一种辊轧模具型面补偿设计的方法
【专利摘要】本发明公开一种辊轧模具型面补偿设计的方法，包括以下三个部分内容：(1)单一截面上的轧制塑性回弹变形补偿；(2)大扭角、深度弯曲处截面间的扭转回弹变形补偿；(3)沿叶身方向呈弓形弯曲的回弹变形补偿；本发明的有益效果是：辊轧模具型面采用截面回弹补偿、叶片扭角回弹补偿和叶片叶身弯度补偿等三种补偿设计方法可大大较少辊轧模具的修模量，缩短叶片研制周期，降低修模难度，并取得了良好的效果。
【专利说明】-种結礼模具型面补偿设计的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及航空发动机叶片親社加工技术，特别是涉及叶片親社模具的设计方 法。
【背景技术】
[0002] 叶片无余量精密冷親社是一种先进的叶片型面加工方法，由于其制造成本低、生 产效率高W及可实现产品的组织性能较常规制造工艺更为优异等特点，倍受发达国家的重 视。对此，W俄罗斯各大航空发动机制造公司为代表的新型发动机高压压气机叶片的制造 几乎全部为"精密毛料+无余量親社"工艺。
[0003] 常规的親社模具的设计方法适用于型面较平直，扭角小且进排气边呈线性收敛的 叶片。随着提升发动机性能的要求，叶片多采用H元流设计，叶型呈变化剧烈、扭角大、端弯 严重且进排气边缘呈腰鼓形的特点。按常规的親社模具设计方法设计的親社模具在使用过 程中暴露出型面变形严重，模具需要较长的修理周期。通过大量社制试验和测量数据对比 分析，親社叶片的社制误差主要表现在W下H个方面：
[0004] 1.单一截面上的社制塑性回弹变形，导致截面型面偏离设计要求；
[000引2.大扭角、深度弯曲处截面间的扭转回弹变形，导致叶片间的扭角偏离设计要 求；
[0006] 3.沿叶身方向呈弓形弯曲的回弹变形，导致叶片截面间的位置度偏离设计要求。
【发明内容】
[0007] 为了提升親社模具的设计水平，减少親社模具的修模量，降低修模试片的消耗，缩 短叶片的研制和生产周期，需要一种依据此类叶片的变形规律的叶片親社模具型面补偿设 计的方法。本发明目的是提升親社模具的设计水平，使补偿设计后的親社模具所社制的叶 片更接近设计要求，减少親社模具的修模量，降低修模试片的消耗，缩短叶片的研制和生产 周期。具体技术方案如下：
[0008] 1. -种親社模具型面补偿设计的方法，其特征在于：包括W下H个部分内容：
[0009] (1)单一截面上的社制塑性回弹变形补偿；
[0010] (2)大扭角、深度弯曲处截面间的扭转回弹变形补偿；
[0011] 做沿叶身方向呈弓形弯曲的回弹变形补偿；
[0012] 所述单一截面上的社制塑性回弹变形补偿的具体方式是：
[0013] 叶片社制后截面产生回弹，叶型的曲率变小，在模具设计过程中预先将叶型的曲 率人为的增大，也就是预先设定一个叶片截面的回弹量，在设计模具之前，需要根据逐料的 状态、社制变形量的大小和叶片截面的具体形状确定出截面的补偿量A，然后进行親社模 具设计，其步骤为：
[0014] 步骤一：按设计图给定的型面坐标，绘制出叶片的截面图形，然后绘制出叶片截面 的中弧线；中弧线的画法可W采用绘制叶片截面内切圆后连接圆也，也可W采用程序计算 求出中弧线；
[0015] 步骤二：将中弧线的按弧长分为等长的H部分，记为进气段、中间段和排气段；
