一种数值模拟优化叶片辊轧模具及毛坯设计的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及叶片辊乳制造领域，具体为一种数值模拟优化叶片辊乳模具及毛坯设计的方法。
【背景技术】
[0002]叶片辊乳制造技术是航空发动机叶片制造领域中的先进技术，它具有叶片产品精度高、力学性能优良、工作效率高等优点。所以，在高压压气机中小叶片制造领域发挥着无可比拟的优势。
[0003]数值模拟技术对材料加工制造业有着巨大的指导作用，但是在国内将数值模拟应用在冷辊乳技术上，还在初期探索阶段，也鲜有相关文献。但它对叶片辊乳工艺尤其是模具设计和毛坯设计有着很重要的指导意义，会有很大的研究发展空间，使叶片辊乳制造技术更加成熟。
[0004]叶片辊乳制造技术中的一项核心内容是辊乳模具设计和毛坯设计，但在实际制造中辊乳模具和毛坯需要反复修整，修模量很大，且很难保证模具的修复一致性。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种数值模拟优化叶片辊乳模具及毛坯设计的方法，使辊乳模具设计和毛坯设计更加精准。
[0006]本发明的技术方案是:
[0007]—种数值模拟优化叶片辊乳模具及毛坯设计的方法，以GH2787合金叶片为载体，用UG软件三维建模，用DEFORM软件数值模拟，具体步骤如下:
[0008]1)建立材料本构模型
[0009]首先需要根据叶片辊乳毛坯的工艺状态设计材料本构模型的基础试验方案，再从毛坯叶身处取压缩试样，通过8组不同应变速率下的Gleeble压缩试验，得到相应的应力应变数据和曲线，最后通过数据插值处理建立材料本构模型；
[0010]2)叶片辊乳数值模拟
[0011]设置叶片辊乳数值模拟前处理模型，在UG软件中建立叶片辊乳毛坯和辊乳模具的三维模型，导入材料本构模型，设置前处理参数，定义模具驱动条件，设置毛坯边界条件，以及模具和毛坯的对象间关系；最后生成数据库文件，完成模拟求解；
[0012]3)叶片辊乳数值模拟后处理分析
[0013]根据现场辊乳叶片叶身的三坐标测量数据建立三维模型，建立设计要求的理论叶片模型，并把两模型与数值模拟后的辊乳叶片模型以相同坐标基准放置在软件中进行尺寸对比分析，从而优化叶片辊乳模具设计和毛坯设计；同时，通过叶片辊乳数值模拟后处理分析，优化辊乳机调试参数，最终获得精密辊乳叶片。
[0014]本发明的优点及有益效果是:
[0015]1、本发明通过叶片辊乳数值模拟，对比分析现场辊乳叶片的三维模型、数值模拟后的辊乳叶片模型和设计要求的理论叶片模型的尺寸，优化叶片辊乳模具设计和毛坯设计，解决辊乳模具设计和毛坯设计的精准度。并且，通过叶片辊乳数值模拟后处理分析优化辊乳机调试参数，指导现场工艺，最终获得精密辊乳叶片。
[0016]2、本发明应用于GH2787合金工作叶片成形工艺的分析中，成功优化了 GH2787合金叶片辊乳模具设计和毛坯设计，并为辊乳机的调试提供了参考数据，最终完成了 GH2787合金工作叶片的精密研制。
[0017]3、本发明节省试验件基础试验费用、现场加工及材料等费用，减少修模具、修毛坯、辊乳机的调试和叶身成形后抛修等工作的工作量，缩短了研制周期，同时提高辊乳叶片的质量和生产效率。
【附图说明】
[0018]图1为不同压缩应变速率的应力应变曲线。
[0019]图2 (a)-图2 (b)为叶片毛坯和辊乳模具UG模型示意图。其中，图2 (a)叶片毛坯；图2(b)辊乳模具UG模型。
[0020]图3为叶片毛坯和辊乳模具简化UG模型示意图。
[0021]图4(a)-图4(d)为叶片辊乳数值模拟过程示意图。
[0022]图5为辊乳模拟后叶片模型示意图。
[0023]图6为三种叶片模型叶身型面尺寸对比图。
[0024]图7为叶片辊乳模具型面曲线。
[0025]图8(a)-图8(b)为辊乳叶片应力应变云图。其中，图8(a)辊乳叶片应力云图；图8(b)辊乳叶片应变云图。
【具体实施方式】
[0026]在具体实施过程中，叶片辊乳制造技术具有叶片产品精度高，力学性能优良，工作效率高等优点，叶片辊乳数值模拟技术对叶片辊乳技术具有指导意义。本发明首先根据叶片辊乳毛坯的现场工艺状态，通过Gleeble压缩试验建立材料本构模型，并完成数值模拟。同时，通过对现场辊乳叶片的三维模型、数值模拟后的辊乳叶片模型和设计要求的理论叶片模型的尺寸进行对比分析，优化叶片辊乳模具设计和毛坯设计；同时，根据叶片辊乳数值模拟后处理分析优化辊乳机调试参数，最终获得精密辊乳叶片。
[0027]本发明材料本构模型试验应力应变曲线见图1，叶片毛坯和辊乳模具三维模型见图2(a)-图2(b)和图3，叶片辊乳数值模拟过程见图4(a)-图4 (d)，辊乳模拟后叶片模型见图5，三种叶片模型叶身型面尺寸对比见图6，叶片辊乳模具型面曲线示意图见图7，辊乳叶片应力和应变云图见图8(a) -图8(b)。
[0028]下面，通过实施例和附图对本发明进一步详细说明。
[0029]实施例
[0030]本实施例以GH2787合金叶片为载体。
[0031]1)建立材料本构模型
[0032]由于叶片辊乳过程是冷塑性变形过程，在DEFORM软件材料数据库中没有适合GH2787合金叶片辊乳毛坯的材料本构模型，所以需要重新建立该模型。
[0033]现场调研中，棍乳机乳棍转速范围为5r/min?15r/min，乳棍半径68mm，叶片毛坯中心厚度3.625mm，辊乳变形后叶片中心厚度2.085，所以计算得出叶片辊乳应变速率为
2.36427 (近似值)。
[0034]基础试验选取8组应变速率进行Gleeble压缩试验，测出不同应力应变曲线，最后将各应力应变曲线拟合到材料本构模型中。
[0035]为了使压缩试验件状态与叶片辊乳前毛坯状态一致，需要在辊乳前毛坯叶身上取试验件。在辊乳前毛坯叶身最厚处(Cmax)沿厚度方向取ΦΑΧΗ的圆棒压缩试样。在Gleeble压缩试验机上设定压缩应变速率(s ')分别为0.01，0.1，0.5，1，5，10，15，30，每种应变速率各压缩3件，共24件压缩试样。测定不同压缩应变速率下的应力应变曲线，记录并保存数据。
[0036]如图1所示，由8组不同压缩应变速率下的应力应变曲线可见，不同应变速率对应力应变曲线有一定影响。尽管叶片毛坯在辊乳变形中型面各个位置应变速率不同，但