畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）汽輪機(jī)葉片的熱鍛模設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　汽輪機(jī)葉片是汽輪機(jī)的核心零部件，起能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵作用。由于使用環(huán)境和性能的要求，以及制造成本方面的考慮，越來越多的廠家采用了精鍛的生產(chǎn)工藝。本文針對(duì)葉片精鍛工藝設(shè)計(jì)的實(shí)際要求，在總結(jié)了工廠經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，以PRO/ENGINEER為開發(fā)平臺(tái)，應(yīng)用參數(shù)化的思想，對(duì)葉片精鍛模具CAD三維建模做了系統(tǒng)的研究。</p>&

2、lt;p>　　本文對(duì)葉片模鍛進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)，鍛模的主要設(shè)計(jì)內(nèi)容有：鍛件圖的設(shè)計(jì)，鍛件的主要參數(shù)計(jì)算，確定鍛錘噸位，終鍛模膛設(shè)計(jì)，預(yù)鍛模膛設(shè)計(jì)，確定飛邊槽的形式和尺寸，模膛結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。除此之外，本文還對(duì)切邊凹凸模進(jìn)行了設(shè)計(jì)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：汽輪機(jī)葉片；精鍛；CAD；</p><p><b>　　Abstract</b></p><p

3、>　　Turbine blades are core components in turbine, which play important roles in energy transformation. More and more manufacturer apply precision forging to the produce of blade, due to the special working environment

4、 and properties needed of blade, as well as the advantage of cost in precision forging compared with conventional forging. According to the needs of factory, applying parametric method, special development of CAD for the

5、 blade precision forging die is systematically studied on the basi</p><p>　　The detailed design of the blade forging, forging die design content: forging design, forging parameter calculation, to determine t

6、he hammer tonnage, the final forging mold chamber design, pre-die-bore design, determine the flash gutterthe form and dimensions of the mold chamber structure design. Additionally, the paper trimming uneven mold design.&

7、lt;/p><p>　　Key words：turbine blade；precision forging；CAD</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b&

8、gt;　　目 錄III</b></p><p><b>　　第一章 緒論1</b></p><p><b>　　1.1引言1</b></p><p>　　1.2國內(nèi)外葉片鍛造技術(shù)概況2</p><p>　　1.3國內(nèi)外葉片CAD技術(shù)概況4</p><p>

9、;　　1.4葉片鍛造研究進(jìn)展6</p><p>　　1.5汽輪機(jī)葉片工藝性分析7</p><p>　　第二章 葉片鍛模的設(shè)計(jì)9</p><p>　　2.1鍛件圖的設(shè)計(jì)9</p><p>　　2.1.1確定分模位置9</p><p>　　2.1.2葉片鍛造平衡角的確定10</p><p&g

10、t;　　2.1.3葉片鍛造轉(zhuǎn)角的確定步驟13</p><p>　　2.1.4機(jī)械加工余量的確定14</p><p>　　2.1.5模鍛件的公差的確定15</p><p>　　2.1.6模鍛斜度的確定17</p><p>　　2.1.7圓角半徑的確定18</p><p>　　2.1.8技術(shù)要求19</p

11、><p>　　2.2鍛件的主要參數(shù)計(jì)算19</p><p>　　2.3確定鍛錘噸位20</p><p>　　2.4設(shè)計(jì)終段模膛20</p><p>　　2.5確定飛邊槽的形式和尺寸20</p><p>　　2.6模膛結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)22</p><p>　　2.7導(dǎo)柱、導(dǎo)套設(shè)計(jì)28</p&

12、gt;<p>　　第三章 切邊模設(shè)計(jì)31</p><p>　　3.1切邊裝置圖的設(shè)計(jì)規(guī)范31</p><p>　　3.2切邊凹模設(shè)計(jì)31</p><p>　　3.3切邊凸模設(shè)計(jì)32</p><p><b>　　致 謝V</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)

13、VI</b></p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p><b>　　1.1引言</b></p><p>　　葉片是工業(yè)汽輪機(jī)、航空發(fā)動(dòng)機(jī)、燃汽輪機(jī)和壓縮機(jī)的重要零件，在上述動(dòng)力機(jī)械的能量轉(zhuǎn)換過程中起關(guān)鍵作用，是汽輪機(jī)、航空發(fā)動(dòng)機(jī)的“心臟”[1]。葉片又是汽輪機(jī)中使用數(shù)量最多的一類零件，

