CN1772410A - 锻造复杂零件的飞边流道的几何构造工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于根据确定参数(l，d，ε，α，h)的飞边流道(5)的几何构造工艺，该飞边流道设在用于锻造涡轮机轮片的模具(110，120)中，其中轮片具有叶片(10)并且该叶片由预定平面(Pi)中的平剖面(Si)限定，其中飞边流道(5)及其飞边槽必须限定在所述预定平面中以获得叶片和飞边流道的平剖面，该工艺的特征在于：一在相应于叶片的根部、中间和末梢的基准平面(Pa，Pb，Pc)中选择叶片的至少三个基准剖面(Sa，Sb和Sc)，一在所述基准平面(Pa，Pb，Pc)中，在相应于叶片的根部、中间和末梢的基准平面中选择叶片的至少三个基准剖面，一在所述基准平面中，确定飞边流道的长度λ以及三个基准剖面的收缩距离d，一在所述预定平面(Pa，Pb，Pc)中，通过插值法由所述基准剖面构造飞边流道和飞边槽的中间剖面。

Description

锻造复杂零件的飞边流道的几何构造工艺

技术领域

本发明涉及锻模型腔的几何构造，并且更准确地说涉及位于用于锻造复杂零件(在本例中为涡轮机轮片)的型腔周边上的飞边流道及其飞边槽的几何构造。

背景技术

通过使用飞边流道可以在零件锻造期间确保材料充满型腔。通过形成适当的飞边流道，能保证收集到的材料在溢出型腔之前被迫首先填充型腔腔室。飞边流道允许在型腔的排出口去除过剩的材料。

除了材料的正确流动之外，优化飞边流道的形状产生了所获得零件的良好可重复性以及锻造力的减小，从而使得冲压工具的预期使用寿命增大。

这种优化尤其取决于零件和工具的温度、它们之间的摩擦系数以及在锻造工艺之前零件坯料的形状。

为了确定飞边流道的几何形状，尤其要使用对于锻造零件形状的规范。对于比如涡轮机轮片之类的复杂零件，必须限定叶片在厚度方向上的横向截面特性以及飞边流道的横向截面特性，以通过具有上述物理特性的叶片横向截面的延伸将它们连接。

对于涡轮机轮片的锻造工具的设计，需要计算(对于模具的构造要确定数千个点)并且因此工艺成本很高。此外，入口误差的危险很高并且会导致在限定飞边流道的表面上出现额外的皱纹。

发明内容

申请人已经考虑了来改进这个工艺。

为此，本发明涉及用于根据具体参数设在用于锻造涡轮机轮片的模具中的飞边流道的几何构造工艺，其中轮片具有叶片并且该叶片由预定平面中的平剖面限定，并且其中飞边流道和飞边槽必须根据所述平面限定以获得叶片和飞边流道的平剖面，工艺的特征在于：

-在相应于叶片的根部、中间和末梢的基准平面中选择叶片的至少三个基准剖面，

-在所述基准平面中，确定飞边流道的长度以及三个基准剖面的收缩距离，

-在所述预定平面中，通过插值法由所述基准剖面构造飞边流道和飞边槽的中间剖面。

较佳地，在计算飞边流道及其飞边槽的中间剖面之前，通过改变基准剖面中的所述参数来影响飞边流道参数的不同确定值。

再较佳地，由于涡轮机轮片具有前缘和后缘，因此，相应于前缘和后缘处的飞边流道以及飞边槽的剖面被同时计算。

因而对于绝大多数部件能自动地计算飞边流道及其飞边槽的中间剖面，从而节省了大量的时间。

有利地是，为了确定飞边流道及其飞边槽的横向中间剖面，使用了多项式插值法。

此外，更佳地，在插值之后，首先进行飞边槽的校正，以避免形成被底切、或者或多或少垂直并能使模具更脆弱的表面，并且随后减小轮片末梢处的高度差异。

附图说明

借助于以下对于通过参考附加平面来确定飞边流道的工艺的描述，能更好地理解本发明，其中：

-图1和2示出了所有平剖面Pi以及选自涡轮机轮片这些平剖面的基准剖面和所有在校正(rectification)之前产生的飞边流道剖面的透视图；

-图3是示出用于限定涡轮机轮片前缘或后缘剖面的特征点以及飞边流道及其飞边槽与所述边缘相连接的特征点的几何图形，这些点用于根据本发明的工艺中，

-图4示出了飞边流道以及相应未校正的并且必要时已校正的涡轮机飞边槽的部件的全部剖面的透视图；

-图5示出了用于锻造涡轮机轮片的冲压工具的视图，其中示出了飞边流道以及相应飞边槽的平剖面上未校正和校正过的冲击轴线、冲击平面以及飞边槽角度；

-图6示出了用于锻造涡轮机轮片的锻模面对面的表面、飞边流道和飞边槽的透视图，其中示出了在应用本发明的工艺之后进行插值的结果；和

-图7示出了用于锻造涡轮机轮片的模具的定型表面的透视图。

具体实施方式

参考图1，涡轮机轮片的叶片10一方面在前缘BA和后缘BF之间具有下表面和上表面两个表面，另一方面具有叶梢9和叶根8。在下叶片表面和上叶片表面之间，轮片由已经借助于锻造机(未示出)进行锻造的材料1构成，该锻造机具有额定功率并且作用于由随后将描述的两个模具构成的冲压工具上。

