叶片制坯过程三维热力耦合数值模拟

分析研究了叶片成形工艺,确定了叶片制坯的挤杆、镦头工艺路线.利用PRO/E初步创建模具型腔,采用有限元分析模拟软件DEFORM对单榫头叶片精锻成形工艺过程进行三维热力耦合数值模拟.对不同摩擦条件下的温度场、等效应力场以及载荷-时间变化曲线进行了分析,得出不同摩擦因子对叶片制坯成形的影响,为单榫头叶片制坯工艺成形过程提供理论指导.得出较合理的毛坯、温度场、等效应力场及载荷-时间曲线.对优化叶片制坯工艺参数,提高航空工业叶片精锻工艺研究水平具有重要意义.     

热力耦合作用下叶片锻造晶粒尺寸的预测

采用自行开发的面向叶片精锻过程的三维刚黏塑性热力耦合有限元模拟分析系统,并与适用于TC4钛合金锻造晶粒尺寸预测模型相结合,对热力耦合作用下单榫头叶片精锻过程的晶粒尺寸进行计算,获得叶片锻造过程中不同压下量的晶粒尺寸分布,并分析叶片锻造过程对其晶粒尺寸的影响规律。     

叶片精锻过程中摩擦影响的数值模拟

通过对叶片的叶身和榫头进行热力耦合数值模拟，进一步研究了摩擦在叶片精锻过程中的影响作用。研究表明：在叶片成形过程中摩擦对温度场和载荷行程曲线有较大的影响，而对等效应变的影响相对小一些；不同摩擦系数条件下温度场、等效应变场以及载荷行程曲线呈现一定的单调变化。     

工艺参数对钛合金叶片精锻中微观组织的影响

以叶片中的一类重要叶片——钛合金单榫头叶片为研究对象，利用自主开发的并经实验验证的叶片精锻三维有限元变形．传热一微观组织演变耦合模拟系统对其精锻过程进行了模拟，研究了不同工艺参数下叶身典型截面锻后微观组织的分布规律。结果表明：随着变形温度的升高，晶粒尺寸和β相体积分数增大；随着变形速度的增大，晶粒尺寸和β相体积分数相应增大；随着模具温度的升高，晶粒尺寸分布的均匀性提高：而摩擦条件对晶粒尺寸和β相体积分数的影响不显著。     

TC4叶片精锻过程中摩擦对模具应力及温度场的影响

基于三维有限元模拟软件DEFORM-3D,建立了TC4叶片精锻过程的三维热力耦合有限元模型,并以塑泥为材料,采用物理模拟方法对叶片精锻有限元模型进行了试验验证,得到了不同摩擦条件下模具等效应力、温度场及载荷的分布规律.结果表明:随着摩擦因数的增大,模具等效应力增大;模具叶身与榫头过渡区域及榫头旁侧温度分布较高,摩擦对模具叶身处温度分布的影响最大;摩擦因数增大将增加锻造的消耗能量及最大载荷.     

基于数值模拟的TC4钛合金航空叶片精锻过程的金属流动规律

利用Simufact. Forming软件对TC4钛合金叶片的精锻过程进行了数值模拟研究,分析了叶片成形后其等效应力场、等效应变场、温度场的分布情况,研究了不同坯料温度、模具温度、上模速度、摩擦系数等工艺参数对叶片表层金属流动的影响。研究结果表明:叶片周围的毛边区域等效应力较小、等效应变较大、温度较高;最大等效应力点易出现在靠近叶尖的叶身头部、榫头与叶身的连接处、榫头头部及尾部区域;榫头区域的等效应变和温度最低,叶身中部区域的等效应变和温度较高;叶片各区域的Z方向速度方向一致,而叶尖与叶身中部之间区域的X、Y方向速度则出现正、反两个方向的变化,易导致折叠缺陷。叶片榫头区域的金属流动速度受工艺参数影响较小,其流动速度较为缓慢,接近于0;而叶身与榫头连接处附近区域的金属流动速度受工艺参数影响较大,提高坯料温度、上模速度、摩擦系数,都可使其金属流动速度增大,而模具温度的升高则会导致金属流动速度的减小。     

面向钛合金叶片精锻变形均匀预成形设计的三维有限元反向模拟

以钛合金单榫头叶片为研究对象,对其精锻过程有限元三维反向模拟中需要解决的关键问题提出了相应的算法和处理技术,并对其精锻过程进行了三维反向模拟,获得了形状满足要求、变形均匀性有所提高的预成形毛坯,为其精锻工艺的制订提供了工程实用的科学依据。     

基于UGⅡ的叶片精锻模具设计

介绍了叶片精锻的过程和特点,以及Unigraphics三维设计软件在叶片精锻模具设计中的使用方法,其中包括叶片、精锻模具型腔以及飞边槽等的实体造型,使模具设计更加直观.此外,结合UG能够进行参数化实体建模的特点,对叶片精锻模具设计中的工艺参数进行优化,很大程度的提高了模具设计的效率,为模具的设计提供了一条新的途径.     

