TC4钛合金空心风扇叶片面板成形缺陷的蠕变修复

航空发动机用钛合金宽弦空心风扇叶片具有独特的结构特点,其外部为等厚面板,内部减重空腔与加强筋交替排列。成形中当叶片承受弯扭变形作用时,其局部面板会发生失稳产生凹陷,导致叶型超差。为了解决这一问题,提出了一种基于蠕变成形的钛合金空心风扇叶片面板修复方法,该方法采用气压加载,在较高的温度下,使凹陷部位发生蠕变变形,恢复到理论外形。针对某型TC4钛合金宽弦空心风扇叶片试验件进行面板气胀蠕变修复工艺的研究,对经历2次热循环的基体材料进行了高温蠕变拉伸试验,建立了材料蠕变模型,利用有限元软件ABAQUS对面板蠕变过程进行了数值模拟,考察了保压压力以及蠕变时间对于修复效果的影响,并选取了最佳的工艺参数进行实验。结果表明,运用气压加载蠕变修复工艺,采用最大保压压力为4 MPa的分段加压曲线,在750℃下经过1 h的气压加载,能够有效修复钛合金空心风扇叶片面板在弯扭预成形中产生的凹陷,可以作为辅助该类零件制造的一种有效方法。     

钛合金空心风扇叶片成形三维有限元分析

随着高旁路涡扇发动机在军用、民用飞机上的应用,采用超塑成形/扩散连接(SPF/DB)技术制造大尺寸钛合金宽弦风扇叶片已经成为涡扇发动机的一项关键制造技术.钛合金空心风扇叶片的成形过程包括3个阶段:扭转成形、热成形、超塑成形.在本研究中,为了分析空心风扇叶片的成形过程,建立了一个三维有限元模型,钛合金的变形行为符合Backofen方程.通过三维有限元模型,分析扭转速率、热成形模具下落速度、超塑成形目标应变速率、板材与模具之间的摩擦系数、芯板和面板的厚度比等参数对成形力的影响规律.研究表明,随着扭转速度、热成形模具的下落速度、目标应变速率、板材厚度比的提高,成形力将提高,而摩擦系数对成形力的影响很小.     

英国罗-罗公司复合材料风扇叶片的开发

英国罗-罗公司一直在生产遄达1000发动机上的宽弦空心钛合金风扇叶片。在新加坡实里达建立英国境外第一个大型喷气发动机制造厂，生产宽弦空心钛合金风扇叶片。公司的业务已涉足全球，扩大亚太市场。     

MTS1600 500六轴数控砂带磨床构建及磨削仿真验证

MTS1600-500六轴数控砂带磨床是用于叶片磨削抛光的精密加工高端数控机床,该磨床磨削加工的工件主要以宽弦空心风扇叶片为主,空心叶片的制造工艺复杂,成本昂贵.磨削加工处于叶片加工关键步骤中的最后一步,这就要求在实际磨削加工前进行虚拟仿真磨削.该磨床可实现六轴联动,机床结构复杂,不存在现有仿真环境.为解决此问题,以UG为平台构建MTS1600-500六轴数控砂带磨床的几何模型并装配,在VERICUT中搭建该磨床磨削加工仿真环境.以某型号宽弦空心风扇叶片为仿真加工对象,对该磨床建模仿真环境进行验证,最后通过实际磨床的磨削加工验证了所建模型与仿真环境的正确性.该磨床的虚拟仿真环境可实现磨削加工过程的动态仿真,加工效率得以提升,也为后续加装在机测量模块奠定基础.     

CAP1400自助核电空心叶成形及热力耦合分析

针对CAP1400自主核电空心叶片内背弧过渡曲率和弯扭度大的特性,其内背弧成形模具和热压成形工艺是保证叶片制造精度的关键。根据内背弧型线结构特点,利用有限元模拟分析,设计出合理的热压成形模具。将JMatPro热物理性能计算结果与Autoform进行热力耦合模拟分析,最终制定出合理的内背弧成形的热压工艺,实现了复杂多维空心叶片的成形,保证了核电空心叶片的制造精度。     