[0016] 步骤H :将进气段和排气段按等弧长分为N段，N= A/A，A = 0.01?0.03mm;标 记每小段的端点，在进气段和排气段分别有化1个端点，依次标记为Paa、Pai、P?2……Pa W和Ps〇、Psi、Ps2……P排W ;P进。为进气段上远离进气边缘的点，P排。为排气边上远离排气 边缘的点；
[0017] 步骤四：求出中弧线上每个端点位置的内切圆直径，依次与相应的端点对应标记 为D进0、D进1、D进2......D进N和D排。、D排1、D排2......D排"；
[001引步骤五：W端点Pai、为圆也绘制半径Amm的圆标记为"进01、排01"，W端 点P进2、P排2为圆也绘制半径2Amm的圆记为"进02、排02"，依次类推，最终W端点P进N、P排 N为圆也绘制半径Amm的圆记为"进0w、排0w";
[0019] 步骤六：使用二维绘图软件的切点自动捕捉功能用中间段中弧线依次向进气边 和排气边两端连接新绘制的圆切点，构造出新的中弧线；
[0020] 步骤走：在对应的切点为圆也位置绘制圆，如W圆Ol切点为圆也绘制直径为Dai 圆，W圆〇2切点为圆也绘制直径为D?2圆；
[0021] 步骤八：使用二维绘图软件的切点自动捕捉功能用中间段叶片截面依次向进气 边和排气边两端连接新绘制的圆切点，构造出新的截面叶型，新的截面叶型曲率增大，将社 制过程中产生的回弹变形补偿到新构造的叶型中；
[0022] 步骤九：对新构造的叶片型面按常规的親社模具的设计方法进行设计；
[0023] 所述大扭角、深度弯曲处截面间的扭转回弹变形补偿方法为：
[0024] 在设计模具之前，需要根据逐料的状态、社制变形量的大小和叶片截面的具体形 状确定出叶片扭转回弹变形补偿量目，根据所确定出叶片扭转回弹变形补偿量目进行叶 片补偿设计，其步骤为：
[0025] 步骤一；根据叶片设计图给定的叶片弦切角，查出叶根部位的叶片弦切角记为目 fi，叶片截面记为Afg,叶片截面距记为Lfg ;叶尖部位的叶片弦切角记为目叶片截面记为 A^,叶片截面距记为;叶片中间部位的叶片变化最大弦切角记为目+，叶片截面记为A^, 叶片截面距记为Lt ;叶根或叶尖部位有多个截面具有相同的弦切角，则取距叶片中间部位 最近的截面；
[0026] 步骤二：计算每个截面需要补偿的角度，计算分为两部分进行；第一部分为Afg至A Cfj截面,束-部分为A巾至A A截面；
[0027] 步骤H :计算第一部分每个截面的补偿角度；目补=目*(L补-L根）/(L巾-L根）；求 出每个截面的补偿量后将目与原有的截面的弦切角相加或相减，达到补偿截面扭角增大 的目的；所需补偿截面的截面距记为补偿的角度记为目;
[0028] 步骤四：计算第二部分每个截面的补偿角度：目；目*(L尖-L;^)/(L尖-Lt);求 出每个截面的补偿量后将目与原有的截面的弦切角相加或相减，达到补偿截面扭角增大 的目的；
[0029] 步骤五：按补偿弦切角后的叶片进行親社模具设计；
[0030] 所述沿叶身方向呈弓形弯曲的回弹变形补偿方法为：
[0031] 在设计模具之前，需要根据逐料的状态、社制变形量的大小和叶片截面的具体形 状确定出沿叶身方向呈弓形弯曲的回弹变形补偿量h，根据所确定出沿叶身方向呈弓形弯 曲的回弹变形补偿量h进行叶片补偿设计，其步骤为：
[0032] 步骤一：根据叶片设计图给定的型面数据，按照叶片親社模具常规的设计方法确 定叶片社制的Z轴，计算在X、Z轴构成的平面内，每个截面中也位置到X、Z轴构成平面的距 离记为h?，求出叶片中间部位距离最大的值记为h^，叶尖部位的值记为h^，叶根部位的值 记为h根；
