辊轧叶片CAD系统开发与工艺参数分析

论文摘要

叶片作为航空发动机内能量转换的关键零件,必须具有很高的强度、优良的机械性能、复杂的几何形状、极高的表面光洁度和加工精度。在众多的加工工艺中,叶片辊轧成形不仅加工成本低、生产效率高,还能够获得优异的产品组织性能,提高叶片的疲劳特性,是目前航空发动机制造业广泛采用的叶片加工方法。叶片辊轧工艺需要高精度辊轧模及其坯料的设计,针对叶片辊轧工艺,开发辊轧叶片CAD系统,可以大幅度缩短辊轧模具的设计周期,提高产品的设计精度。利用CAE方法对叶片辊轧过程进行仿真分析,可以获得辊轧过程中的精确信息,方便对辊轧工艺参数和叶片辊轧规律进行研究。本文运用UG二次开发技术,完成了辊轧叶片专用CAD系统的设计。并利用DEFORM-3D对叶片辊轧过程工艺参数进行分析,主要工作内容如下：（1）用Excel管理叶身设计数据,实现设计数据的自动存取；初始化设计数据,包括叶型边部数据处理、边部圆拟合、盆背线坏点的去除和数据格式的判断与转换等。（2）辊轧件设计。主要包括辊轧件坐标系的确定、叶尖叶根延伸、叶盆叶背曲线多项式拟合、坐标变换、榫头添加以及其它辅助操作。其中,重点研究了叶身型面中弧线以及最大内切圆的求解问题。（3）辊轧模具设计。内容共有叶身型面重新取点,盆背余量加放及边部光顺,模具型面转换以及添加辊轧模块等。（4）辊轧坯料设计。包括锻件设计和挤压件设计,锻件设计分为设计型面重新取点、锻件型面设计、叶尖叶根延伸、榫头拔模、榫头分模及定位凸台添加等；挤压件设计主要包括挤压件叶身设计和挤压件榫头设计。（5）运用基于UG/KF规则的UDF技术,通过二次开发建立了叶片榫头、辊轧模模块及定位凸台的自定义特征库,实现UDF特征任意位置插入。（6）通过叶片辊轧成形仿真完成模具型面前滑值的计算,揭示了叶片辊轧过程中辊轧力的变化规律。分析表明,叶片辊轧过程中的前滑随着摩擦系数、压下量的增大而增大；叶尖余量对叶片轧制过程中的辊轧力无影响,进排气边余量增大导致辊轧力有所增大,但增幅不明显,而辊轧力随着盆背余量的增加而迅速增大。本文开发的辊轧叶片CAD系统与UG无缝集成,界面友好,能够在很大程度上减轻设计人员的工作量,缩短设计周期,具有一定的实用价值；辊轧工艺参数分析,对辊轧模具、坯料设计提供了可靠的理论依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源
• 1.2 研究目的及意义
• 1.3 国内外研究现状
• 1.4 叶片辊轧工艺简介
• 1.5 相关技术介绍
• 1.5.1 UG/Open
• 1.5.2 UG/KF
• 1.5.3 MFC
• 1.5.4 UDF
• 1.5.5 UG标准件库的建立
• 1.6 本文研究的主要内容
• 第2章 总体设计思路与设计方法的确定
• 2.1 总体设计思路的确定
• 2.2 设计过程中的数据处理
• 2.2.1 数据库的确定
• 2.2.2 设计数据的存储
• 2.3 系统菜单设计
• 2.4 系统工具条的制作
• 2.5 UTD的应用
• 2.6 UDF的应用
• 2.6.1 配置UDFL
• 2.6.2 建立自定义特征
• 2.6.3 UDF实例化的程序实现
• 2.6.4 UDF插入界面设计
• 2.7 叶片设计过程中的数学模型
• 2.7.1 边部切点的求取
• 2.7.2 过三点确定圆心和半径
• 2.7.3 曲线的多项式拟合
• 2.7.4 三点抛物线插值
• 2.7.5 两直线交点的确定
• 2.7.6 叶型中弧线的确定
• 2.7.7 最大叶型厚度值的求解
• 2.8 本章小结
• 第3章 辊轧件设计
• 3.1 设计数据初始化
• 3.1.1 设计数据处理
• 3.1.2 数据格式的确定
• 3.2 叶身设计
• 3.2.1 叶尖、叶根延伸
• 3.2.2 叶身坐标系的确定
• 3.2.3 平衡角的求解
• 3.2.4 型面线串的生成
• 3.3 榫头设计
• 3.4 辊轧件的生成
• 3.5 本章小结
• 第4章 辊轧模具设计
• 4.1 叶身型面的重新提取
• 4.2 模具型面盆背余量加放
• 4.3 模具型面边部样条设计
• 4.4 模具型面线的生成
• 4.5 辊轧模块设计
• 4.6 本章小结
• 第5章 辊轧坯料设计
• 5.1 锻件叶身设计
• 5.1.1 设计型面的重新提取
• 5.1.2 基准型面设计
• 5.1.3 型面压缩系数的确定
• 5.1.4 叶尖型面确定
• 5.1.5 叶尖叶根延伸
• 5.2 锻件榫头设计
• 5.2.1 榫头分模
• 5.2.2 榫头拔模
• 5.3 添加定位凸台
• 5.4 挤压件叶身设计
• 5.4.1 挤压件叶身型面设计
• 5.4.2 锻件最大型面面积计算
• 5.4.3 挤压件叶身生成
• 5.5 挤压件榫头设计
• 5.6 保存设计数据
• 5.7 本章小结
• 第6章 叶片辊轧工艺参数分析
• 6.1 有限元模型的建立
• 6.1.1 几何模型的建立
• 6.1.2 DEFORM-3D模拟参数设定
• 6.2 叶片辊轧过程中的前滑
• 6.2.1 模具型面前滑值的确定
• 6.2.2 摩擦系数对前滑的影响
• 6.2.3 压下量对前滑的影响
• 6.3 叶片辊轧过程中的辊轧力
• 6.3.1 辊轧力与辊轧力矩
• 6.3.2 叶尖余量对辊轧力的影响
• 6.3.3 盆背余量对辊轧力的影响
• 6.3.4 进排气边余量对辊轧力的影响
• 6.4 本章小结
• 第7章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 致谢