叶片或翼剖面10在几何形状上由位于预定平面Pi中的平剖面Si限定，该平平面位于具有下叶片表面2″和上叶片表面2′的这些平面的交会处。

这些剖面也是当模具处于零件或轮片的锻造位置时以及锻造工艺过程中的剖面。在本文以下部分中对此不再区分彼此。

在初始阶段期间，必须选择基准Pa、Pb和Pc的至少三个平面8、10、9，假定三个剖面Sa、Sb、Sc。这三个基准剖面用于确定飞边流道的构造参数。这就是图2中已经做的，其中三个基准剖面是相应于叶片根部、中间和末梢的剖面S2、S6、S11。

在称作校正阶段的第二阶段中，在前缘BA和后缘BF上只为截面Sa、Sb和Sc几何地构造飞边流道5及其相应的飞边槽6。

构造基于图3所示的几何元素，其中能识别出下叶片表面2″和上叶片表面2′与从Pa、Pb和Pc组中选择的基准面Pj的交会，以及在前缘BA或后缘BF的Pj上的痕迹。

以下另外的元素用于此处：

-骨架曲线3，由同时与上叶片表面(在4′处)和下叶片(在4″处)表面相切的圆4的所有中心点构成。

-测量点11，从限定零件的CAD(计算机辅助设计)获得并且用作成品的控制或测量点。

这些元素构成了轮片或模具的部件几何限定，这在CAD格式的计算机介质上可用。

以下另外地限定在Pj面中，切线12在测量点11处与骨架曲线3相连，并且在这个切线上，以下几何元素：

-收缩点13，位于测量点11和前缘BA或后缘BF(根据情况而定)之间，距离测量点11一个收缩距离d，

-飞边槽点14，在收缩点相对于测量点的延伸上并距收缩点13为距离1，该飞边槽点限定了长度1的段作为飞边流道的理论长度。

-α是飞边槽的开口角并且R＝h/2，圆的半径与飞边槽相切并限定了模具之间飞边槽长度和飞边槽高度。通常，α角的值为60°。

飞边流道由长度λ和厚度ε这两个尺寸限定，这通过关系式λ/ε相关联。它们基于与部件形状以及所用机器类型相关的复杂标准而固定。举例来说，对于在螺旋压力机上于1050℃锻造的钢质零件，飞边流道的实际长度应当为：

λ＝(零件最大宽度)^1/2

对于在940℃锻造的钛质零件，λ只有一半大。

所有这些元素用于限定飞边流道和相应飞边槽的由面Pi限定的剖面的理论特征点，即最佳点：

-理论点13′和13″，分别是曲线2′(上)和2″(下)与直线dr的交点，直线dr与骨架曲线正交并且穿过点13，点13距离叶片前缘或后缘的测量点11一确定距离(即收缩距离)，

-平行线T′(上)和T″(下)平行于切线12并分别经过13′和13″，

-理论点14′和14″，分别是从飞边槽点14向切线12作出的垂直线N1与平行线T′和T″的交点，

-理论点16′和16″，分别是和半径为h/2的圆相切的平行直线21′和21″与射线20′和20″的交点。

一方面由点13′-14′限定的段15′、由点14′-16′限定的20′以及射线21′，以及另一方面由点13″-14″限定的段15″、由点14″-16″限定的20″以及射线21″，确定了飞边流道5以及相应飞边槽6在面Pj内的剖面，即理论最佳剖面。

为了获得实际上用于冲压工具的模具制造中的飞边流道和飞边槽的最佳剖面的特征几何点，这些点在上叶片侧上标识为字母A′、B′、C′、OF、E′、F′，在下叶片侧上标识为字母A″、B″、C″、OF′、E″、F″，分别引入了如图3所示的三个连接半径R1、R2、R3，以及上述几何点的坐标。必要地，R1在一方面不应当过大，以使得其不会接触到测量点，但是另一方面足够大以使得在飞边流道和叶片之间没有尖缘。换句话说，在图3中，A′和A″垂直于法线N。最终获得了等于长度λ的有用飞边流道长度B′C′或B″C″。

