【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及有限元仿真，具體涉及一種鈦合金整體葉環軋制成形有限元仿真方法。
技術介紹
1、提高推重比是提升航空發動機綜合性能的重要途徑，而采用輕質耐高溫結構材料和輕量化結構是實現提高航空發動機推重比的兩個重要手段。然而，隨著材料潛力已經挖掘到極限，采用輕量化結構設計變得尤為重要。整體葉環由于取消了葉片連接裝置，因此結構緊湊、具有體積小、重量輕等一系列優點。整體葉環零件一般通過軋制成形環形鍛件+機加工的方式制備。鑒于整體葉環的特殊結構，要求其鍛件能夠兼顧環形鍛件和葉片鍛件所要求的組織和力學性能，因此相比普通環形鍛件，對于整體葉環鍛件軋制成形工藝參數如變形量和停鍛溫度具有更為嚴苛的要求，且整體葉環鍛件壁厚較大，變形溫度和變形量均勻性不易控制。
2、有限元仿真技術能夠準確預測鍛件成形過程中的溫度場和應變場。劉俊杰等人利用deform軟件研究了鑄態az80a鎂合金齒輪的鍛造成形工藝參數，結合試驗驗證和分析，最終確定了最優的工藝參數。郭靜等利用deform軟件開發了無飛邊模鍛工藝，為解決目前汽車差速器殼體鍛件存在的下料多、充不滿、性能差等問題提供了技術方案。國內外文獻中利用simufact?forming軟件對普通機匣/環形鍛件軋制成形過程進行仿真分析，預測軋制過程的溫度、應變及可能存在的鍛造缺陷，從而輔助進行結構設計和工藝優化。但是利用deform軟件開展整體葉環類鍛件軋制成形仿真尚未見到公開文獻報道。
技術實現思路
1、為解決上述技術問題，本專利技術提供一種鈦合金整體葉環軋
2、一種鈦合金整體葉環軋制成形有限元仿真方法，該方法基于deform軟件，具體實施方式如下：
3、步驟一：根據鍛件設計圖及鍛造變形量分配方案，利用ug軟件繪制初始環坯的三維幾何模型，根據使用軋制設備軋輥的幾何尺寸，分別繪制主輥、芯輥、導向輥和錐輥的三維幾何模型，并保存為.stl文件；
4、步驟二：將上述.stl幾何模型文件導入到有限元仿真軟件中，設置軋輥為剛性體、工件為塑性體，設置工件與主輥、芯輥、導向輥和錐輥之間的位置；
5、步驟三：環坯的設置
6、環坯設置主要包括軋制溫度設置、網格化分和材料模型建立；通過軟件自帶的程序對工件進行網格劃分，原則是隱去工件實體后，劃分的網格數量能夠顯示出環件的幾何形狀和邊緣細節；為了保證仿真結果的準確性，點擊create?new?material自建材料模型，數據包括不同變形溫度和應變速率下的應力數據，不同變形溫度下的泊松比、熱膨脹系數、熱導率、比熱容和彈性模量等數據的實測值；
7、步驟四：設置各軋輥的運動方式及運動參數；
8、主輥設置為自旋轉，不產生位移；芯輥的運動為徑向的進給運動，進給速度vx根據鈦合金最佳變形應變速率確定，為設定值，芯輥旋轉主要為與工件的摩擦作用被動旋轉；錐輥的主要作用是控制環件的高度，其運動方式應包括上錐輥的軸向下壓，自旋轉以及隨環件長大的后退；導向輥的主要作用是保證環件的圓度，其運動參數確定比較復雜，軋制某一時刻的瞬時速度按照以下數學模型計算：假設d0、d0、b0、h0代表環坯初始外徑、內徑、壁厚、高度，dt、dt、bt、ht表示環坯某一時刻瞬時外徑、內徑、壁厚、高度，根據軋制過程中體積不變原則，則有：
9、
10、瞬時壁厚bt＝b0-vbt，則:
11、dt＝b0h0(d0+d0)/2btht+bt
12、對上式求導可得到，環件直徑增長速度
13、vd＝[b0h0(d0+d0)/2]·[(vbht+2vhbt)/(ht2bt2)]-vb
14、當θ＝60°時，抱輥瞬時增長速度為vt＝vd/2；在有限元仿真軟件中輸入軋制過程中的實時長大速度，形成vt-t曲線；
15、步驟五：設置邊界條件
16、邊界條件主要包括摩擦系數、傳熱系數、模擬步長以及終止模擬條件；設置環坯與軋輥之間的摩擦類型為剪切摩擦；
17、環坯與空氣之間的傳熱系數根據環境溫度的不同；熱輻射系數設置為0.5-0.7，環坯與軋輥之間的熱傳遞系數根據軋輥預熱溫度的不同設置；
18、模擬單位步長直接關系到仿真結果的置信度；整體葉環軋制模擬仿真的步長按下述公式計算
