叶片精密锻造成形质点流动规律研究

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在工程实际中,由于恶劣的工作环境,汽轮机叶片对叶片锻件的质量和性能要求非常高。传统的叶片加工方法不仅材料去除率高、加工效率低,而且还不能满足叶片的高性能要求。随着工艺技术的进步,叶片精密锻造成形技术逐渐代替了传统的低效与高去除率的加工方式,并在很大程度上改善了叶片的力学与化学性能,提高了叶片的使用寿命。叶片精密锻造成形技术在叶片加工中的广泛应用,使得对其成形规律及性能改善的研究成为了一门集多学科与一体的研究领域。但是由于汽轮机叶片曲面形状复杂、材料变形抗力大等的特点使得其在锻造成形过程中的变形情况也极为复杂。  汽轮机叶片的锻造成形过程是一种典型的非线性塑性变形,变形过程中由于锻件内部各部分金属质点流动的不均匀性,使锻件内部的应力应变与组织结构等的分布也不均匀,从而使叶片材料的性能得不到充分的发挥。  对于以上提出的问题,本文主要通过以下工作对其进行分析:  1)根据汽轮机叶片的特征,对叶片的锻件尺寸、平衡角、飞边槽、模具的分模等问题进行了计算与设计,然后根据计算与设计的结果用三维造型软件UG建立了汽轮机叶片锻造过程的三维模型。  2)建立了叶片精锻数值模拟过程中的数值模型、并对锻件进行合理的网格划分与对边界条件设定,摩擦模型的确定及模拟步长的计算等关键性问题进行了分析,保证了数值模拟结果的准确性与可靠性。  3)结合金属的塑性成形理论,利用 DEFORM-3D针对叶片在不同摩擦条件、锻压温度、锻压速度、飞边槽结构下的叶片精锻过程进行了三维数值模拟,获得了在成形过程中各典型部位金属质点的等效应力应变、速度场等信息,通过对锻造过程中各部位金属质点的等效应力速度的分析,直观准确的描述了叶片锻压成形过程金属质点的流动规律。  4)通过对叶身不同位置截面典型部位质点的流线网格变化、应力场及速度场变化的分析,对叶片成形过程中的质点流动规律进行了研究。  5)以影响叶片成形过程的不同工艺参数(锻件初始温度、模具预热温度、锻压速度、摩擦因数)为变量对各工艺参数对叶片锻件内部质点流动的影响进行了分析。  6)根据在复杂应力场下不同上模下压速度、预锻件初始温度、模具预热温度及摩擦因子对叶片成形的影响,以锻件变形质点流动均匀与应力均匀为优化目标对叶片的工艺参数进行了优化并验证。
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