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。     

TC6钛合金叶片精锻工艺及模具变形补偿设计

为解决TC6钛合金精锻叶片的变形问题,利用有限元分析方法并结合实际生产,对精锻工艺、模具补偿及热处理工艺进行了优化。在分析TC6钛合金的高温压缩应变行为的基础上,给出了具体的精锻工艺参数及热处理工艺参数;分析了精锻成形过程中变形残余应力对TC6钛合金叶片变形的影响规律及模具变形规律,采用终锻模具逆向补偿设计和改进热处理装炉方式两种手段来减小精锻叶片的变形。研究结果表明:改进工艺后,某机3、4级精锻转子叶片不同截面的扭转值较改进前下降了53%～84%,年均废品损失降低了5万元以上,将该工艺推广至其他精锻叶片生产中可取得可观的经济效益。     

Deformation characteristic of the precision forging of a blade with a damper platform using 3D FEM analysis

A blade with a damper platform is one of the most important types of blades being developed in aeronautical engines. However, this type of blade is complicated in shape, consisting of four feature parts with different geometrical shapes. Besides obvious flow of material along the transverse direction, there is material flow along the longitudinal body during its forging process. In addition, the material used is difficult to deform. All these have a significant influence on the precision forging process of the blade. Thus, it is necessary to choose some feature sections along the transverse and longitudinal direction of blade and systematically understand the deformation characteristics of blade forging process. In this paper, by means of 3D rigid–viscoplastic FEM simulation of the precision forging process of the blade, the deformed meshes, distributions of some field variables, including velocity, effective strain, effective strain rate and effective stress are presented for the four chosen feature cross-sections and the velocity fields are obtained for a selected typical longitudinal feature section, and further the deformation characteristics of forging this blade have been revealed. This research may serve as a guide to the optimization design of the relevant processes and dies.     

航空叶片精锻模具优化设计

针对我国航空叶片精锻模具设计效率低、某些设计参数确定困难等问题。在对航空叶片精锻工艺技术分析的基础上,开发了参数化CAD模锻系统,实现了航空叶片精锻模具及锻坯的自动化生成,提高了叶片模具设计自动化水平;运用Deform-3D软件对整个精锻工艺过程进行模拟仿真,分析了不同设计参数下锻件与模具的应力分布、横向错模力、模具磨损等,得出了有益于叶片成形和延长模具寿命的设计参数,并对其参数设计规则进行了优化;进行了锻造实验,分析了锻件的几何尺寸精度,为航空叶片精锻模具设计参数选择提供了理论指导。     

叶片精锻三维有限元反向模拟脱模准则的确定

叶片精锻过程的预成形设计是提高叶片锻件质量和降低产品成本的一个极其重要的方面,基于有限元法的反向模拟技术能够从叶片终锻件形状反演出预成形毛坯形状。为此,本文介绍了有限元反向模拟的基本步骤,综述了确定反向模拟中边界节点脱模准则的方法。针对叶片精锻三维有限元反向模拟过程,提出用跟踪拟合修正的方法来确定边界节点脱模的时间序列,确定了反向模拟的脱模准则。将所确定的脱模准则应用到叶片精锻三维有限元反向模拟程序中,可得到合理的叶片预成形毛坯形状。     

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。     

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。     

航空叶片精锻模具设计与数控加工

叶片是航空发动机的重要组成零件,由于其叶面形状多为复杂的空间曲面,要求它具备良好的力学性能,并且有较高的表面质量和尺寸精度。为了解决叶片难以制造加工的问题,以某航空发动机叶片为例,对其锻件进行工艺分析,采用无余量精密锻造工艺加工叶片。利用UG软件完成叶片三维模型设计;利用Mold Wizard模块完成叶片模具设计;利用UG_CAM模块完成叶片模具的数控加工。对加工工艺参数及走刀轨迹进行优化后,经UG软件仿真及后处理生成合理的刀路轨迹,制作出合格的叶片模具。生产实践证明:用该模具锻造的叶片质量良好、生产效率较高,适合大批量生产。     

RESEARCH ON INFLUENCE OF TEMPERATURE ON A PRECISION FORGING PROCESS OF BLADE WITH A TENON

1. Introduction A blade is one of the most important components used in an aero-engine. Blade forging is a three- dimensional (3D) complex forming process with high temperature and large plastic deformation. During the forging process of blade, plastic wo…     

带阻尼台叶片精锻过程温度场分布规律研究

温度场分布的不均匀性,影响到带阻尼台叶片精密锻造过程的成形质量和组织性能。本文以DEFORM3D为平台,采用实体模具,建立了包括锻前和锻造两个过程的刚粘塑性有限元模型,使温度场的分布更加接近实际情况。在此基础之上,研究了摩擦因子、上模压下速度和初始模具温度对温度场分布的影响规律及坯料不同变形区域温度场的分布规律。结果表明:摩擦因子对坯料温度场分布的均匀性影响不明显;随着上模压下速度的增加,坯料温度场分布更加均匀;提高初始模具温度,有利于坯料温度场分布均匀;坯料不同变形区域内温度场变化较大。该研究对带阻尼台叶片精锻工艺的制定具有一定的指导意义。