钛合金叶片等温校正模具设计

TC11钛合金叶片是航空发动机的重要部件之一,其型面复杂、质量要求高,在成形过程中常因锻造后的残余应力和温度应力的作用而发生翘曲变形,最终导致报废.采用等温校正工艺可使翘曲变形减少,叶片型面达到合格要求.本文采用三维设计软件Pro/E针对等温校正模具进行设计,主要解决模具型腔的造型问题,进行叶片的三维曲面造型,同时设计等温校正模的加热冷却装置.其设计流程为:创建叶片的三维实体→对叶身进行加放余量→利用实体创建模具型腔→添加模具结构件→设计加热冷却装置.     

TC11钛合金叶片等温校正工艺研究

针对TC11钛合金叶片热加工翘曲变形导致大量报废的问题,为了减少锻造变形的残余应力、冷却时的热应力叠加造成的叶身型面翘曲,采用等温校正的方法释放残余应力,使翘曲变形减轻、叶片尺寸合格、叶片的金相组织和力学性能得到改善.校正试验结果表明,采取先校正后固溶 时效热处理的工艺方案得到的TC11钛合金叶片型面公差、力学性能和金相组织优于先固溶热处理后校正的叶片;先校正后热处理的叶片其最佳组合工艺为860℃时,校正压力为3MPa,保压时间为3min,应变速率为10-2s-1.     

等温校正+固溶时效热处理工艺对改善叶片型面和组织性能的影响

针对TC11钛合金叶片锻造变形后的残余应力和冷却时的温度应力叠加造成的叶身型面翘曲问题,采用等温校正的方法来释放残余应力,使翘曲变形减轻,叶片尺寸达到合格,同时保证叶片的金相组织和力学性能得到改善。校正实验结果表明,采取等温校正＋固溶时效热处理工艺得到的叶片型面、力学性能和金相组织,优于仅固溶热处理而未进行校正的叶片;随着校正温度的提高,叶片校正效果越来越明显,当校正温度提高到900℃时,等温校正型面透光度最小;叶片等温校正＋固溶时效热处理的最佳组合工艺方案为860℃时,校正压力为3MPa,保压时间3 min,应变速率10^-2（S^-1）。     

等温精锻改善TC6钛合金叶片型面透光度的研究

叶片是发动机中最重要的零件之一,由于不同型号叶片榫头与型面体积相差比较悬殊,型面纵向和横向的厚薄不一．不同级叶片的进气边与排气边也存在大小不等的扭角．常规模锻过程中模具与坯料之间的巨大温差和变形程度的不同会引起材料的加工硬化效应大小不一,使叶片锻件各部位残余应力的大小不一。     

近β型钛合金透平叶片的开发

T_1-6Al-4V透平叶片已经实用化,但为了进一步提高透平效率,使其更小型化,就有必要采用比Ti—6Al—4V更轻,强度更高的钛合金.另外,为了降低产品的加工成本,要选用可进行近净形加工的热加工性能好的钛合金.目前最有希望的合金是Ti—10V—2Fe—3Al     

损伤容限型钛合金的等温锻造温度研究

研究了TC21钛合金在5.5×10-4s-1恒应变速率、40%变形程度条件下,等温锻造温度变化对锻件组织和性能的影响。结果表明:TC21钛合金显微组织对温度变化敏感,在两相区锻造时,显微组织由初生α相和β转变组织组成,并且随着变形温度的提高,初生等轴α相的含量逐渐减少,晶粒尺寸增大;在相变点温度锻造时得到网篮组织;在相变点以上温度锻造时得到片状组织。室温拉伸强度和断裂韧性随锻造温度的升高呈现增加趋势,室温拉伸塑性明显降低。在965℃等温锻造时,显微组织为较细的片状组织,强度、塑性和断裂韧性达到较佳匹配,获得较好的综合力学性能。965℃为较佳等温锻造温度。     

有限元模拟TC11叶片等温锻坯料温度对成形的影响

本文选用了两种不同温度的坯料进行模拟分析,温度分别是915℃、935℃。TC11钛合金叶片压制采用等温锻工艺,可有效消除叶片内的冷模组织,显著提高叶片内温度分布均匀性。模拟结果显示,两种温度坯料均满足等温锻工艺要求。但是坯料温度较低时,成形完整时需要较大成形载荷,模具磨损也更明显。坯料最高温度不能超过935℃,最佳区间为925℃~935℃。其中坯料温度为935℃对于降低成形载荷更加有利。     

美国新英格兰飞机制造公司叶片制造厂的叶片型面电解加工

在参观美国科尔特工业公司(ColtIndustries)所属的新英格兰飞机制造公司叶片制造厂过程中,发现很多品种的叶片型面是采用电解加工方法,现把参观过程中所看到的简介如下:该厂专门生产钛合金的航空发动机压气机叶片,一些较长带有拉筋凸台的叶片型面的加工是用多轴液压仿型铣床靠仿型加工完成,拉筋凸台及型面与叶根R转接处靠数控机床数控铣削,其余品种的叶片型面加工都采用电解加工工艺。据介绍,该厂使用型面电解工艺已有十多年历史。     

三维工序数模驱动的叶片类零件工装设计系统

针对目前航空发动机典型零件——叶片类零件工装设计现状，创建了三维工序数模驱动的叶片类零件工装设计系统，阐述了系统的优点、结构、功能、工作流程，并以UG二次开发实现了原型系统。将该系统应用于国内某大型航空发动机公司，大大提高了叶片类零件工装设计的效率，缩短了设计时间。     

A Three-dimensional simulation of isothermal turbine blade forging by the rigid-viscoplastic finite-element method

This study is concerned with the three- dimensional analysis of isothermal turbine blade forging by the rigid-viscoplastic finite-element method. In the present finite-element simulation, the interface friction along the curved die surfaces is included, and as a remeshing technique, so-called modular remeshing is used. Comparison between the initial and final computed product shows a three-dimensional deformed configuration of a turbine blade and demonstrates that the length of the final deformed blade is increased. The computational results may be effectively applied to other types of three-dimensional turbine blade forging processes.     

