一種數(shù)值模擬優(yōu)化葉片輥軋模具及毛坯設計的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及葉片輥乳制造領域，具體為一種數(shù)值模擬優(yōu)化葉片輥乳模具及毛坯設計的方法。
【背景技術】
[0002]葉片輥乳制造技術是航空發(fā)動機葉片制造領域中的先進技術，它具有葉片產(chǎn)品精度高、力學性能優(yōu)良、工作效率高等優(yōu)點。所以，在高壓壓氣機中小葉片制造領域發(fā)揮著無可比擬的優(yōu)勢。
[0003]數(shù)值模擬技術對材料加工制造業(yè)有著巨大的指導作用，但是在國內(nèi)將數(shù)值模擬應用在冷輥乳技術上，還在初期探索階段，也鮮有相關文獻。但它對葉片輥乳工藝尤其是模具設計和毛坯設計有著很重要的指導意義，會有很大的研究發(fā)展空間，使葉片輥乳制造技術更加成熟。
[0004]葉片輥乳制造技術中的一項核心內(nèi)容是輥乳模具設計和毛坯設計，但在實際制造中輥乳模具和毛坯需要反復修整，修模量很大，且很難保證模具的修復一致性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種數(shù)值模擬優(yōu)化葉片輥乳模具及毛坯設計的方法，使輥乳模具設計和毛坯設計更加精準。
[0006]本發(fā)明的技術方案是:
[0007]—種數(shù)值模擬優(yōu)化葉片輥乳模具及毛坯設計的方法，以GH2787合金葉片為載體，用UG軟件三維建模，用DEFORM軟件數(shù)值模擬，具體步驟如下:
[0008]1)建立材料本構模型
[0009]首先需要根據(jù)葉片輥乳毛坯的工藝狀態(tài)設計材料本構模型的基礎試驗方案，再從毛坯葉身處取壓縮試樣，通過8組不同應變速率下的Gleeble壓縮試驗，得到相應的應力應變數(shù)據(jù)和曲線，最后通過數(shù)據(jù)插值處理建立材料本構模型；
[0010]2)葉片輥乳數(shù)值模擬
[0011]設置葉片輥乳數(shù)值模擬前處理模型，在UG軟件中建立葉片輥乳毛坯和輥乳模具的三維模型，導入材料本構模型，設置前處理參數(shù)，定義模具驅(qū)動條件，設置毛坯邊界條件，以及模具和毛坯的對象間關系；最后生成數(shù)據(jù)庫文件，完成模擬求解；
[0012]3)葉片輥乳數(shù)值模擬后處理分析
[0013]根據(jù)現(xiàn)場輥乳葉片葉身的三坐標測量數(shù)據(jù)建立三維模型，建立設計要求的理論葉片模型，并把兩模型與數(shù)值模擬后的輥乳葉片模型以相同坐標基準放置在軟件中進行尺寸對比分析，從而優(yōu)化葉片輥乳模具設計和毛坯設計；同時，通過葉片輥乳數(shù)值模擬后處理分析，優(yōu)化輥乳機調(diào)試參數(shù)，最終獲得精密輥乳葉片。
[0014]本發(fā)明的優(yōu)點及有益效果是:
[0015]1、本發(fā)明通過葉片輥乳數(shù)值模擬，對比分析現(xiàn)場輥乳葉片的三維模型、數(shù)值模擬后的輥乳葉片模型和設計要求的理論葉片模型的尺寸，優(yōu)化葉片輥乳模具設計和毛坯設計，解決輥乳模具設計和毛坯設計的精準度。并且，通過葉片輥乳數(shù)值模擬后處理分析優(yōu)化輥乳機調(diào)試參數(shù)，指導現(xiàn)場工藝，最終獲得精密輥乳葉片。
[0016]2、本發(fā)明應用于GH2787合金工作葉片成形工藝的分析中，成功優(yōu)化了 GH2787合金葉片輥乳模具設計和毛坯設計，并為輥乳機的調(diào)試提供了參考數(shù)據(jù)，最終完成了 GH2787合金工作葉片的精密研制。
