CN102861850B - 一种基于大扭角转子叶片模锻生产的反向设计方法 - Google Patents

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Abstract

一种基于大扭角转子叶片模锻生产的反向设计方法，依次按照下述步骤和内容要求进行工作：①设计并制造初始模具；②利用初始模具进行叶片生产试制并测量叶片叶身型面冷却后的实际变形程度；③修理模具，重复进行②、③步骤直至试验出合格叶片锻件为止；④对试验出合格叶片的模具进行测量扫描；⑤使用④测得的数据对初始模具进行优化，从而得到合理的模具模型。本发明利用逆向思维，设计出适合大扭角转子叶片的反向研制方法，从根本上解决了叶片叶身型面变形的问题，同时大幅度缩短了研制周期，又节约了研制成本。

Description

一种基于大扭角转子叶片模锻生产的反向设计方法
技术领域
本发明涉及叶片模锻，特别提供了一种基于大扭角转子叶片模锻生产的反向设计方法。
背景技术
大扭角转子叶片锻件常在模锻成形冷却过程中发生叶片型面变形的问题，即使采用热校形也不能挽救，这严重影响锻件合格率，阻碍叶片大批量生产。且这种叶身型面变形问题，其变形的程度目前尚无准确的理论数据支持，以至于不能在叶片锻模设计过程中准确预设计一定的反向变形程度。为此，大扭角转子叶片的研制常采用“模具设计（先预设一定反向变形程度）→模具制造→现场试验→模具优化→模具重新制造→现场再次验证”也即“先设计，后试制”的方法，并且模具优化反复次数常进行多次，模具再次设计及制造周期很长，从而严重影响叶片的研制进度。
人们迫切希望获得一种技术效果优良的基于大扭角转子叶片模锻生产的反向设计方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种技术效果优良的基于大扭角转子叶片模锻生产的反向设计方法。
本发明一种基于大扭角转子叶片模锻生产的反向设计方法，其特征在于：依次按照下述步骤和内容要求进行工作：
第①步：在不预设反向变形程度的条件下，设计并制造初始模具；
第②步：利用初始模具进行叶片生产试制，并测量叶片叶身型面冷却后的实际变形程度；
第③步：根据测量数据，对模具进行相应修理，并对模具进行再次试验；重复进行上述的②、③步骤，直至试验出合格叶片锻件为止；
第④步：利用测量设备对试验出合格叶片的模具进行测量扫描；
第⑤步：使用第④步测得的数据，对初始模具进行优化，从而得到合理的模具模型，并利用此模具模型进行该叶片的批量生产。
所述基于大扭角转子叶片模锻生产的反向设计方法中优选还满足下述要求：
在第①步中：设计并制造初始模具时选定叶片模锻件材料及模具材料，并根据二者在锻件成形温度时的热膨胀系数X；
构建锻件三维模型，模型尺寸按名义尺寸设计；
构建热锻件三维模型，对锻件三维模型进行热膨胀系数X倍的等比例扩大；
依据三维热锻件与模具模块进行实体“减”操作，从而形成模具型腔；
补充模具型腔的毛边桥、毛边仓等其他设计，并最后完成锻模理论设计。
所述基于大扭角转子叶片模锻生产的反向设计方法中进一步优选还满足下述要求：在第①步中：设计并制造初始模具时选定叶片模锻件材料为1Cr11Ni2W2MoV，模具材料为5CrNiMo，根据二者在锻件成形温度时的热膨胀系数，确定锻件的热膨胀系数X为1.011。
第①步：设计初始模具，不预设反向变形程度，并制造初始模具；具体的设计方法如下：
根据叶片模锻件材料1Cr11Ni2W2MoV及模具材料5CrNiMo在锻件成形温度时的热膨胀系数，确定锻件的热膨胀系数为1.011；
构建锻件三维模型，模型尺寸按名义尺寸设计；
构建热锻件三维模型，对锻件三维模型进行1.011倍的等比例扩大；
将三维热锻件与模具模块进行实体“减”操作，从而形成模具型腔；
补充模具型腔的毛边桥、毛边仓等其他设计，并最后完成锻模理论设计。
第②步：根据叶片锻造工艺，利用初始模具进行叶片生产试制，并使用叶片锻件测具及样板对叶片锻件叶身型面进行测量，分析叶片叶身型面冷却后的实际变形程度。
第③步：根据测量数据，对模具进行相应修理，并对模具进行再次试验。
重复进行上述的②、③步骤，直至试验出合格叶片锻件为止。
第④步：利用三坐标测量设备，对试验出合格叶片的模具进行扫描。
第⑤步：使用三坐标扫描的数据，并初始模具进行优化，从而得到合理的模具模型，并利用此模具模型进行该叶片的批量生产。
本发明的关键技术在于运用逆向思维，反向研制大扭角转子叶片，并在研制过程中使用三坐标测量技术。
由于叶身型面变形与模锻众多细节有关，如叶身厚度、叶身扭角大小、锻造打击力、变形速度、锻件材料等，每个细节对叶身型面变形的影响程度也都无法准确预计，并且这些细节常关联发生，共同影响叶片的叶身型面变形，所以，对于某个特定的叶片，不能通过在叶片设计过程中准确预留反向变形程度的方法，解决叶身型面变形问题。
本发明利用逆向思维，不去研究每个细节对叶片的叶身变形程度的影响，采用反向研制的方法，即“先试制，后优化设计”。
本发明利用逆向思维，设计出适合大扭角转子叶片的反向研制方法，从根本上解决了叶片叶身型面变形的问题，同时大幅度缩短了研制周期，又节约了研制成本。
附图说明
下面结合附图及实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1为初始模具及热锻件叶身型面剖面图；
图2为优化后的模具及热锻件叶身型面剖面图。
具体实施方式
实施例1
一种基于大扭角转子叶片模锻生产的反向设计方法，其依次按照下述步骤和内容要求进行工作：
第①步：在不预设反向变形程度的条件下，设计并制造初始模具；设计并制造初始模具时选定叶片模锻件材料及模具材料，并根据二者在锻件成形温度时的热膨胀系数X；
构建锻件三维模型，模型尺寸按名义尺寸设计；
构建热锻件三维模型，对锻件三维模型进行热膨胀系数X倍的等比例扩大；
依据三维热锻件与模具模块进行实体“减”操作，从而形成模具型腔；
补充模具型腔的毛边桥、毛边仓等其他设计，并最后完成锻模理论设计；
当设计并制造初始模具时选定叶片模锻件材料为1Cr11Ni2W2MoV，模具材料为5CrNiMo，根据二者在锻件成形温度时的热膨胀系数，确定锻件的热膨胀系数X为1.011。
第②步：利用初始模具进行叶片生产试制，并测量叶片叶身型面冷却后的实际变形程度；
第③步：根据测量数据，对模具进行相应修理，并对模具进行再次试验；重复进行上述的②、③步骤，直至试验出合格叶片锻件为止；
第④步：利用测量设备对试验出合格叶片的模具进行测量扫描；
第⑤步：使用第④步测得的数据，对初始模具进行优化，从而得到合理的模具模型，并利用此模具模型进行该叶片的批量生产。
实施例2
1）设计初始模具，如图1所示（为使图形表示清晰，锻件叶身型面剖面线未画出）。图中1为热锻件叶身型面，2为初始模具剖面，a为模具型腔，b为模具毛边桥，c为毛边仓，图中锻件为热状态。从图中可以看出，热锻件与锻模完全贴合，这说明锻模完全按照理论热锻件设计，未预设反向变形程度。
2）使用初始模具，按照叶片锻造工艺，对叶片进行生产试制，并测量叶片叶身型面冷却后的实际变形程度。再根据测量数据，对模具进行修理，并对模具再次进行试验，直至试验出合格叶片锻件。
3）利用三坐标测量机扫描修理好的模具型面。
4）利用三坐标扫描的数据，对初始模具进行优化，从而得到合理的模具模型，如图2所示（为使图形表示清晰，图中所有剖面线均未画出），从图中可以看出，优化的模具模型与锻件模型并不完全贴合，图中的数值a用于表征锻件的实际反向变形程度。

