数值模拟技术在汽轮机叶片模锻成形中的应用

有许多因素影响汽轮机叶片的模锻生产质量,例如,材料性质、毛坯外形及尺寸、模锻方式及工艺、模腔结构与锻压设备等.本文针对某汽轮机叶片的模锻生产,应用数值模拟技术,分析和探讨了改进模锻工艺、提高产品质量、防止模具过早失效的途径.模拟结果与生产实践表明:在保证坯料金属完全充满模腔并压实的前提下,适当减少锤击次数,既能降低模具损坏几率,又可节约锻打能源;尽量采用较大的过渡圆角半径,以便抑制模锻叶片根部折叠等缺陷的产生;界面润滑有利于模锻叶片成形;模具型腔局部高温和高应力的交互作用是造成模具过早失效的重要原因.     

汽轮机大叶片模锻成形工艺

分析了汽轮机大叶片应用现状、叶片特点、模锻成形关键点及其制造工艺方案，介绍了制坯工艺、成形模具设计以及大叶片模锻工艺要点。以B1080大叶片模锻成形为例，进一步阐述了只有采用合理的坯料图与制坯工艺、合理的模具结构、合理的模锻工艺才能锻造出高质量的汽轮机大叶片锻件。同时也说明采用多工序组合方法制定工艺，依据金属塑性流动规律设计模具，在确保锻件成形精度和内在质量的前提下探索大叶片锻件模锻成形技术。     

汽轮机叶片模锻新工艺数值模拟研究

提出了一种新的叶片锻件余量的设计方法：不均匀余量加放法。用三维有限元数值模拟软件DEFORM-3D^TM进行了数值模拟研究。得到了锻造载荷一行程曲线以及整个成形过程的应力和应变分布等，并与传统的均匀加放余量法进行了比较。分析表明，新工艺与传统的余量设计方法相比有诸多优点，为该新工艺的工业化应用奠定了理论基础。     

超临界机组用中压模锻动叶片成形技术研究

通过对超临界机组用中压模锻动叶片进行结构分析、模具设计、荒坯设计、数值模拟及试生产,验证了叶片毛坯设计、模具设计制造满足相关标准要求,确保了该项目配套生产.     

汽轮机导叶片多向模锻制坯工艺技术研究

对汽轮机导叶片的制坯工艺进行了对比分析。自由锻制坯存在一致性差、表面棱角多、微裂纹等缺陷;锤上模锻制坯成形质量较好,但材料利用率较低、生产成本较高;多向模锻制坯成形质量最优、材料利用率最高。为深入研究多向模锻制坯工艺技术,本文运用数值模拟技术直观分析多向模锻制坯工艺过程,坯料与模具温度场、应力场、受力变化等。通过模拟分析预测生产中存在的问题,从而采取相应措施预防缺陷的产生,提高产品质量。经生产试验证明多向模锻制坯工艺技术极大提高了制坯质量和生产效率,解决了传统自由锻开坯方式存在的问题。     

汽轮机叶片锻坯优化设计

分析了汽轮机叶片锻坯设计所存在的问题:锻件飞边不均匀、试锻次数多等缺点;介绍了汽轮机叶片锻坯优化设计方法、步骤及其关键技术;借助于有限元正向模拟的方法,通过对叶片模锻成形模拟分析,得到了较为合理的叶片锻坯形状与尺寸.以RL1016叶片锻坯设计为例,进一步阐述了采用合理的经验参数初步设计汽轮机叶片锻坯,应用有限元数值模拟进行检验,经生产实践证明是可行的.这种设计方法提高了材料利用率,减少了试验次数,甚至可取消试锻,对于形状类似锻件的工艺设计有参考价值.     

工业汽轮机末级动叶片塑性成形研究

对工业汽轮机末级动叶片的成形难点、锻模设计、开坯方案进行了介绍,并利用Deform-3D软件构建了有限元分析模型,对成形工艺参数进行对比分析及优化,制定出最佳末级动叶片成形工艺。结果表明,数值模拟数据可靠,模具结构设计合理。     

汽轮机叶片模锻工艺余量设计的探讨

叶片锻件工艺余量加放的设计是叶片锻造加工的关键技术.传统的余量设计方法是工程技术人员经过长期的探索并结合实际的效果总结出的经验,这套经验在生产实践中被证明是行之有效的.但是,也存在着不足.一个明显的缺陷是余量太多,影响到后续的精加工,精加工必须要切除掉许多的余量,这样不仅造成了材料的浪费,也导致了生产效率难以提高.从锻造工艺出发,分析了叶片材料在锻造成形过程中变形的规律后,得出更为合理的余量设计的方法,来解决上述的难题.     

