轴类件局部成形技术数值模拟及试验研究

论文摘要

本课题来源于GM课题组与无锡透平叶片有限公司的横向课题《叶片锻件镦头工艺技术及通用模架技术》。叶片广泛应用于大型电站汽轮机、燃汽轮机、航空发动机及各类动力装备,其产品被广泛应用于能源电力、航空航天、船舰装备及石化等领域。目前,国内外普遍采用平锻机锻造来实现镦头工艺。然而采用自由锻制坯方式存在很多问题,诸如坯料尺寸精度低、生产效率低、产品质量取决于工人的操作水平,且成本高、投资大,对于双头镦粗零件需分两次成形等。针对上述问题,基于对无锡透平叶片有限公司所需锻造的航空发动机叶片、汽轮机叶片毛坯锻造工艺进行深入研究,系统分析其成形特点后,本文提出将镦粗、挤压、闭式模锻三个成形工步一次完成的轴类件局部成形新工艺。该工艺采用全新理念,设计了独特的浮动式模具结构,有效解决了细长棒料(长径比>2.5)局部聚料成形工艺中的一系列难题,克服了传统细长杆件局部成形过程塑性失稳、金属折迭、表面开裂等成形缺陷。此外,本文采用有限元数值模拟技术,针对该类零件的锻造成形过程和通用模架结构进行数值模拟,得出锻造成形规律,并设计出一套通过更换模芯即可实现对不同规格不同类型零件镦头的通用模架,使得双头以及长径比在6以内的零件都能通过此模架一次镦粗成形。具有工艺简单、适应面广、材料利用率高、模具寿命高、生产率高、生产成本低等优点,为细长杆形坯料局部精密成形提供了一条有效途径。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 课题来源
• 1.3 课题背景
• 1.3.1 研究金属塑性加工过程的方法
• 1.3.2 数值模拟研究在金属体积成形过程中的应用
• 1.4 课题的提出
• 1.5 棒料局部成形新工艺及其模架概述
• 1.5.1 棒料局部成形新工艺的成形原理
• 1.5.2 棒料局部成形新工艺及其模架的优点
• 1.6 主要研究内容
• 1.6.1 本课题具体的研究内容
• 1.6.2 本课题要重点解决的关键问题
• 1.6.3 本课题要达到的目标和成果
• 第2章 棒料局部成形新工艺
• 2.1 引言
• 2.2 镦粗工序的主要质量问题和变形流动特点
• 2.3 叶片镦头成形工艺传统路线
• 2.3.1 顶镦
• 2.3.2 带有导向模的顶镦工艺
• 2.4 叶片镦头厂方现用工艺
• 2.5 叶片镦头成形新工艺路线
• 2.6 叶片镦头成形工艺数值模拟实验比较
• 2.6.1 数值模型的建立
• 2.6.2 成形过程中数值模拟分析
• 2.7 本章小结
• 第3章 棒料局部成形新工艺数值模拟及参数优化
• 3.1 引言
• 3.2 体积成形的刚塑性有限元法
• 3.2.1 基本假设
• 3.2.2 刚塑性有限元法基本方程
• 3.2.3 刚塑性有限元基本原理－Markov 变分原理
• 3.3 Deform 软件介绍
• 3.4 叶片镦头成形数值模拟及参数优化
• 3.4.1 几何模型的建立
• 3.4.2 主要参数设置
• 3.4.3 数值模拟结果及分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 棒料局部成形新工艺模架的设计及优化
• 4.1 引言
• 4.2 ABAQUS 软件介绍
• 4.3 棒料局部成形新工艺模架的设计
• 4.3.1 上模部分的设计与优化
• 4.3.2 支架部分的设计与优化
• 4.3.3 下模部分的设计与优化
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果
• 致谢
• 作者简介