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)中量大面廣的一類重要零件，航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的發(fā)展依賴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)葉片精鍛過程和鍛后冷卻過程進(jìn)行三維數(shù)值模擬是十分必要的。本文針對(duì)葉片精鍛過程的成形規(guī)律和鍛后冷卻過程進(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)小；數(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)單榫頭葉片精鍛過程進(jìn)

4、行三維數(shù)值模擬，觀察整個(gè)網(wǎng)格變形過程，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?。蝗~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