14、一臺(tái)汽輪機(jī)有數(shù)千件葉片。據(jù)統(tǒng)計(jì)，葉片制造的工時(shí)約占汽輪機(jī)整機(jī)的1/3，工裝量占整機(jī)的1/2左右，成本約占整機(jī)的20％～25％。典型的汽輪機(jī)葉片如圖1-1所示。</p><p>　　圖1-1典型的汽輪機(jī)葉片</p><p>　　鍛造是葉片制造的主要成形加工工藝，一臺(tái)航空發(fā)動(dòng)機(jī)中鍛造葉片占80％以上，汽輪機(jī)中，L－0、L－1級(jí)動(dòng)葉片和相當(dāng)一部分的L－2級(jí)動(dòng)葉片(葉身長度在350mm以上)幾乎全

15、部采用鍛造方法生產(chǎn)?；仡櫭绹憠荷a(chǎn)的情況，從1960年到1965年，各類葉片鍛件的生產(chǎn)量占全美模鍛件總產(chǎn)量的16.5％，而同期汽車模鍛件的生產(chǎn)量也不過占22.6％，因而葉片鍛件的生產(chǎn)量是極為可觀的，也足以說明葉片鍛件生產(chǎn)在鍛造行業(yè)中占有十分重要的地位[2]。</p><p>　　葉片種類多，批量小，導(dǎo)致葉片鍛造工藝與模具設(shè)計(jì)任務(wù)繁重。根據(jù)我國葉片生產(chǎn)廠的統(tǒng)計(jì)，設(shè)計(jì)一套葉片精鍛模具需花費(fèi)一個(gè)半月左右時(shí)間。全球市場

16、的形成與激烈的行業(yè)競爭推動(dòng)了制造技術(shù)的發(fā)展，能否快速設(shè)計(jì)產(chǎn)品成了企業(yè)競爭力強(qiáng)弱的決定性因素。因此，研究葉片精鍛的CAD與CAE系統(tǒng)，無疑對(duì)提高工廠葉片鍛造工藝與模具設(shè)計(jì)能力和準(zhǔn)確性，增強(qiáng)企業(yè)的競爭力具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，對(duì)于鍛造行業(yè)其它類型鍛件的CAD與CAE的開發(fā)也不乏參考價(jià)值。</p><p>　　1.2國內(nèi)外葉片鍛造技術(shù)概況</p><p>　　1、葉片鍛造技術(shù)的發(fā)展</p>

17、;<p>　　由于葉片幾何形狀復(fù)雜，精度要求高，鍛造成形困難。最初葉片是采用方鋼銑削加工工藝。后來隨著鍛造技術(shù)的進(jìn)步，生產(chǎn)批量增大，葉片開始采用模鍛方法生產(chǎn)，其制坯方法：小葉片采用擠壓制坯，大中葉片采用自由鍛或輥鍛制坯，國外先進(jìn)制坯工藝則采用徑向鍛造工藝。大噸位高能螺旋壓力機(jī)和模具先進(jìn)制造技術(shù)的出現(xiàn)，葉片鍛造技術(shù)進(jìn)而發(fā)展到半精鍛和精鍛生產(chǎn)。</p><p><b>　　2、葉片鍛造的特點(diǎn)&

18、lt;/b></p><p>　　和普通的模鍛件相比，葉片的制造工藝與檢測技術(shù)要復(fù)雜和困難的多。葉片材料的合金化程度很高，變形溫度范圍窄，對(duì)鍛造、熱處理工藝參數(shù)很敏感。過高或過低的鍛造、熱處理溫度，都將給葉片的組織和性能帶來明顯的影響，因而給鍛造和熱處理過程造成很大的困難[5]。</p><p>　　汽輪機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)葉片主要采用半精鍛或精鍛方法生產(chǎn)。這類葉片葉身很薄，型面復(fù)雜，鍛造時(shí)

19、變形抗力大。而且，操作過程坯料冷卻較快，容易引起鍛造壓力的波動(dòng)。這就要求鍛造設(shè)備具有足夠的打擊能量、適宜的變形速度，以減少鍛件與模具的接觸時(shí)間而又適應(yīng)金屬的流動(dòng)特性和保證一定的生產(chǎn)速率。同時(shí)，要求鍛造設(shè)備具有好的剛度和承受偏心載荷的能力以及盡可能小的彈性變形，設(shè)備能量的調(diào)整和鍛件高度尺寸的控制也要方便。</p><p>　　葉片鍛件對(duì)表面質(zhì)量、內(nèi)部組織、流線分布都要求十分嚴(yán)格，這就需要有良好的鍛造工藝及相應(yīng)的輔助