以这样的方式对每个基准面Pa、Pb、Pc进行处理并且能获得整体上的平剖面，这样称谓是因为零件、飞边流道和飞边槽在这些基准面中的剖面连接起来，并且因此基准剖面Sa、Sb、Sc以及飞边流道及其飞边槽的最佳剖面的组合也连接起来。

在第三阶段，即选择阶段，确定参数1和d，然后是剖面Pa、Pb、Pc中的连接R1和R2。这些可变参数将用于获得最适于零件的飞边流道的长度λ。

当参数已经指定时，随后转到插值阶段，以获得飞边流道及其飞边槽在所有平面Pi中的最佳剖面。

自动插值可以是线性的、二次的、三次的或通常所用的多项式的，并且因而获得了图2中用于所有面Pi的最佳剖面5和6。这些最佳剖面也在图4中由面Pi的段15′、15″、20′、20″的细节图示出。

相应于前缘和后缘的飞边流道的剖面能同时计算出，但是要使用不同的参数，比如飞边流道的理论长度l、限定其厚度ε的收缩距离、高度h、角度α等。

参考图5，然而，对于i的某些极端值，例如在叶根附近，自动插值的结果是不可接受的并且可能提供这样的段，比如C13，其相对于锻造机的冲击方向Fo严重地偏向。在附图的例子中，模具不能将材料锻造成飞边槽角。

在第四阶段中，即校正阶段，根据段C″12、C″11和C″10，对不正确定向的段C11、C12和C13进行校正。

为了形成飞边槽，必须选择叶根和叶梢处的基准剖面BA和BF。通过选择四个基准剖面，前缘BA处两个：叶根处的s3和叶梢处的s9，后缘BF处两个：叶根处的s4和叶梢处的s8，以校正飞边槽的朝向，构造工艺允许我们获得完全平滑的表面。

基准剖面的段C10和C20突出到在前的段或随后的段(用C′10表示)上，取决于其定位朝向叶根还是叶梢。通过图3中的点18′和18″(图5中也有重复)，分别作出平行于C′10和C′20的线，并且随后首先构造位于C11和平行于C′10的C″10之间并且经过点18的等分线，并且然后以同样的方式构造位于C21和C″20之间并且经过点18″的等分线。这些段是新飞边槽并且因此是基准段，突出到在前的段或随后的段上，等等。

为此目的设计的程序能用来进行若干次试验以选择将得出最好结果的基准剖面。飞边槽的校正因而在一次操作中完成。

在校正飞边槽的定向之后，随后进行对限定理论飞边流道和相关飞边槽的表面的构造，这些表面将用于创建如图6和7所示的冲压工具。

在图6中，用于锻造涡轮机轮片的模具的两个接触表面面对面地示出，并且我们能看到模具表面110和120：

-101′，叶片，

-102′，连接半径R1，

-103′，有效飞边流道，

-104′，连接半径R2，

-105′，飞边槽，

-106′，连接半径R3，

-107′，工具的飞边槽，相应于射线21′

模具120在这里由同样的相应元素表示，并具有相应于X′的表面，在这里示出为X″。

图7示出了模具120，其元素已经在图6中示出。

Claims (5)

1.根据确定参数(l，d，ε，α，h)的飞边流道(5)的几何构造，该飞边流道设在用于锻造涡轮机轮片的模具(110，120)中，其中轮片包括叶片(10)，该叶片由根据预定平面(Pi)的平剖面(Si)限定，并且飞边流道(5)及其飞边槽必须根据所述预定平面限定以获得叶片和飞边流道的平剖面，其特征在于：

-在相应于叶片的根部、中间和末梢的基准平面(Pa，Pb，Pc)中选择叶片的至少三个基准剖面(Sa，Sb和Sc)，

-在所述基准平面(Pa，Pb，Pc)中，在相应于叶片的根部、中间和末梢的基准平面中选择叶片的至少三个基准剖面，

-在所述基准平面中，确定飞边流道的长度λ以及三个基准剖面的收缩距离d，

-在所述预定平面中，通过插值法由所述基准剖面构造飞边流道和飞边槽的中间剖面。

2.如权利要求1所述的工艺，其特征在于，在计算飞边流道及其飞边槽的中间剖面之前，通过改变基准剖面中的所述参数来实现飞边流道参数的不同确定值。

3.如权利要求1或2所述的工艺，其特征在于，在前缘(BA)和后缘(BF)处的飞边流道以及相应的飞边槽的剖面被同时计算。

4.如权利要求1至3中的任何一项权利要求所述的工艺，其特征在于，为了确定飞边流道和飞边槽的中间剖面，使用了多项式插值法。

5.如权利要求1至4所述的工艺，其特征在于，在插值之后，校正飞边流道(20′，20″)的剖面的定向以移除或多或少的垂直底切或壁。

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