高温合金叶片挤压成形过程仿真模拟与分析

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叶片挤压成形是叶片加工中不可缺少的工序之一,其优点是能够生产出复杂形状的工件,成品精度高,生产过程机械化、自动化,能够最大程度地发挥金属材料的塑性性能。由于叶片形状不规则,热挤压成形中影响因素很多,理论求解困难等,使得现阶段对挤压成形的研究不够深入且缺乏规律性的认识。在工业生产中,大多研究人员采用的方法是先对挤压过程中的问题进行假设,再通过经验公式和实验数据来修正工艺参数。这种方法需要进行大量的生产实验,造成时间和能源的浪费,生产周期较长。因此研究叶片挤压成形过程的成形规律和影响因素,对挤压成形工艺参数的优化具有重要意义。本文针对以上研究现状,利用有限元软件DEFORM-3D建立叶片的挤压成形数值模拟平台,对GH4169合金叶片挤压成形进行深入研究。首先,为了使挤压模型更接近实际生产过程,需要确定GH4169合金挤压成形过程中的断裂机理。本文将GH4169合金的力学性能实验与模拟仿真相结合,得到断裂准则公式中的相应参数值,通过数学的方法判断出最佳的断裂准则,将其在挤压成形仿真模型中进行设置。其次,由于GH4169合金在高温时对变形速率敏感,因此需要重新构建材料的本构模型。因叶片挤压成形过程中材料边界条件具有高度非线性,通过对本构理论的研究,最后决定采用适合叶片热挤压成形过程的Kumar模型。利用五组热压缩实验得到的真应力-应变曲线,求出本构模型中的待定参数,然后将该本构方程添加到软件的材料库中。该本构方程是基于高温条件下的,故只适用于GH4169合金在温度为900℃以上的情况。最后,运用以上断裂准则及本构模型,对热挤压成形进行温度耦合,使之能够近似模拟实际生产过程中叶片的温度场。根据需要研究的挤压成形的影响因素:坯料初始温度、摩擦系数、挤压速度制定了三组工艺方案,得到了它们对挤压成形过程的影响规律。本文采用理论分析、模拟仿真和实验相结合的方法,对挤压成形过程的影响因素进行了较为全面的分析,为挤压成形模拟仿真模型的建立,实际生产工艺参数的选择提供了方法。
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