CN106563754A - 一种双体形式叶片对称锻造成形方法 - Google Patents

一种双体形式叶片对称锻造成形方法 Download PDF

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罗石元
朱大虎
钱东升
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Abstract

本发明公开了一种双体形式叶片对称锻造成形方法，包括如下步骤：S1、根据叶片零件图和锻件技术参数要求设计叶片锻件图；S2、根据叶身尖部、中部和根部的叶型截面弦线角设计锻造平衡角θ；S3、根据叶片锻件先设计锻坯的等效结构圆，再按锻造需求修改锻坯形状；S4、根据叶片锻件图和锻造平衡角θ，设计叶片锻造模具，该模具上开设有多对型腔，每对的两个型腔对称分布且相互平行设置；S5、通过螺旋压力机一次锻造成形多对呈对称分布的叶片锻件。本发明利用力平衡的原理能有效降低锻造侧向错模力并减少锻打次数，从而改善叶片锻造成形精度，提高锻造效率，降低制造成本，并最终应用于叶片的大批量生产。

Description

一种双体形式叶片对称锻造成形方法
技术领域
本发明属于塑性加工技术领域，尤其涉及一种双体形式叶片对称锻造成形方法。
背景技术
叶片作为汽轮机、航空发动机和燃气轮机的核心零件，起着转换能量的重要作用。叶片的型面一般为复杂的三维扭转曲面，目前大多采用单体形式模锻成形。然而，该成形方法会产生较大的侧向错模力，导致叶盆型面与叶背型面发生错移，从而降低叶片锻件成形精度，增加后续机械加工难度，甚至会导致最终叶片产品零件因尺寸不合格而报废。此外，单体形式模锻成形方法带来了诸如锻打次数多、生产效率低、成本高等系列问题，不利于叶片的大批量生产。
发明内容
本发明的目的在于提供一种双体形式叶片对称锻造成形方法，它能够有效降低侧向错模力并减少锻打次数，从而改善叶片锻造成形精度，提高锻造效率，降低制造成本，并最终应用于叶片的大批量生产。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种双体形式叶片对称锻造成形方法，包括如下步骤：
S1、设计叶片锻件图，确定叶片的叶冠、叶身和叶根的加工余量；
S2、确定叶片锻造平衡角θ，θ＝(α1+α2+α3)/3，其中，α1为叶身尖部的叶型截面弦线角，α2为叶身中部的叶型截面弦线角，α3为叶身根部的叶型截面弦线角；
S3、先计算叶片锻坯的等效结构圆的截面面积S，S＝(S1+B×H)×K，其中，S1为叶片锻件截面面积，B为叶片锻件截面弦宽尺寸，H为锻造方向的增厚量，K为材料成形加放系数，叶片的叶根和叶冠部分的加放系数K为1.05～1.15，叶片的叶身部分的加放系数K为1.10～1.20，再按锻造需求对叶片锻坯的等效结构圆进行修改作为叶片锻坯形状；
S4、根据叶片锻件图和叶片锻造平衡角θ，设计叶片锻造模具，该模具上开设有多对型腔，每对的两个型腔对称分布且相互平行设置；
S5、将与型腔数量一致的叶片锻坯分别置于对应的型腔中，利用螺旋压力机驱动上模具下压，即可一次锻造成形多对呈对称分布的叶片锻件。
按上述技术方案，步骤S4中，每对型腔沿模具中心线对称布置。
按上述技术方案，步骤S4中，该模具上开设有一对型腔。
按上述技术方案，步骤S4中，根据叶片锻件图和叶片锻造平衡角θ，设计叶片锻造模具：先使用UG软件的移动对象功能，使多对叶片锻件沿宽度方向平行分布，然后使用旋转对象功能，分别将每对叶片锻件中的一个按顺时针方向旋转平衡角θ，将每对叶片锻件中的另一个按逆时针方向旋转平衡角θ，最后使用布尔运算功能完成叶片锻造模具的造型。
本发明，具有以下有益效果：与传统的单体形式模锻成形方法相比，本发明可一次锻造成形多对呈对称分布的叶片锻件，本发明通过在模具上开设多对型腔，且每对型腔对称且平行设置，这样就可以利用力的平衡原理有效降低锻造过程中产生的侧向错模力，解决了因错模力过大而引起的叶片型面错移问题，提高了叶片模锻的成形精度。此外，由于采用双体形式模锻成形方法，减少了锻打次数，从而有效提高了锻造效率，降低了制造成本，有利于叶片的大批量生产。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明实施例中叶片零件的立体结构示意图；
图2是本发明实施例中叶片锻件的立体结构示意图；
图3是本发明实施例中叶片锻坯的立体结构示意图；
图4是本发明实施例中叶片锻造上模具的立体结构示意图；
图5是本发明实施例中叶片锻造下模具的立体结构示意图；
图6是本发明实施例中叶根部模具的截面示意图；
图7是本发明实施例中叶身根部模具的截面示意图；
图8是本发明实施例中叶身尖部模具的截面示意图；
图9是本发明实施例中叶冠部模具的截面示意图；
图10是本发明实施例的成形示意图；
图中：1-叶冠；2-叶身；3-叶根；4-叶片锻件的叶身尖部；5-叶片锻件的叶身中部；6-叶片锻件的叶身根部；7-叶片锻件的叶根；8-叶片锻坯；9-上模具；10-上模具第一型腔；11-上模具第二型腔；12-下模具；13-下模具第一型腔；14-下模具第二型腔。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在本发明的较佳实施例中，如图1-图10所示，一种双体形式叶片对称锻造成形方法，包括如下步骤：
S1、如图1、图2所示，设计叶片锻件图，确定叶片的叶冠、叶身和叶根的加工余量，具体的，根据图1所述的叶片零件图和叶片锻件设计技术参数要求，确定叶片零件的叶冠1、叶身2和叶根3部位的加工余量，设计得到如图2所示的对应的叶片锻件图，图2中叶片锻件包括叶片锻件的叶身尖部4、叶片锻件的叶身中部5、叶片锻件的叶身根部6和叶片锻件的叶根7；
S2、叶片的叶型一般是扭转变化的曲面，各叶型截面的弦线角互不相同，若把叶片零件图上规定的X轴向平面定位锻造平面，通常会导致锻造过程中产生极大的侧向错模力，并出现模具局部充填不足的现象，因此，为减小侧向错模力并防止模具局部充填不足现象的产生，必须要设计锻造平衡角使得叶片在模具上处于较佳的方向，这样确定的锻造平面与原零件坐标系X轴会有一个夹角，称之为平衡角θ，叶片锻造平衡角θ可由如下公式确定，θ＝(α1+α2+α3)/3，其中，α1为叶片锻件的叶身尖部4的叶型截面弦线角，α2为叶片锻件的叶身中部5的叶型截面弦线角，α3为叶片锻件的叶身根部6的叶型截面弦线角；
S3、如图3所示，叶片模锻件属于众多锻件中的长轴类锻件，根据锻件造型不同的截面面积和各部分所需材料成形加放的系数，先计算叶片锻坯8的等效结构圆的截面面积S，S＝(S1+B×H)×K，其中，S1为叶片锻件截面面积，B为叶片锻件截面弦宽尺寸，H为锻造方向的增厚量，K为材料成形加放系数，叶片的叶根和叶冠部分的加放系数K为1.05～1.15，叶片的叶身部分的加放系数K为1.10～1.20，该加放系数的取值范围具体最大限度的节省材料，再按锻造需求对叶片锻坯的等效结构圆进行修改作为叶片锻坯形状，其中，如图3所示，由于叶片型面弦宽较大，锻坯在成形过程中容易因刚性不足而发生整体弯曲，从而导致模具填充不足或金属折叠现象的产生，因此，需在满足变形量的条件下，将叶冠、叶身和叶根部位的坯料形状设计成扁方截面；
S4、根据叶片锻件图和叶片锻造平衡角θ，设计叶片锻造模具，该模具上开设有多对型腔，每对的两个型腔对称分布且相互平行设置，优选的，每对型腔沿模具中心线对称布置，其中，模具的设计步骤为先使用UG软件的移动对象功能，使多对叶片锻件沿宽度方向平行分布，然后使用旋转对象功能，分别将每对叶片锻件中的一个按顺时针方向旋转平衡角θ，将每对叶片锻件中的另一个按逆时针方向旋转平衡角θ，最后使用布尔运算功能完成叶片锻造模具的造型，如图4和5所示，分别为叶片锻造的上模具9和下模具12的示意图，以模具上开设有一对型腔为例，上模具9上设有上模具第一型腔10和上模具第二型腔11，下模具上设有对应的下模具第一型腔13和下模具第二型腔14，图6-图9分别为模具在闭合状态下，叶冠4、叶身尖部5、叶身根部6和叶根7的模具截面示意图；
S5、如图10所示，将与型腔数量一致的叶片锻坯分别置于对应的型腔中，利用螺旋压力机驱动上模具下压，即可一次锻造成形多对呈对称分布的叶片锻件。
本发明通过合理设计叶片锻造模具型腔，一次锻造成形偶数个呈对称分布的叶片锻件，减少了锻打次数并解决了因锻造侧向错模力过大而引起的叶片型面错移问题，从而改善了叶片成形精度，提高了生产效率，降低了制造成本。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (4)