20、工藝，如加熱保護(hù)、表面噴丸、溫度控制、模具潤滑等等，對(duì)各種輔助工序的安排也必須是嚴(yán)格的、合理的。為了選擇最佳的鍛造工藝參數(shù)以便獲得最優(yōu)的機(jī)械性能，目前國內(nèi)外已采用正交設(shè)計(jì)法，將所得的數(shù)據(jù)在綜合研究的基礎(chǔ)上進(jìn)行級(jí)差分析，選出最優(yōu)的工藝參數(shù)，并對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)用電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行回歸分析，建立性能指標(biāo)對(duì)工藝參數(shù)的回歸方程。通過這一定量的關(guān)系，可以預(yù)報(bào)和控制工藝參數(shù)對(duì)葉片鍛件性能指標(biāo)的影響[6]。</p><p>　　除此之外，

21、葉片的檢測技術(shù)與質(zhì)量控制在精密鍛造時(shí)也具有特殊意義。由于葉片尺寸復(fù)雜，檢測項(xiàng)目多，最終產(chǎn)品的各種技術(shù)要求，包括型面厚度公差、分散度、型面形狀公差、扭曲公差、彎曲公差、緣板內(nèi)側(cè)面的相對(duì)位置公差、葉根和葉冠的角度以及鍛件錯(cuò)移公差等，都要進(jìn)行精確的檢查。</p><p><b>　　3、葉片的精密模鍛</b></p><p>　　航空、航天、汽車和高技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展，要求機(jī)器

22、零件的制造向著強(qiáng)韌化、輕型化、精密和高效的生產(chǎn)方向發(fā)展，要求塑性成形技術(shù)由“接近零件形狀”向“完全零件形狀”發(fā)展。精密模鍛是近年來順應(yīng)這種要求發(fā)展十分迅速的一種精密成形方法，它是在一般模鍛基礎(chǔ)上逐步發(fā)展起來的一種少無切削加工新工藝[3-4]。與一般模鍛相比：它能獲得表面質(zhì)量好，機(jī)械加工余量少和尺寸精度高的鍛件；取消或部分取消了切削加工工序，從而提高材料利用率；可以使金屬流線沿零件輪廓合理分布，提高零件的承載能力；降低零件生產(chǎn)成本。<

23、;/p><p>　　葉片鍛造工藝有精鍛、半精鍛和模鍛三種方式，在現(xiàn)行葉片生產(chǎn)中目前尚無嚴(yán)格區(qū)分精鍛和模鍛的標(biāo)準(zhǔn)。一般而言，所謂精鍛是指鍛件葉身部分余量小、少于0.3mm；公差小，約為1/3模鍛公差，葉身表面不再需要切削加工，而只需要進(jìn)行精拋光或化學(xué)銑削。而葉片模鍛則鍛件具有較大的加工余量。兩者相比，精鍛有如下優(yōu)點(diǎn)：</p><p>　　(1)可以提高葉片的性能和使用壽命葉片精鍛由于采用了合理的

24、模具設(shè)計(jì)和先進(jìn)的工藝技術(shù)，能夠保證金屬具有良好的成形條件和合適的變形程度，獲得沿葉身形狀分布的流線和均勻細(xì)小的晶粒，增加了強(qiáng)度。同時(shí)，由于金屬沿著模具的形狀流動(dòng)，葉身型面和緣板內(nèi)側(cè)面及其與型面轉(zhuǎn)接部分不需要機(jī)械加工，使外露出來的端向晶粒最少，流線不被破壞，減少了應(yīng)力腐蝕和裂紋，提高了疲勞強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度和抗腐蝕性能。</p><p>　　(2)與普通模鍛葉片相比，可以節(jié)省20％～25％左右的金屬材料在各種類型的葉片

25、生產(chǎn)中，由于葉片形狀復(fù)雜，材料的利用率都比較低。用方鋼銑削汽輪機(jī)葉片，材料利用率只有7％～15％，普通模鍛葉片，材料利用率只有25％～40％，這些葉片的材料除了鍛造過程中較大的毛邊消耗外，大量消耗于為機(jī)械加工所留的余量。精鍛葉片的材料利用率可以達(dá)到50％以上。</p><p>　　(3)簡化機(jī)械加工過程精鍛葉片型面和緣板內(nèi)側(cè)不需要機(jī)械加工，可以減少大量金屬切削機(jī)床和機(jī)械加工工時(shí)，縮短機(jī)械加工過程。</p&g

26、t;<p>　　(4)解決了難加工材料和型面薄的葉片機(jī)械加工的困難汽輪機(jī)葉片材料一般為不銹鋼甚至鈦合金，材料加工性能差。葉片型面薄而復(fù)雜，加工極易變形，采用精鍛，可以解決這些問題。</p><p>　　(5)葉片制造的總成本大大降低采用葉片精鍛技術(shù)，其所用的模具費(fèi)用和鍛造費(fèi)用較普通鍛造提高約5倍左右，增加了鍛件的成本。但是對(duì)整個(gè)制造過程而言，由于節(jié)省了材料，縮短了生產(chǎn)周期，大大減少了機(jī)械加工費(fèi)用，而

