预锻时组织已成形稳定,终锻无明显变化,在选取的保温时间内组织稳定;在变形量40%及锻造温度990℃下获得的叶片锻件具有优良的综合力学性能及细晶组织,均高于标准要求。     

Influence of the shape and position of the preform in the precision forging of a compressor blade

The influence of the shape and the initial position of the preform in precision forging of a compressor blade has been studied by 3D rigid–viscoplastic finite element method (FEM) in this paper. The results show the following: (1) a short and thick preform results in necking at the arc transition zone between the tenon and the blade body, and at the zone near the tip of the blade during deformation; (2) a long and slender preform produces bending in the middle of the blade body during deformation; (3) if a long and slender preform is bent in advance, an advisable product without flash can be obtained; (4) a reasonable initial position of the preform deviates to the thinner side of the blade die cavity; (5) this research is beneficial for the practice of the precision forging process of a compressor blade and it has a general significance for other types of blade.     

工艺参数对TC4合金航空发动机叶片精锻残余应力的影响

为获悉叶片精锻残余应力的分布情况,利用Simufact. Forming软件对TC4合金航空发动机叶片精锻过程进行了数值模拟研究。通过X射线衍射技术对叶片实体表层残余应力进行了测量,并与数值模拟结果进行对比,验证了有限元模型的合理性。通过设计正交试验优化了叶片精锻工艺,最终得到了最优工艺参数组合及不同工艺参数对叶片精锻残余应力的影响趋势。研究结果表明:航空发动机精锻叶片的残余应力主要集中在表层,当工艺性较差时,叶片前缘头、后缘头附近的高残余应力区域范围较大,开裂的风险系数较高;模具温度对叶片精锻残余应力的影响最大,上模速度、坯料温度、摩擦因子对其影响依次减小;在上模速度为40 mm·s-1、坯料温度为960℃、模具温度为300℃、摩擦因子为0. 1的情况下,可以得到较小的叶片精锻残余应力。     

基于权值的压气机树脂叶片模具型腔反变形优化

针对航空压气机低速试验台上采用的压气机树脂叶片在注塑成形过程中精确控型难这一问题,开展了模具型腔优化方法的研究。利用Moldflow软件对压气机树脂叶片的注塑过程进行仿真,得到树脂叶片翘曲变形的位移量,再用引入权值的反变形方法对模具型腔进行优化并仿真验证。结果表明,采用基于权值的反变形方法对模具型腔进行优化,可显著提高压气机树脂叶片的注塑成形精度。     

基于多场耦合分析的TC4叶片精锻成形的微观组织模拟

针对TC4钛合金叶片精锻过程,运用三维刚粘塑性有限元模拟方法,采用能反映微观组织演变对材料流动应力影响的本构关系和Yada形式的微观组织预测模型,实现了TC4叶片精锻过程的有限元变形-传热-微观组织演变耦合分析,模拟预测了叶片精锻成形的微观组织,获得了叶片精锻成形的晶粒尺寸和体积分数的分布规律,并分析了变形温度对晶粒尺寸和体积分数的影响,为合理确定叶片精锻工艺和控制叶片质量提供了一定的依据。     

TC4钛合金锻件锻造过程三维热力耦合有限元模拟

某钛合金零件是应用于航空工业的重要部件,在锻造过程中由于锻件头部变形较大,整体变形不均匀,如果模具尺寸设计不当,很容易引起锻造缺陷的产生.针对以上情况,本文建立了该钛合金锻件锻造过程的三维热力耦合有限元模型,利用刚粘塑性有限元法,对锻件的变形情况进行了数值模拟,得到了变形过程中锻件的充型情况以及温度场和应力场的场量分布,并对锻造缺陷的成因进行了分析.数值模拟与锻造试验吻合较好,为生产工艺的制定提供了有效的参考.     

锻坯/模具界面摩擦对汽轮机叶片模锻成形的影响

汽轮机叶片是将蒸汽能转换成机械功的关键部件,叶片精锻是叶片锻造的发展趋势.本文利用数值模拟方法,仿真了叶片金属在锻模型腔内的流动和成形过程,论述了摩擦条件对叶片精锻成形规律的影响.在锻坯金属变形充模的3个阶段,分析并讨论了不同的界面摩擦因子m对叶片模锻成形规律和模具失效的影响.数值实验结果表明:随着界面摩擦因子的增加,克服坯料金属界面流动阻力所需的附加模锻载荷增加,叶片锻件不同区域内的最大最小温度差、最大最小等效应变差,以及最大最小等效应力差增加;与此同时,锻模型腔局部最大等效应力和最大温度也增加.