1.一种双体形式叶片对称锻造成形方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、设计叶片锻件图，确定叶片的叶冠、叶身和叶根的加工余量；
S2、确定叶片锻造平衡角θ，θ＝(α1+α2+α3)/3，其中，α1为叶身尖部的叶型截面弦线角，α2为叶身中部的叶型截面弦线角，α3为叶身根部的叶型截面弦线角；
S3、先计算叶片锻坯的等效结构圆的截面面积S，S＝(S1+B×H)×K，其中，S1为叶片锻件截面面积，B为叶片锻件截面弦宽尺寸，H为锻造方向的增厚量，K为材料成形加放系数，叶片的叶根和叶冠部分的加放系数K为1.05～1.15，叶片的叶身部分的加放系数K为1.10～1.20，再按锻造需求对叶片锻坯的等效结构圆进行修改作为叶片锻坯形状；
S4、根据叶片锻件图和叶片锻造平衡角θ，设计叶片锻造模具，该模具上开设有多对型腔，每对的两个型腔对称分布且相互平行设置；
S5、将与型腔数量一致的叶片锻坯分别置于对应的型腔中，利用螺旋压力机驱动上模具下压，即可一次锻造成形多对呈对称分布的叶片锻件。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S4中，每对型腔沿模具中心线对称布置。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤S4中，该模具上开设有一对型腔。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S4中，根据叶片锻件图和叶片锻造平衡角θ，设计叶片锻造模具：先使用UG软件的移动对象功能，使多对叶片锻件沿宽度方向平行分布，然后使用旋转对象功能，分别将每对叶片锻件中的一个按顺时针方向旋转平衡角θ，将每对叶片锻件中的另一个按逆时针方向旋转平衡角θ，最后使用布尔运算功能完成叶片锻造模具的造型。
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