CN102672083A

CN102672083A - 高温合金锥形截面环件预成形坯料的设计方法

Info

Publication number: CN102672083A
Application number: CN2011100565696A
Authority: CN
Inventors: 马义伟
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-03-10
Filing date: 2011-03-10
Publication date: 2012-09-19

Abstract

本发明公开了一种GH4169合金锥形截面环件预成形坯料的设计方法，解决了以往矩形截面坯料材料利用率低、后续机加工时间长和环件流线结构不完整等问题。本发明的基本思路是：根据金属塑性变形过程中体积不变原理和锥形截面环件结构特点，通过选取合适的轧制比，从而得到预成形坯料各部分结构尺寸。本发明方法简单，可以有效提高材料利用率，减小后续机加工工时，而且能够保持机加后环件内部流线的完整，有益于提高航空发动机的性能和延长使用寿命。

Description

高温合金锥形截面环件预成形坯料的设计方法

技术领域

本发明涉及一种环件预成形坯料的设计方法，尤其是用于制造各种航空发动机机匣的GH4169合金锥形截面环件。

背景技术

目前，由于我国现有轧制环件的设备控制精度低、轧制力小、功能少，而轧制工艺方法又有限。因此，所生产的多数是矩形截面和近矩形截面环件。对于航空发动机、燃气轮机等使用的异形截面环件通常简化成近矩形截面进行轧制生产，然后再进行机械切削加工。不仅机加工工时多，而且材料利于率低(约为5％-10％)，对众多使用价格昂贵的镍、钴基高温合金和钛合金的发动机而言，成本太高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种提高材料利用率、减小机加工工时、保证环件组织均匀和结构完整的GH4169合金锥形截面环件预成形坯料设计方法。

本发明是这样实现的：由环件轴向尺寸确定毛坯高度，毛坯小孔平均直径由轧制比和环件小孔直径确定。根据环件和毛坯截面面积相等来确定环件厚度，保持坯料和环件中部锥形一致。最后，根据计算出的毛坯高度以及毛坯和环件体积相等的原则确定大孔的尺寸。

本发明方法简单，可以有效提高材料利用率，减小后续加工，能够保持机加后环件内部流线的完整，有益于提高发动机的使用寿命。

附图说明

附图为本发明设计的锥形截面环件预成形坯料剖面主视图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明：

由附图给出，锥形截面环件由小孔端矩形部分、锥形中部和大孔端矩形部分组成。首先，根据环件轴向尺寸确定毛坯各部分高度(公式(1))。

\{\begin{matrix} H_{0} = (0.90 ~ 0.98) H_{d} \\ H_{b 0} = H_{b} \\ H_{s 0} = H_{s} \\ h_{s 0} = h_{s} \end{matrix} - - - (1)

式中，H₀，H_d分别为毛坯和环件的轴向高度(1)；H_b0，H_b分别为毛坯和环件大孔端矩形截面高度(2)；H_s0，H_s分别为毛坯和环件小孔端矩形截面外高(3)；h_s0，h_s分别为毛坯和环件小孔端矩形截面内高(4)。

其次，根据轧比K和环件小孔平均直径确定毛坯小孔平均直径(公式(2))。

d_{m 0} = \frac{d_{m}}{k} - - - (2)

式中，d_m0、d_m分别为毛坯和环件小孔端平均直径(5)，k取1.4。

再次，根据环件与坯料水平截面面积相等，确定坯料小孔端面壁厚t(公式(3))。

\{\begin{matrix} S_{0} = S_{d} \\ \frac{1}{4} π [{(D_{s} / 2)}^{2} - {(d_{s} / 2)}^{2})] = \frac{1}{4} π [{(d_{m 0} / 2 + t / 2)}^{2} - {(d_{m 0} / 2 - t / 2)}^{2}] \\ t = \frac{{D_{s}}^{2} - {d_{s}}^{2}}{{4 d}_{m 0}} \end{matrix} - - - (3)

式中，S₀、S_d分别为坯料和环件水平截面面积，D_s、d_s分别为环件小孔端内、外直径。则小孔内、外直径分别为：

\{\begin{matrix} d_{s 0} = d_{m 0} - t \\ D_{s 0} = d_{m 0} + t \end{matrix} - - - (4)

式中，D_s0、d_s0分别为小孔端毛坯内径(6)和外径(7)。

坯料和环件中部锥度保持一致(公式(5))。

式中，分别为毛坯和锻件外侧壁锥度(8)，

分别为毛坯和锻件内侧壁锥度(9)。

最后，根据毛坯轴向高度H₀和H_b0确定毛坯大孔尺寸，再由毛坯和环件体积相等的原则，对大孔内径(10)和外径(11)进行修正。

Claims

1.一种GH4169合金锥形截面环件预成形坯料的设计方法，该方法依次按以下步骤：

1.根据环件轴向尺寸确定毛坯各部分高度。

\{\begin{matrix} H_{0} = (0.90 ~ 0.98) H_{d} \\ H_{b 0} = H_{b} \\ H_{s 0} = H_{s} \\ h_{s 0} = h_{s} \end{matrix}

式中，H₀，H_d分别为毛坯和环件的轴向高度；H_b0，H_b分别为毛坯和环件大孔端矩形截面高度；H_s0，H_s分别为毛坯和环件小孔端矩形截面外高；h_s0，h_s分别为毛坯和环件小孔端矩形截面内高。

2.根据轧比K和环件小孔平均直径确定毛坯小孔平均直径。

d_{m 0} = \frac{d_{m}}{k}

式中，d_m0、d_m分别为毛坯和环件小孔端平均直径，k取1.4。

3.根据环件与坯料水平截面面积相等，确定坯料小孔端面壁厚t。

\{\begin{matrix} S_{0} = S_{d} \\ \frac{1}{4} π [{(D_{s} / 2)}^{2} - {(d_{s} / 2)}^{2})] = \frac{1}{4} π [{(d_{m 0} / 2 + t / 2)}^{2} - {(d_{m 0} / 2 - t / 2)}^{2}] \\ t = \frac{{D_{s}}^{2} - {d_{s}}^{2}}{{4 d}_{m 0}} \end{matrix}

式中，S₀、S_d分别为坯料和环件水平截面面积，D_s、d_s分别为环件小孔端内、外直径，小孔内、外直径分别为：

\{\begin{matrix} d_{s 0} = d_{m 0} - t \\ D_{s 0} = d_{m 0} + t \end{matrix}

式中，D_s0、d_s0分别为毛坯内、外直径。

4.坯料和环件中部锥度保持一致。

式中，分别为毛坯和锻件外侧壁锥度，

分别为毛坯和锻件内侧壁锥度。

5.根据毛坯轴向高度H₀和H_b0确定毛坯大孔尺寸，再由毛坯和环件体积相等的原则，对大孔内、外径进行修正。