基于数值模拟的钛合金颅骨修复体多点成形工艺设计

利用多点成形技术成形个性化钛合金颅骨修复体是一种新的数字化制造方法。文章采用动态显式有限元软件,依据实际成形条件建立有限元模型,对选用不同厚度的钢质垫板以及不同润滑条件下钛合金颅骨修复体的成形过程进行模拟,预测可能出现的破裂和起皱缺陷,分析采用不同工艺时成形缺陷的产生原因,并确定了能够获得良好结果的成形工艺。结果表明,采用有压边的多点成形方式,并使用钢质垫板和油润滑以后,可以抑制破裂和起皱缺陷的发生,得到合格的钛合金颅骨修复体,保证颅骨修复体个性化制造的成形质量。实验结果证明,模拟结果和实际吻合良好。     

超大面积头盖骨缺损补片冲压成形的数值模拟

以典型的超大面积头盖骨缺损患者的补片成形过程为研究对象,采用商用有限元软件,建立数值模拟模型,对钛合金头盖骨补片的成形过程进行有限元仿真,预测可能出现的网丝拉裂和起皱缺陷,分析不同冲压参数时成形缺陷的产生原因,并确定了能够获得良好结果的冲压参数。结果表明,采用夹持钢板工艺实现压边,以及在凸凹模具与夹持钢板之间、夹持钢板与钛网板之间涂抹润滑油后,可以有效控制起皱和拉裂缺陷的发生,得到合格的钛合金头盖骨补片,保证头盖骨补片数字化制造的成形质量。实验结果证明,数值模拟结果和实际吻合良好,为头盖骨补片的冲压成形工艺提供了理论基础。     

Ti-55钛合金三层空心结构件的超塑成形/扩散连接工艺研究

研究了Ti-55钛合金的超塑成形/扩散连接(SPF/DB)工艺。采用了先DB后SPF的工艺流程,确定了合理的工艺参数,成形出了Ti-55钛合金三层空心结构件。对三层空心结构件的整体成形质量和壁厚分布进行了分析,整体成形质量较好,厚度分布均匀。研究结果对于使用SPF/DB工艺制造Ti-55钛合金的多层空心结构具有借鉴意义。     

双拐曲轴内高压成形过程的有限元分析

在分析目前曲轴制造工艺现状的基础上,指出了现有工艺方法的缺陷。介绍了国内外曲轴内高压成形技术及其模拟技术的发展,给出了双拐曲轴内高压成形工艺的有限元分析结果,指出内高压成形技术作为一种先进的成形工艺,可以用来制造空心曲轴等具有较大膨胀量的非对称结构零件并具有广泛的应用前景。     

航空发动机钛合金复杂型面零件的热拉深成形工艺

针对航空发动机整流罩屏零件的结构特点和拉深减薄问题,对TC1钛合金进行高温成形性能实验,基于有限元仿真模拟软件PAMSTAMP,对TC1钛合金零件展开后的坯料进行计算并模拟热拉深成形过程,将优化的模拟结果用于实际生产。结果表明：采用PAMSTAMP仿真软件可以有效预测零件的拉深缺陷、优化钣金初始坯料和拉深成形工艺路线以及节约试制成本;在压边力为30 kN、拉深速度为3000 mm·s^-1和摩擦因数为0.12的条件下,采用优化后的对坯料进行3次热成形的工艺方案,可以获得减薄尺寸满足要求的整流罩屏零件。     

基于热力耦合分析的叶片热压回弹预测及控制

针对某型号风机叶片的形状特点设计出成形工序,提出一套结合实际制造能力的成形工艺方案。基于热力等多因素耦合在Deform-3D平台上进行数值模拟和工艺优化,深入分析了成形过程的回弹、翘曲及应力、应变分布规律,提出了应对变形回弹的规律的控制措施,由此获得合理的工艺规范,并取得实验验证,从而解决了制造过程中的关键技术难点,为叶片类零件的生产提供了一种实用、高效、经济、可靠的成形工艺。     

反向工程在风扇注塑模具设计中的应用

介绍了应用模具反向工程技术设计风扇注塑模具的具体步骤:测量数据,处理数据,CAD建模,设计注塑模具.利用数值拟合的方法对风扇样件中叶片曲面进行分析,得到对直叶片风扇类模型进行几何重构的有效方法.     