[0033] 步骤二：计算每个截面需要补偿的距离，计算分为两部分进行；第一部分为Afg至A Cfj截面,束-部分为A巾至A A截面；
[0034] 步骤S :计算第一部分每个截面的补偿距离；h补=h*(L补-L根V(L中-L根）；求出 每个截面的补偿量后将htt与原有的截面的距离相加或相减，达到补偿叶身弯曲回弹的目 的；
[00巧]步骤四：计算第二部分每个截面的补偿高度；h补=h*(L尖-L补）/(L尖-Lt);求出 每个截面的补偿量后将htt与原有的截面的距离相加或相减，达到补偿叶身弯曲回弹的目 的。
[0036] 本发明的有益效果是：
[0037] 親社模具型面采用截面回弹补偿、叶片扭角回弹补偿和叶片叶身弯度补偿等H种 补偿设计方法可大大较少親社模具的修模量，缩短叶片研制周期，降低修模难度，并取得了 良好的效果。
【专利附图】
【附图说明】
[0038] 图1为叶形图；
[0039] 图2为进气段不意图；
[0040] 图3为排气段示意图；
[0041] 图4为进气段圆也绘制不意图；
[0042] 图5为排气段圆也绘制示意图；
[0043] 图6为新构建中弧线示意图；
[0044] 图7为新构建叶形图；
[0045] 图8为叶片尖部截面示意图；
[0046] 图9为叶片中部截面示意图；
[0047] 图10为叶片根部截面示意图；
[0048] 图11为叶片截面示意图。
【具体实施方式】
[0049] 下面结合附图具体说明本发明，如图1-图11所示，某叶片根据逐料的状态、社制 变形量的大小和叶片截面的具体形状确定出截面回弹的补偿量A = 0.05mm、扭角回弹补 偿角度目=0.5°、沿叶身方向呈弓形弯曲的回弹变形补偿量h = 0.2mm。其他参数见表 1，
[0050] 表 1
[0051]
【权利要求】
1. 一种辊轧模具型面补偿设计的方法，其特征在于：包括以下三个部分内容： (1) 单一截面上的轧制塑性回弹变形补偿； (2) 大扭角、深度弯曲处截面间的扭转回弹变形补偿； (3) 沿叶身方向呈弓形弯曲的回弹变形补偿； 所述单一截面上的轧制塑性回弹变形补偿的具体方式是： 叶片轧制后截面产生回弹，叶型的曲率变小，在模具设计过程中预先将叶型的曲率人 为的增大，也就是预先设定一个叶片截面的回弹量，在设计模具之前，需要根据坯料的状 态、乳制变形量的大小和叶片截面的具体形状确定出截面的补偿量△，然后进行辊轧模具 设计，其步骤为： 步骤一：按设计图给定的型面坐标，绘制出叶片的截面图形，然后绘制出叶片截面的中 弧线； 步骤二：将中弧线的按弧长分为等长的三部分，记为进气段、中间段和排气段； 步骤三：将进气段和排气段按等弧长分为N段，N = A /A，A = 0. 01?0. 03mm ;标记每 小段的端点，在进气段和排气段分别有N+1个端点，依次标记为P^、Pm、Ptt2……PttN和 P排。、P排1、P排2......P排N 为进气段上远尚进气边缘的点，P排。