Claims (3)

1.一种基于大扭角转子叶片模锻生产的反向设计方法，其特征在于：依次按照下述步骤和内容要求进行工作：
第①步：在不预设反向变形程度的条件下，设计并制造初始模具；
第②步：利用初始模具进行叶片生产试制，并测量叶片叶身型面冷却后的实际变形程度；
第③步：根据测量数据，对模具进行相应修理，并对模具进行再次试验；重复进行上述的②、③步骤，直至试验出合格叶片锻件为止；
第④步：利用测量设备对试验出合格叶片的模具进行测量扫描；
第⑤步：使用第④步测得的数据，对初始模具进行优化，从而得到合理的模具模型，并利用此模具模型进行该叶片的批量生产。
2.按照权利要求1所述基于大扭角转子叶片模锻生产的反向设计方法，其特征在于：所述基于大扭角转子叶片模锻生产的反向设计方法中还满足下述要求：
在第①步中：设计并制造初始模具时选定叶片模锻件材料及模具材料，并根据二者在锻件成形温度时的热膨胀系数X；
构建锻件三维模型，模型尺寸按名义尺寸设计；
构建热锻件三维模型，对锻件三维模型进行热膨胀系数X倍的等比例扩大；
依据三维热锻件与模具模块形成模具型腔；
补充模具型腔的毛边桥、毛边仓并最后完成锻模理论设计。
3.按照权利要求2所述基于大扭角转子叶片模锻生产的反向设计方法，其特征在于：所述基于大扭角转子叶片模锻生产的反向设计方法中还满足下述要求：
在第①步中：设计并制造初始模具时选定叶片模锻件材料为1Cr11Ni2W2MoV，模具材料为5CrNiMo，根据二者在锻件成形温度时的热膨胀系数，确定锻件的热膨胀系数X为1.011。
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