B50A789第1级静子叶片裂纹缺陷分析

采用B50A789材料制备的压气机叶片产生的缺陷,主要是由于原材料内部夹杂、局部偏析、组织粗大,带状偏析和折叠引起的。本研究采用金相和能谱分析方法研究了锻造压气机叶片表面裂纹的形成机理,并对其锻造裂纹的形成过程进行有限元模拟。结果表明:结合低倍及高倍形貌特征,可以得出叶片缺陷为锻造加工过程产生的折叠裂纹;通过有限元模拟分析认为锻造叶片表面裂纹是源于锻件在制坯过程中,在连接杆与安装圆盘的转接处形成啃伤台阶,导致终锻结束时在叶身形成折叠裂纹缺陷。同时通过对试验过程中锻造工艺调整,采用分料卡子对过渡区分料或进行打磨来保证转角半径圆滑过渡,可有效避免叶片表面折叠和裂纹缺陷的形成。     

基于正交试验的螺旋叶片冲压成形模拟优化研究

以ABAQUS/Explicit有限元软件为平台,以搅拌机螺旋叶片为研究对象,建立螺旋叶片冲压成形的三维有限元模型,并对叶片板冲压成形进行了数值模拟。依据成形仿真试验结果,用正交试验法对冲压模拟参数与冲压成形模拟精度之间的关系进行了分析和优化,为提高成形模拟精度提供了合理的依据。     

Multiscale modelling and simulation of single crystal superalloy turbine blade casting during directional solidification process

As the key parts of an aero-engine,single crystal（SX）superalloy turbine blades have been the focus of much attention.However,casting defects often occur during the manufacturing process of the SX turbine blades.Modeling and simulation technology can help to optimize the manufacturing process of SX blades.Multiscale coupled models were proposed and used to simulate the physical phenomena occurring during the directional solidification（DS）process.Coupled with heat transfer（macroscale）and grain growth（meso-scale）,3D dendritic grain growth was calculated to show the competitive grain growth at micro-scale.SX grain selection behavior was studied by the simulation and experiments.The results show that the geometrical structure and technical parameters had strong influences on the grain selection effectiveness.Based on the coupled models,heat transfer,grain growth and microstructure evolution of a complex hollow SX blade were simulated.Both the simulated and experimental results show that the stray grain occurred at the platform of the SX blade when a constant withdrawal rate was used in manufacturing process.In order to avoid the formation of the stray crystal,the multi-scale coupled models and the withdrawal rate optimized technique were applied to the same SX turbine blade.The modeling results indicated that the optimized variable withdrawal rate can achieve SX blade castings with no stray grains,which was also proved by the experiments.     

楔横轧成形等内径空心轴的椭圆度影响规律

采用二次回归正交旋转组合设计法,对楔横轧成形等内径空心轴的椭圆度影响规律进行有限元模拟分析和轧制实验,得到了具有较高参考价值的回归方程。依据回归方程和模拟结果,得出了工艺参数对等内径空心轴椭圆度的影响规律,以及各因素对椭圆度的影响程度主次和工艺参数的最优组合。研究结果为实现等内径空心轴类零件的楔横轧精确成形,以及优化模具设计和工艺参数的合理确定,提供了理论依据。     

压气机静子叶片锻造过程的三维刚粘塑性有限元模拟

利用三维刚粘塑性有限元法对某重型燃机压气机静子叶片的锻造过程进行了数值模拟分析,揭示了叶片锻造变形规律,并以实际锻造工艺试验对其进行了试验验证。锻造工艺试验与数值模拟结果吻合较好,从而验证了数值模拟结果的可靠性。该研究对压气机静子叶片锻造工艺的优化设计具有重要的指导意义。     

圆柱面力-位移分控多点成形的数值模拟研究

针对多点成形厚向约束不足易产生成形缺陷的现状,论文研究了无模多点成形中提高成形质量的一种新的成形方法,提出了力-位移分控的多点成形模式。讨论了力-位移分控多点成形模式下提高成形质量的机理,给出了实现力-位移分控多点成形的方法。采用数值模拟的方法,对不同曲率半径、板厚、成形力条件下的柱面件成形过程及回弹进行了分析研究。结果表明,采用力-位移分控的多点成形模式较多点摸具成形能获得更好的成形质量与效果;成形力越大,板厚越大,曲率越大,回弹越小。