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...     

曲拐模锻成形过程数值模拟

以锻钢曲拐为研究对象,运用Deform-3D模拟软件中的成形模块对锻件模锻成形变形过程进行数值模拟,分析锻件毛坯在成形过程中的等效应力、等效应变和成形力。通过对锻后的锻件毛坯与工件进行对比,为曲拐模锻成形提供理论依据。     

汽轮机叶片材料高温变形行为及模锻参数优化

采用试验与数值模拟相结合的方法对300MW汽轮机某级动叶片材料高温变形行为及模锻参数优化进行了研究。对1Cr12Ni2W1Mo1V合金进行的高温热模拟试验表明,该材料高温压缩下的流变应力符合双曲正弦函数关系。建立了该材料的高温本构方程,充实了不锈钢的高温材料性能库;应用所建立的材料本构方程,对叶片模锻过程进行了数值模拟,正交模拟试验的结果表明,模具飞边槽桥部宽度b对模锻成形质量影响最大,依次为坯料大头过渡圆角半径r1、模具飞边槽桥部高度h和坯料小头过渡圆角半径r2;生产中采用优化的叶片尺寸及模具结构参数,使材料利用率提高了6.43%,锻打次数减少了2次,终锻件的尺寸精度有了大幅度提高。     

汽轮机叶片无余块锻造

针对汽轮机叶片锻造余块给后续加工带来困难,分析了汽轮机叶片锻件上的余块结构特点,提出了无余块锻造工艺.采用一个过渡面,实现叶根(或叶冠)分型面与叶型分型面过渡,取缔了原有的锻造余块过渡,经实践证明是可行的.这一新工艺节省材料,提高生产效率,降低了生产成本,促进汽轮机叶片锻造技术进步,对于其他具有余块锻件的工艺改进有参考价值.     

汽轮机叶片复合切边模

针对汽轮机叶片切边与热整形存在的问题,提出了新的设计思路,将切边与整形两工序合并,采用合适的背压进行切边整形,实现了切边与热整形,保证了产品质量,提高了生产效率。     

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。     

GH4413合金高温压缩变形行为与叶片模锻

在Gleeble 3800热模拟试验机上,在接近叶片模锻变形速率条件下,系统分析了GH4413合金的高温压缩变形行为,建立了合金热塑性图和热加工再结晶图,获得的最佳热加工工艺成功应用于大尺寸叶片的模锻生产.叶片解剖分析表明,叶片组织均匀、致密,晶粒细小,无明显冶金缺陷和热加工缺陷,性能完全满足技术条件要求.     

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。     

转轮叶片热模压成形压力中心的动态计算

为确保实际生产中压力中心的波动始终处于设定的公差范围之内,提出一种基于刚塑性有限单元法,通过实时节点力的计算来获取非均匀厚度板料成形压力中心的动态算法.推导了相应的计算列式,采用DEFORM软件二次开发实现了该算法.同时,建立了水轮机转轮叶片热模压成形过程的有限元模型,结合上述算法给出了具体的压力中心坐标值,为压力中心的优化提供了必要的数值基础.     

GH4169合金涡轮盘热模锻中晶粒尺寸演变的数值模拟与分析

针对GH4169合金涡轮盘热模锻中易出现粗晶、混晶等显微组织缺陷,通过热模拟压缩实验和热变形后热处理实验,研究分析了GH4169合金在热变形和后续热处理中的显微组织演变规律,并建立了晶粒尺寸演变模型。实验结果表明:GH4169合金在热变形中的主要显微组织演变机制为动态再结晶,热变形后热处理中的主要显微组织演变机制为晶粒长大和孪晶生成。将晶粒尺寸演变模型与有限元结合,对某GH4169合金涡轮盘热模锻中的晶粒尺寸演变进行了预测分析,预测结果与实际结果一致。