In718合金末級(jí)葉片精鍛成形及鍛后冷卻三維數(shù)值模擬.pdf

1、葉片是航空發(fā)動(dòng)機(jī)中量大面廣的一類(lèi)重要零件，航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的發(fā)展依賴(lài)于材料和制造工藝的發(fā)展。葉片形狀復(fù)雜，從葉片精鍛過(guò)程到鍛后冷卻受到諸多因素的影響，目前人們對(duì)葉片精鍛規(guī)律和鍛后冷卻過(guò)程的研究尚未系統(tǒng)和完善。葉片的精鍛成形規(guī)律和鍛后冷卻規(guī)律影響著葉片組織性能、表面質(zhì)量、形狀尺寸，并進(jìn)一步影響到材料的力學(xué)性能，因此采用有限元分析軟件對(duì)葉片精鍛過(guò)程和鍛后冷卻過(guò)程進(jìn)行三維數(shù)值模擬是十分必要的。本文針對(duì)葉片精鍛過(guò)程的成形規(guī)律和鍛后冷卻過(guò)程進(jìn)行熱-

2、力耦合分析，對(duì)葉片制造技術(shù)和工藝的發(fā)展具有一定的理論意義和實(shí)用價(jià)值。本文研究的主要內(nèi)容如下： 由于葉片本身的形狀復(fù)雜，運(yùn)用Pro/ENGINEER三維繪圖軟件對(duì)其進(jìn)行曲面建模。繪制葉片精鍛模具和鍛后葉片形狀，并對(duì)模型進(jìn)行不同數(shù)值模擬軟件環(huán)境下的導(dǎo)入，結(jié)果表明導(dǎo)入模型尺寸精確可靠，保證了模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性。 運(yùn)用有限元模擬軟件MSC.SuperForm對(duì)In718合金棒料進(jìn)行三維鐓粗?jǐn)?shù)值模擬，分析鐓粗成形的流線分布和不同工藝

3、條件下的應(yīng)力、應(yīng)變分布及載荷-時(shí)間變化曲線。在模擬的基礎(chǔ)上進(jìn)行相應(yīng)的鐓粗試驗(yàn)研究，分析變形后坯料的真應(yīng)力-應(yīng)變曲線和金相組織。研究表明：In718高溫鎳基合金適合等溫鍛造，鍛造溫度范圍為1010℃～1040℃，變形速度為0.05mm/s～0.5mm/s；熱鍛過(guò)程中發(fā)生了動(dòng)態(tài)再結(jié)晶和回復(fù)，熱鍛后再結(jié)晶晶粒細(xì)?。粩?shù)值模擬結(jié)果和試驗(yàn)研究結(jié)果比較接近，數(shù)值模擬結(jié)論可靠，試驗(yàn)結(jié)果為葉片熱鍛提供了相關(guān)的熱鍛工藝參數(shù)。 對(duì)單榫頭葉片精鍛過(guò)程進(jìn)

4、行三維數(shù)值模擬，觀察整個(gè)網(wǎng)格變形過(guò)程，分析葉身和榫頭在不同摩擦條件下的應(yīng)力和應(yīng)變分布、載荷-時(shí)間曲線。結(jié)果表明：葉身和榫頭交接部位網(wǎng)格變形較大，此處金屬難于變形易出現(xiàn)金屬缺陷；摩擦加大了變形的不均勻性和塑性變形抗力；摩擦對(duì)葉身等效應(yīng)變梯度的影響隨著變形量的增加而增加，摩擦對(duì)榫頭等效應(yīng)變的影響隨著變形量的增加而減小；葉身部分變形較大，榫頭變形較小，葉身變形比榫頭均勻。 模擬分析了預(yù)成形坯料擺放位置及預(yù)成形坯料形狀對(duì)葉片成形規(guī)律的影

5、響，討論了縮頸問(wèn)題。根據(jù)模擬結(jié)果確定坯料的最佳擺放位置，預(yù)成形坯料擺放位置對(duì)葉身影響較大，對(duì)榫頭影響較?。活A(yù)成形坯料形狀極大地影響葉片精鍛過(guò)程；預(yù)成形坯料形狀和鍛造模具形狀都極大的影響精鍛過(guò)程中的葉片縮頸和金屬的流動(dòng)規(guī)律。 基于熱傳導(dǎo)原理，建立平均溫度求解方程，并推導(dǎo)葉片表面對(duì)流系數(shù)，利用ANSYS軟件對(duì)鍛后葉片的冷卻過(guò)程進(jìn)行了三維熱-力耦合數(shù)值模擬。分析不同時(shí)間的溫度場(chǎng)分布和冷卻后的等效應(yīng)力應(yīng)變分布及變形翹曲情況。研究表明：冷