CN100585606C - Tc11合金大型风扇叶片锻件平衡角的确定方法 - Google Patents

Abstract

本发明为TC11合金大型风扇叶片锻件平衡角的确定方法。通过该方法确定平衡角后，使得风扇叶片锻件的坯料和锻件在加工后其组织和性能均满足工艺要求，成功解决了依靠进口、购置成本高的难题。其特征在于：其包括以下步骤，(1)选择三典型截面的完整型线，即分别为靠近叶根端截面、叶身中间截面、靠叶顶截面；(2)以三典型截面重叠的原点为基点，初步确定平衡角；(3)根据初定平衡角进行锻造成形工艺分析；(4)平衡角α确定中验证角β的应用；(5)通过叶根、叶冠、凸台的截面，进一步进行平衡角的修整和确定。

Description

TC11合金大型风扇叶片锻件平衡角的确定方法

技术领域

本发明涉及风扇叶片锻件的平衡角技术领域，具体为TC11合金大型风扇叶片锻件平衡角的确定方法。

背景技术

发动机TC11合金大型风扇叶片其特点是宽弦、薄壁、扭曲大。其锻件的研制是难点，在扭曲叶片的锻造工艺中，首先，通过对坯料的制坯，然后进行敞开模锻成形锻造，工艺分析中平衡角的确定是锻造成形的关键，也是叶片锻造模具型腔设计时考虑的前提条件，所以，在对叶片进行锻造成形分析时，为了有利于锻件各部位形状在模锻时按照金属材料塑性成形规律充足成形，而对叶片锻件的扭曲叶身型面进行锻造方向的合理选择，即通过对叶身截面绕型线坐标中心的旋转，将转后的锻造方向上的截面型线坐标轴方向与理论型线坐标轴方向的所转角度即平衡角达到较佳的角度。而平衡角的确定是难点中的关键，合适的平衡角的确定不仅能够有效减低锻件的成形力，而且也能减小模座所受的侧向分力，提高TC11合金大型风扇叶片的锻造充足成形，利于TC11合金大型风扇叶片锻件敞开式模锻。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了TC11合金大型风扇叶片锻件平衡角的确定方法，通过该方法确定平衡角后，使得风扇叶片锻件的坯料和锻件在加工后其组织和性能均满足工艺要求，成功解决了依靠进口、购置成本高的难题。

其技术方案是这样的：其特征在于：其包括以下步骤，

(1)、基于UG三维CAD设计软件的二次开发程序，根据叶片型线数据的每个截面的X，Y，Z坐标点计算出CAD图形的理论型线，从中选择三典型截面的完整型线，即分别为靠近叶根端截面、叶身中间截面、靠叶顶截面；

(2)、以三典型截面重叠的原点为基点，充分考虑锻件的塑性成形，考虑锻造成形时进、出汽侧的侧向分力尽量能够达到平衡或者尽量足够小，锻坯在自由锻上方便会计快速成形，对于TC11合金大型风扇叶片顺时针旋转的角度就初步确定平衡角；

(3)根据初定平衡角进行锻造成形工艺分析；

(a)、叶型扭曲度较大时作综合考虑，既要考虑进出汽边最高点的充足成形，又要考虑进汽边背弧“倒勾”余块不宜过大；

(b)、靠叶顶截面叶型较宽，出汽边较薄时，应使叶顶出汽侧平坦而加大平衡角；

(c)、精锻或少余量叶片锻造时，应适当加大平衡角α；

(d)、坯料叶身采用扁坯形式时，应适当将平衡角转小，坯料叶身采用圆坯形式时，应适当将平衡角转大；

(4)、平衡角α确定中验证角β的应用；

在靠叶顶截面型线的出汽侧作趋向延伸的对称中心线，该中心线与锻造方向轴线的夹角就作为平衡角α确定中考虑的验证角β，验证角控制在48°-52°之间，小于48°在锻造工艺中采用定位和进气边阻尼槽，但绝不允许小于45°；

(5)通过叶根、叶冠、凸台的截面，进一步进行平衡角的修整和确定，兼顾叶根、叶冠、凸台在初定的平衡角下锻造塑性成形情况，塑性成形通过数值模拟仿真技术来进一步验证；

对于TC11合金大型风扇叶片锻件叶根型腔高深，一方面从TC11合金塑性成形工艺要确保风扇叶片锻件充足成形；另一方面也要从高深型腔的受力分析状况考虑，大的打击力对锻模应力集中处极为不利，因此确定锻造平衡角还要兼顾模具应力集中处的受力影响，进一步修正平衡角α，在确定平衡角α时要使叶根型腔最低处和叶身型面最低处尽量处于同一高度。

通过上述方法制定TC11合金大型风扇叶片锻件平衡角α，这样通过在空气锤上在相变点温度下30℃～50℃采用四火制坯；通过在SPKA11200离合器式螺旋压力机上采用两火模锻；通过在相变点温度下30℃～50℃第一次退火加热校正及500℃～550℃温度之间第二次退火，坯料和锻件的组织和性能均满足工艺设计要求。

(四)附图说明

图1为理论坐标和锻造坐标的示意图；

图2为TC11合金大型风扇叶片锻件及平衡角示意图。

具体实施方式

下面结合附图描述本发明的确定过程：

(1)、基于UG三维CAD设计软件的二次开发程序，根据叶片型线数据的每个截面的X，Y，Z坐标点计算出CAD图形的理论型线，从中选择三典型截面的完整型线，即分别为靠近叶根端截面3、叶身中间截面2、靠叶顶截面1，XY坐标系为理论坐标系，X’Y’坐标系为锻造坐标系；