[0017]3、本發(fā)明節(jié)省試驗件基礎試驗費用、現(xiàn)場加工及材料等費用，減少修模具、修毛坯、輥乳機的調(diào)試和葉身成形后拋修等工作的工作量，縮短了研制周期，同時提高輥乳葉片的質(zhì)量和生產(chǎn)效率。
【附圖說明】
[0018]圖1為不同壓縮應變速率的應力應變曲線。
[0019]圖2 (a)-圖2 (b)為葉片毛坯和輥乳模具UG模型示意圖。其中，圖2 (a)葉片毛坯；圖2(b)輥乳模具UG模型。
[0020]圖3為葉片毛坯和輥乳模具簡化UG模型示意圖。
[0021]圖4(a)-圖4(d)為葉片輥乳數(shù)值模擬過程示意圖。
[0022]圖5為輥乳模擬后葉片模型示意圖。
[0023]圖6為三種葉片模型葉身型面尺寸對比圖。
[0024]圖7為葉片輥乳模具型面曲線。
[0025]圖8(a)-圖8(b)為輥乳葉片應力應變云圖。其中，圖8(a)輥乳葉片應力云圖；圖8(b)輥乳葉片應變云圖。
【具體實施方式】
[0026]在具體實施過程中，葉片輥乳制造技術具有葉片產(chǎn)品精度高，力學性能優(yōu)良，工作效率高等優(yōu)點，葉片輥乳數(shù)值模擬技術對葉片輥乳技術具有指導意義。本發(fā)明首先根據(jù)葉片輥乳毛坯的現(xiàn)場工藝狀態(tài)，通過Gleeble壓縮試驗建立材料本構模型，并完成數(shù)值模擬。同時，通過對現(xiàn)場輥乳葉片的三維模型、數(shù)值模擬后的輥乳葉片模型和設計要求的理論葉片模型的尺寸進行對比分析，優(yōu)化葉片輥乳模具設計和毛坯設計；同時，根據(jù)葉片輥乳數(shù)值模擬后處理分析優(yōu)化輥乳機調(diào)試參數(shù)，最終獲得精密輥乳葉片。
[0027]本發(fā)明材料本構模型試驗應力應變曲線見圖1，葉片毛坯和輥乳模具三維模型見圖2(a)-圖2(b)和圖3，葉片輥乳數(shù)值模擬過程見圖4(a)-圖4 (d)，輥乳模擬后葉片模型見圖5，三種葉片模型葉身型面尺寸對比見圖6，葉片輥乳模具型面曲線示意圖見圖7，輥乳葉片應力和應變云圖見圖8(a) -圖8(b)。
[0028]下面，通過實施例和附圖對本發(fā)明進一步詳細說明。
[0029]實施例
[0030]本實施例以GH2787合金葉片為載體。
[0031]1)建立材料本構模型
[0032]由于葉片輥乳過程是冷塑性變形過程，在DEFORM軟件材料數(shù)據(jù)庫中沒有適合GH2787合金葉片輥乳毛坯的材料本構模型，所以需要重新建立該模型。
[0033]現(xiàn)場調(diào)研中，棍乳機乳棍轉(zhuǎn)速范圍為5r/min?15r/min，乳棍半徑68mm，葉片毛坯中心厚度3.625mm，輥乳變形后葉片中心厚度2.085，所以計算得出葉片輥乳應變速率為
2.36427 (近似值)。
[0034]基礎試驗選取8組應變速率進行Gleeble壓縮試驗，測出不同應力應變曲線，最后將各應力應變曲線擬合到材料本構模型中。
[0035]為了使壓縮試驗件狀態(tài)與葉片輥乳前毛坯狀態(tài)一致，需要在輥乳前毛坯葉身上取試驗件。在輥乳前毛坯葉身最厚處(Cmax)沿厚度方向取ΦΑΧΗ的圓棒壓縮試樣。在Gleeble壓縮試驗機上設定壓縮應變速率(s ')分別為0.01，0.1，0.5，1，5，10，15，30，每種應變速率各壓縮3件，共24件壓縮試樣。測定不同壓縮應變速率下的應力應變曲線，記錄并保存數(shù)據(jù)。
[0036]如圖1所示，由8組不同壓縮應變速率下的應力應變曲線可見，不同應變速率對應力應變曲線有一定影響。盡管葉片毛坯在輥乳變形中型面各個位置應變速率不同，但