为排气边上远尚排气边缘 的点； 步骤四：求出中弧线上每个端点位置的内切圆直径，依次与相应的端点对应标记为Da 〇、〇进1、〇进2......D进N和D排Q、D排pD排2......D排 N; 步骤五：以端点Pai、Pft i为圆心绘制半径Amm的圆标记为"进01、排01"，以端点P进 2、Pft2为圆心绘制半径2Amm的圆记为"进02、排02"，依次类推，最终以端点P ttN、Pfi_N为圆 心绘制半径A mm的圆记为"进〇N、排〇N" ； 步骤六：用中间段中弧线依次向进气边和排气边两端连接新绘制的圆切点，构造出新 的中弧线； 步骤七：在对应的切点为圆心位置绘制圆，如以圆01切点为圆心绘制直径为Dai圆， 以圆〇2切点为圆心绘制直径为Dtt2圆； 步骤八：用中间段叶片截面依次向进气边和排气边两端连接新绘制的圆切点，构造出 新的截面叶型，新的截面叶型曲率增大，将轧制过程中产生的回弹变形补偿到新构造的叶 型中； 步骤九：对新构造的叶片型面按常规的辊轧模具的设计方法进行设计； 所述大扭角、深度弯曲处截面间的扭转回弹变形补偿方法为： 在设计模具之前，需要根据坯料的状态、乳制变形量的大小和叶片截面的具体形状确 定出叶片扭转回弹变形补偿量0，根据所确定出叶片扭转回弹变形补偿量0进行叶片补 偿设计，其步骤为： 步骤一：根据叶片设计图给定的叶片弦切角，查出叶根部位的叶片弦切角记为@ ，叶 片截面记为Afi，叶片截面距记为Lfi ;叶尖部位的叶片弦切角记为0 #，叶片截面记为A# 叶片截面距记为L#;叶片中间部位的叶片变化最大弦切角记为0 +，叶片截面记为八+，叶 片截面距记为L + ;叶根或叶尖部位有多个截面具有相同的弦切角，则取距叶片中间部位最 近的截面； 步骤二：计算每个截面需要补偿的角度，计算分为两部分进行；第一部分为々^至A+截 面，第二部分为八+至^\#截面； 步骤三：计算第一部分每个截面的补偿角度：0补=@ *(L补-L根）/(L中-L根）；求出每 个截面的补偿量后将0 #与原有的截面的弦切角相加（减），达到补偿截面扭角增大的目 的；所需补偿截面的截面距记为L#，补偿的角度记为3 ; 步骤四：计算第二部分每个截面的补偿角度：0补=@ *(L尖-L补）/(L尖-L中）；求出每 个截面的补偿量后将0 #与原有的截面的弦切角相加或相减，达到补偿截面扭角回弹的目 的； 步骤五：按补偿弦切角后的叶片进行辊轧模具设计； 所述沿叶身方向呈弓形弯曲的回弹变形补偿方法为： 在设计模具之前，需要根据坯料的状态、乳制变形量的大小和叶片截面的具体形状确 定出沿叶身方向呈弓形弯曲的回弹变形补偿量h，根据所述补偿量h进行叶片补偿设计，其 步骤为： 步骤一：根据叶片设计图给定的型面数据，按照叶片辊轧模具常规的设计方法确定叶 片轧制的Z轴，计算在x、z轴构成的平面内，每个截面中心位置到x、z轴构成平面的距离记 为h#，求出叶片中间部位距离最大的值记为h +，叶尖部位的值记为h#，叶根部位的值记为 h根； 步骤二：计算每个截面需要补偿的距离，计算分为两部分进行；第一部分为八^至A+截 面，第二部分为八+至^\#截面； 步骤三：计算第一部分每个截面的补偿距离：h补=h*(L补-L根）/(L中-L根）；求出每个 截面的补偿量后将h#与原有的截面的距离相加或相减，达到补偿叶身弯曲回弹的目的； 步骤四：计算第二部分每个截面的补偿高度：11#= ;求出每个 截面的补偿量后将h#与原有的截面的距离相加或相减，达到补偿叶身弯曲回弹的目的。
【文档编号】G06F17/50GK104331560SQ201410617842
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年11月5日 优先权日:2014年11月5日
【发明者】李深亮, 姜绍西, 陈亚莉, 刘鹏, 吴宏春 申请人:沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司