(2)、以三典型截面重叠的原点为基点，充分考虑锻件的塑性成形，考虑锻造成形时进、出汽侧的侧向分力尽量能够达到平衡或者尽量足够小，锻坯在自由锻上方便会计快速成形，对于TC11合金大型风扇叶片顺时针旋转的角度就初步确定平衡角α；

(3)根据初定平衡角进行锻造成形工艺分析；

(a)、叶型扭曲度较大时作综合考虑，既要考虑进出汽边最高点的充足成形，又要考虑进汽边背弧“倒勾”余块不宜过大；

(b)、靠叶顶截面叶型较宽，出汽边较薄时，应使叶顶出汽侧平坦而加大平衡角；

(c)、精锻或少余量叶片锻造时，应适当加大平衡角α；

(d)、坯料叶身采用扁坯形式时，应适当将平衡角α转小，坯料叶身采用圆坯形式时，应适当将平衡角α转大；

(4)、平衡角α确定中验证角β的应用；

在靠叶顶截面型线的出汽侧作趋向延伸的对称中心线，该中心线与锻造方向轴线的夹角就作为平衡角α确定中考虑的验证角β，验证角控制在48°-52°之间，小于48°在锻造工艺中采用定位和进气边阻尼槽，但绝不允许小于45°；

(5)通过叶根、叶冠、凸台的截面，进一步进行平衡角的修整和确定，兼顾叶根、叶冠、凸台在初定的平衡角α下锻造塑性成形情况，塑性成形通过数值模拟仿真技术来进一步验证；对于TC11合金大型风扇叶片锻件叶根型腔高深，一方面从TC11合金塑性成形工艺要确保风扇叶片锻件充足成形；另一方面也要从高深型腔的受力分析状况考虑，大的打击力对锻模应力集中处极为不利，因此确定锻造平衡角还要兼顾模具应力集中处的受力影响，进一步修正平衡角，在确定平衡角时要使叶根型腔最低处和叶身型面最低处尽量处于同一高度。

通过上述方法可以较精确的确定TC11合金大型风扇叶片锻件平衡角α，这样实现了TC11合金大型风扇叶片锻造的难题，实现了并掌握了国内满足GJB494-88要求的TC11大规格95圆棒料冶金技术；掌握了在空气锤上制坯关键技术；掌握了TC11合金大型风扇叶片模锻阶段的有限元数值模拟技术；掌握了TC11合金大型风扇叶片热校正技术；最为关键的是此锻件研制成功解决了依靠进口的历史，节省大量外汇，掌握了TC11合金大型风扇叶片热加工技术，4为锻造方向，5为余块。

Claims (1)

1、TC11合金大型风扇叶片锻件平衡角的确定方法，其特征在于：其包括以下步骤，

(1)、基于UG三维CAD设计软件的二次开发程序，根据叶片型线数据的每个截面的X，Y，Z坐标点计算出CAD图形的理论型线，从中选择三典型截面的完整型线，所述三典型截面即分别为靠近叶根端截面、叶身中间截面、靠叶顶截面；

(2)、以三典型截面重叠的原点为基点，充分考虑锻件的塑性成型，考虑锻造成型时进、出汽侧的侧向分力尽量能够达到平衡或者尽量足够小，锻坯在自由锻上方便会快速成型，对于TC11合金大型风扇叶片顺时针旋转的角度就初步确定为平衡角α，其中，理论坐标系与锻造坐标系原点重合且锻造坐标系顺时针旋转一个角度后与理论坐标系重合，理论坐标系的Y轴与锻造坐标系的Y’轴的夹角就为初步确定的平衡角α；

(3)、根据初定的平衡角α进行锻造成型工艺分析：

(a)、叶型扭曲度较大时作综合考虑，既要考虑进出汽边最高点的充足成型，又要考虑进汽边背弧“倒勾”余块不宜过大；

(b)、靠叶顶截面叶型较宽，出汽边较薄时，应使叶顶出汽侧平坦而加大平衡角α；

(c)、精锻或少余量叶片锻造时，应适当加大平衡角α；

(d)、坯料叶身采用扁坯形式时，应适当将平衡角α转小，坯料叶身采用圆坯形式时，应适当将平衡角α转大；

(4)、平衡角α确定中验证角β的应用：

在靠叶顶截面型线的出汽侧作趋向延伸的对称中心线，该中心线与锻造方向轴线的夹角就作为平衡角α确定中考虑的验证角β，验证角β控制在48°-52°之间，小于48°在锻造工艺中采用定位和进气边阻尼槽，但绝不允许小于45°；

(5)、通过叶根、叶冠、凸台的截面，进一步进行平衡角α的修整和确定，兼顾叶根、叶冠、凸台在初定的平衡角α下锻造塑性成型情况，塑性成型通过数值模拟仿真技术来进一步验证；

对于TC11合金大型风扇叶片锻件叶根型腔高深，一方面从TC11合金塑性成型工艺要确保风扇叶片锻件充足成型；另一方面也要从高深型腔的受力分析状况考虑，大的打击力对锻模应力集中处极为不利，因此确定锻造平衡角α还要兼顾锻模应力集中处的受力影响，进一步修正平衡角α，在确定平衡角α时要使叶根型腔最低处和叶身型面最低处尽量处于同一高度。

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