TC4钛合金风扇转子叶片模锻工艺和性能研究

研究了TC4钛合金风扇转子叶片的锻造加热工艺、模锻成形及热处理工艺。在叶片的各部位进行了室温和400℃拉伸试验、冲击试验、400℃持久试验,综合评价了模锻叶片的加工性能和叶片各部位的性能。结果表明,叶片各部位的力学性能分布较均匀,叶身的强度比叶顶和榫头的略高,塑性水平基本相同,即室温下三者的σb均值分别为966,962和963 MPa,σ0.2分别为916,905和912 MPa,δ5约为15%,ψ约为47%;400℃下σb均值分别为669和643 MPa,δ5约为16%,ψ约为67%。整体叶片具有均匀、良好的冲击性能,αkv,HB(d)均值分别为0.46 MJ.m-2,3.47 mm。同时,叶片在大载荷(σ为560 MPa)下具有良好的持久寿命(τ大于101 h)。     

TC18钛合金等高温压缩过程的组织性能

为了研究TC18钛合金在等高温压缩过程中组织与性能的变化,以Gleeble-1500热模拟试验机进行等高温压缩试验,计算得到所有试样的单向压缩膨胀系数均大于0.9,验证了热压缩试验的有效性。通过控制变量法研究不同变形温度和应变速率对其力学性能以及微观组织的影响,结果表明:TC18钛合金等高温热压缩时,流变应力随着变形温度的升高而降低,随着应变速率的增大而增大;而随着温度和应变速率的增加,组织中的初生等轴α相和次生针状α相逐渐发生相变而消失,β相逐渐长大形成粗大的β晶粒组织,并伴随有动态回复和动态再结晶两种软化机制。     

抑制冷锯锯片毛刺的研究

针对某厂型钢冷锯机锯切毛刺严重的问题，研究设计了尖齿和狼牙齿2种新齿形，并在工厂进行了现场试验。结果表明，改进后的狼牙齿锯片达到了抑制毛刺和锯片寿命延长的目的。     

TC4钛合金中空叶片扩散连接-超塑成形技术

采用扩散连接-超塑成形技术成形中空叶片在发动机减重方面具有重要的意义,本文进行了中空叶片的扩散连接-超塑成形实验,成形出质量较好的中空叶片,确定了最优的实验参数。分析了叶片芯板的壁厚分布以及上下面板与芯板的连接情况,并线扫描分析了扩散连接的接头。结果表明,随着扩散连接保温时间的延长,扩散连接接头的效果较好;通过多次试验得出,在成形温度T=920℃、内部气压P=2 MPa、成形时间t=2 h的条件下,进行超塑成形,成形所得的中空叶片表面质量良好,扩散连接接头较好,芯板的厚度变化较均匀。     

基于Deform-3D方管铝合金型材等温挤压的变速挤压数值模拟

基于Deform-3D有限元分析,建立分段变速挤压模型对方管铝合金型材的挤压工艺进行数值模拟研究。结果表明:挤压速度越高,型材在模具出口处温度越高,温度差也越大,采取7,5和3 mm·s-1的分段变速挤压能有效实现模具出口处温度差恒定于8℃左右的等温挤压。在等温挤压环境下,最大等效应力值为47.4 MPa,最大等效应变值为7.92,最大损伤程度为1.70,比中间速度5 mm·s-1等速挤压模型的相应值分别下降了10%、23.8%和48.5%,且型材表面质量好,金相组织细致均匀,力学性能高。     

TC6合金等温锻造过程中晶粒尺寸的数值模拟

通过引入一个与微观组织相关的函数对稳态流动应力模型进行修正,建立了金属材料高温变形时的稳态流动应力模型.并将该耦合微观组织参数的流动应力模型写入有限元程序中,模拟了TC6合金叶片在等温锻造过程中初生α相晶粒尺寸的变化.研究了变形工艺参数(压下量,变形温度,变形速度和摩擦因子)对零件内部初生α相晶粒尺寸的影响.     

高强铝合金复杂锻件等温可分凹模精密模锻成形工艺研究

以某高强铝合金复杂锻件为研究对象,通过锻件工艺性分析,选用了等温可分凹模模锻精密成形工艺作为其制备工艺,采用热力耦合有限元分析方法对新成形工艺的终成形、预成形、拍扁等3个工序进行了模拟分析。终成形模拟结果表明:具有基本几何特征的预制坯成形后在多个位置形成折叠。通过平面应变有限元模拟获得了这些折叠产生的机理,给出了可分凹模模锻工艺中复杂锻件预制坯设计的基本原则,并优化了预制坯几何外形。工艺试验结果表明,采用修改后的预制坯和新成形工艺制备的锻件无缺陷,其尺寸精度、表面粗糙度等质量指标优于传统开式模锻件。     

TC4钛合金型材热挤压过程坯料温度演变规律研究

采用数值模拟方法对TC4钛合金H形截面型材热挤压过程进行热力耦合分析,获得了坯料温度的分布情况及不同工艺参数对坯料温度的影响规律,结果表明:坯料温度进入稳定挤压阶段显著升高,产热与散热达到动态平衡状态;过渡圆角处坯料的温度明显高于坯料的其他部位;坯料的温升随挤压速度、摩擦因子、挤压比以及模具预热温度的增大而增大,但随坯料预热温度的增大而减小;而坯料的温降呈相反变化规律;最终获得优选挤压工艺方案。