预制坯形状对高压导叶片锻造成形过程中金属流动的影响

文章编号16720121201403006003预制坯形状对高压导叶片锻造成形过程中金属流动的影响王敬重庆工商职业学院汽车工程系，重庆400074摘要高压导叶片锻造成形时内部出现流线涡流、应变分布不均及应力集中等缺陷。针对此现象，本文研究了不同预制坯形状对金属流动的影响。研究结果表明预制坯榫头部分形状为腰果形且外侧加设一定高度的凸台、叶身部分坯料为半月形时，所有金属都在指定的范围内作短程的定向流动，成形完毕后金属流线与锻件形状保持一致，流线顺畅，可以使锻件内部变形更均匀，避免了应力集中现象关键词锻造成形；高压导叶片；预制坯形状；金属流动；数值模拟中图分类号FG316文献标识码A0前言高压导叶片是重型燃机中的重要零部件在设备T作过程中起着能量转换的关键作用II。于1一作环境的特殊性，对叶片的耐高温性、抗疲劳性、抗蠕变性和内部质量等都有着严格的要求。但是，南于材料的难变形性以及叶片类零件的复杂形状，锻造后得到的锻件内部经常现流线紊乱、应力集中等锻造缺陷，严重影响R件的工作效率和使用寿命。为获得高质量模锻件，预制坯设计在锻造L艺研究中起着卜分重要的作用，合理的预制坯设计能有效增强金属在腔中的流动性，获得流线顺畅、组织细密的锻件近年来，对叶片锻造过程的数值模拟大都舍弃了以往简化了的平面应变分析，而采用_二维有限元软件模拟叶片的成形过程，这对于成形过程为L二维非稳态的叶片，能得到更加精确的场量信息I然而，在通过优化预制坯形状而改进叶片锻件性能方面，却鲜有报道。本文以某高压导叶片为例，通过对不同形状预制坯的不同部位采用多截面的方法来获取叶片锻件内部的金属流线、应力应变场的分布情况，证实了合理的预制坯形状能有效解决叶片锻造锻造丁艺优化及生产模具设计与制造教研本文中的高压导叶片具有两个大小均的桦头，分居叶身的两侧，形状较为复杂如1所J，榫头部分呈不规则菱形且外侧部分具有突FLJ的矩形凸台，这对成形过程中金属的流动造成一一定的I木L难，在榫头的尖角部分以及凸台_LJ榫身过渡之间形成允不满缺陷。另外，在榫头与叶身的结合部，RH于形状的差异性导致两区域的金属流动的差异，住陔区域易出现折叠。通过增加坯料体积以及改变成形1艺可以解决以匕问题，但是在件的人】部，容易形成金属流线紊乱、应力集中等缺陷。图1叶片I维模型叶片选用材料为LCR12MO即A1SI一403，模H材料为模具俐4CRSMOV1SI即A1SII1132不同预制坯形状对锻件性能的影响本文针对规则形状与经过优化设计后的不规则形状两种情况来分析预制坯的形状对锻件质量的影响。为引用方便，将规则形状的预制坯定为1预制坯，经过优化设计后不规则形状的预制坯定为2预制坯。图2为不同形状的预制坯。图2A为1预制坯，其叶身部分、榫头部分均为圆柱形坯料，大小榫维的非稳态过程，为获得更具体的预制坯内部变形情况，还应对轴向的金属流动及场量分布进行观测。图5为截面CC的变形及场量分布。从图5A可知，1预制坯的叶身部分金属流线分布完好，也比较均匀，说明在叶身部分金属沿锻件的轴向流动较少，金属主要沿叶身的水平方向流动，但是在榫头的凸台部分，金属流线出现了穿流现象。这是由于榫头凸台部分金属量少，在变形过程中最后成形，成形终了阶段多余金属向此处汇聚，造成图中穿流现象。2预制坯的榫头部分加设了一定高度的凸台，这样在成形时锻件榫头各部分金属同时填充型腔，A1预制坯流线分布_一_、磕C1预制坯等效应变分布奄蓥薹E1预制坯等效应力分布F2预制坯等效应力分布图5截面CC的变形及场量分布布更合理，变形更均匀。凸台部分金属填充型腔的方式由原来的挤出方式变为镦粗方式，缩短了水平方向金属的流动距离，使锻件内部变形均匀。从图5B、C中也可知，在1预制坯的榫头两端凸台部分金属的等效应变值最大，在凸台靠近飞边部分以及大榫头的中心部位，出现应力集中现象，而2预制坯的金属流线几乎与型腔保持一致，在榫头靠近凸台部分没有出现涡流现象，整个区域金属变形均匀，没有应力集中现象。3结论1预制坯榫头部分形状的不同严重影响到金属流线，2预制坯榫头部的腰果形与1预制件榫头部的圆形相比，金属在指定的范围内作短程定向流动，成形完毕后金属流线与预制坯形状保持一致，流线顺畅。22预制坯的叶身部分形状为半月形，与1预制件的叶身部分的圆形相比，叶身部分金属沿垂直和水平方向的流动几乎同时进行，金属的流线分32预制坯的榫头外侧加设一定高度的凸台，与1预制件相比，叶片成形时榫头两端凸台部分金属填充型腔的方式由挤出变为镦粗方式，锻件内部变形均匀，避免了应力集中现象。【参考文献】1张志文叶片锻造M西安西安交通大学出版社，19872王乐安航空工业中锻压技术及发展锻压技术叫，1994，157613谢懿实用锻压技术手册MJ北京机械工业出版社，200314AKIYASUM，SHIGEOH，KAZUHITOT，ETA1NEARNETSHAPEFORGINGOFTITANIUMALLOYTURBINEBLADEISTJINTERNATIONAL，1991，3188278335】KANGBS，KIMNS，KOBAYASHISCOMPUTERAIDEDPERFORMDESIGNINFORGINGOFANAIRFOILSECTIONBLADE1NTJMACHTOOLSMANUF，1990，30143526】SOHSNIB，MATTIASSONK，SAMUELSSONAIMPLICITANDDYNAMICEXPLICITSOLUTIONSOFBLADEFORGINGUSINGTHEFINITEELEMENTMETHODJMATERPROCESSTECHNOL1994456974THEIMPACTOFPREBLOCKINGSHAPEONTHEMETALFLOWINFORGINGPROCESSOFHIGHPRESSUREGUIDEBLADEWANGJINGDEPARTMENTOFAUTOMOTIVEENGINEERING，CHONGQINGTECHNOLOGYANDBUSINESSINSTITUTE，CHONGQING400074，CHINAABSTRACTTHEIMPACTOFDIFFERENTPREBLOCKINGSHAPESONTHEMETALFLOWINFORGINGPROCESSOFGUIDEBLADEHASSTUDIEDINTHETEXTTHERESULTSSHOWTHATWHENTHESHAPEOFPREBLOCKINGISCASHEWWITHADDEDPLATFORMINHEIGHTONOUTSIDEANDTHESHAPEOFBLADEBODYISHALFMOON，ALLMETALMAKESSHORTRANGEFLOWALONGFIXEDTIONINTHESPECIFIEDRANGETHEMETALSTREAMLINECOINCIDESWITHTHESHAPEOFFORGINGSANDSTREAMLINESMOOTHLYTHEFORMING，WHICH