19、dstep＝(0.036·d環)/(d主輥·ω主動輥)
20、終止模擬條件利用process?parameters過程參數輸入軋制總時間和primary?diedisplacement主模具位移輸入芯輥位移量確定；
21、步驟六：運算程序生成及求解計算
22、檢查設置參數是否有誤，生成并保存運算程序后退出前處理界面；在軟件主界面中完成處理器設置并進行運算程序求解；
23、步驟七：仿真結果處理
24、在后處理界面進行仿真結果分析，最終得到軋制載荷曲線、應力場、應變場、溫度場的仿真結果。
25、所述的一種gh4169合金整體葉環類鍛件軋制成形及鍛件冶金質量評估方法，其優選方案為，步驟三中，對于鈦合金整體葉環，軋制溫度范圍在tβ-(20～40)℃。
26、所述的一種gh4169合金整體葉環類鍛件軋制成形及鍛件冶金質量評估方法，其優選方案為，步驟三中，所述網格類型采用六面體網格，網格數量要保證在10萬以上。
27、所述的一種gh4169合金整體葉環類鍛件軋制成形及鍛件冶金質量評估方法，其優選方案為，步驟四中，所述上錐輥的軸向下壓速度vh＝(h0-ht)/t，自旋轉速度ω＝vz/r，vz為軋機設置的主輥速度，r為錐輥與環件的接觸區域，后退速度與環坯直徑長大速度一致；
28、所述的一種gh4169合金整體葉環類鍛件軋制成形及鍛件冶金質量評估方法，其優選方案為，步驟五中，摩擦系數的設置，其中主輥和芯輥與環坯之間的摩擦系數設置為0.5-0.7；導向輥和錐輥與環坯之間的摩擦系數設置為0.3；環坯與空氣之間的傳熱系數為0.01-0.03；環坯與軋輥之間的熱傳遞系數為7-11。
29、與現有技術相比，本專利技術具有如下有益技術效果：
30、本專利技術的技術方案通過有限元模擬仿真，預測整體葉環鍛件軋制過程中的溫度場、應變分布及鍛造缺陷等，從而輔助進行鍛件成形工藝設計及優化，解決整體葉環鍛件因壁厚較大而存在的變形溫度和變形量均勻性不易控制的問題，從而縮短該類鍛件的工藝迭代周期，降低研發成本。
本文檔來自技高網...【技術保護點】
1.一種鈦合金整體葉環軋制成形有限元仿真方法，其特征在于：該方法基于Deform軟件，具體實施方式如下：
2.根據權利要求1所述的一種GH4169合金整體葉環類鍛件軋制成形及鍛件冶金質量評估方法，其特征在于：步驟三中，對于鈦合金整體葉環，軋制溫度范圍在Tβ-(20～40)℃。
3.根據權利要求1所述的一種GH4169合金整體葉環類鍛件軋制成形及鍛件冶金質量評估方法，其特征在于：步驟三中，所述網格類型采用六面體網格，網格數量要保證在10萬以上。
4.根據權利要求1所述的一種GH4169合金整體葉環類鍛件軋制成形及鍛件冶金質量評估方法，其特征在于：步驟四中，所述上錐輥的軸向下壓速度VH＝(H0-Ht)/t，自旋轉速度ω＝VZ/R，VZ為軋機設置的主輥速度，R為錐輥與環件的接觸區域，后退速度與環坯直徑長大速度一致。
5.根據權利要求1所述的一種GH4169合金整體葉環類鍛件軋制成形及鍛件冶金質量評估方法，其特征在于：步驟五中，摩擦系數的設置，其中主輥和芯輥與環坯之間的摩擦系數設置為0.5-0.7；導向輥和錐輥與環坯之間的摩擦系數設置為0.
...【技術特征摘要】
1.一種鈦合金整體葉環軋制成形有限元仿真方法，其特征在于：該方法基于deform軟件，具體實施方式如下：
2.根據權利要求1所述的一種gh4169合金整體葉環類鍛件軋制成形及鍛件冶金質量評估方法，其特征在于：步驟三中，對于鈦合金整體葉環，軋制溫度范圍在tβ-(20～40)℃。
3.根據權利要求1所述的一種gh4169合金整體葉環類鍛件軋制成形及鍛件冶金質量評估方法，其特征在于：步驟三中，所述網格類型采用六面體網格，網格數量要保證在10萬以上。
4.根據權利要求1所述的一種gh4169合金整體葉環類鍛件...
【專利技術屬性】
技術研發人員：蘇宇，譚志剛，李昌永，趙興東，邰清安，
申請(專利權)人：中國航發沈陽黎明航空發動機有限責任公司，
類型：發明
國別省市：
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。