27、且精鍛葉片的使用壽命長，所以其總成本比普通的大余量鍛造要低的多[7]。</p><p>　　由于精鍛葉片具有以上優(yōu)點(diǎn)，因此，國內(nèi)外葉片生產(chǎn)廠家都在積極研究葉片精鍛方法，有的已經(jīng)用精鍛生產(chǎn)出葉片。</p><p>　　目前國外航空葉片精鍛件已占鍛造葉片的80％～90％，主要采用有能量預(yù)選裝置的螺旋壓力機(jī)和大剛度機(jī)械壓力機(jī)生產(chǎn)，英國和德國還掌握了帶阻尼臺(tái)葉片的精鍛技術(shù)。</p>

28、<p>　　國內(nèi)也正進(jìn)行多方面的研究試驗(yàn)，使用精鍛技術(shù)生產(chǎn)葉片，如：無錫葉片廠、國營紅旗機(jī)械廠、南京五一一廠，分別用螺旋壓力機(jī)、曲柄壓力機(jī)、摩擦壓力機(jī)精鍛各種類型的葉片。</p><p>　　同時(shí)也有很多廠家直接引進(jìn)國外先進(jìn)的葉片精鍛技術(shù)，例如無錫葉片廠花巨資引進(jìn)了美國西屋（WESTHOUSE）公司的汽輪機(jī)葉片精鍛技術(shù)，西安航空鍛造廠和以色列合資建立了安泰葉片技術(shù)有限公司，鍛造精鍛葉片。葉片精鍛技術(shù)為他

29、們帶來了很高的經(jīng)濟(jì)效益。</p><p>　　1.3國內(nèi)外葉片CAD技術(shù)概況</p><p><b>　　1、CAD技術(shù)現(xiàn)狀</b></p><p>　　1963年，美國麻省理工學(xué)院的IvanSutherland在其博士論文中首次提出了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)(CG)、人機(jī)交互設(shè)計(jì)和符號(hào)存儲(chǔ)分層的概念，奠定了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(ComputerAidedDes

30、ign，CAD)的理論基礎(chǔ)。CAD一經(jīng)產(chǎn)生就顯示了強(qiáng)大的生命力，推動(dòng)了幾乎一切領(lǐng)域的設(shè)計(jì)革命。四十多年來，CAD技術(shù)在理論和應(yīng)用上都取得了飛躍性的進(jìn)展。CAD應(yīng)用系統(tǒng)也從最初的二維繪圖系統(tǒng)，發(fā)展到以數(shù)據(jù)庫為核心、具有強(qiáng)大曲面和實(shí)體造型功能的集成化系統(tǒng)。在航空、航天、汽車、船舶，機(jī)械、電子、化工、建筑、廣告等行業(yè)中，CAD技術(shù)為設(shè)計(jì)師們提供了準(zhǔn)確方便的幾何造型、修改、工程制圖和圖形顯示的工具，很大程度上提高了設(shè)計(jì)的速度和質(zhì)量，降低了設(shè)計(jì)難

31、度和工作強(qiáng)度。</p><p>　　進(jìn)入上世紀(jì)八十年代以后，隨著計(jì)算機(jī)硬件和存儲(chǔ)能量的大幅度提高，軟件開發(fā)平臺(tái)的功能不斷增強(qiáng)，而計(jì)算機(jī)產(chǎn)品的價(jià)格又越來越低，計(jì)算機(jī)逐漸走進(jìn)了中小型企業(yè)，走進(jìn)了尋常百姓家。CAD技術(shù)在應(yīng)用需求的驅(qū)動(dòng)下得到了迅速發(fā)展，在CAD領(lǐng)域涌現(xiàn)出許多優(yōu)秀的商品化軟件，如：CADAM、CATIA、I-DEAS、UG、PRO/ENGINEER，當(dāng)然這些軟件也在不斷的發(fā)展、完善[8]。</p&g

32、t;<p>　　我國CAD技術(shù)起步于上世紀(jì)七十年代，從那時(shí)起陸續(xù)從國外引進(jìn)一批CAD系統(tǒng)。然而，在系統(tǒng)化、工程化、實(shí)用化和商品化原則的指導(dǎo)下，進(jìn)行有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的CAD專用系統(tǒng)的研究與開發(fā)是我們必須邁出的一步，過分依賴引進(jìn)技術(shù)和系統(tǒng)，不是長久之計(jì)。進(jìn)入九十年代，我國已開始了國產(chǎn)CAD系統(tǒng)向商品化、產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展，并開發(fā)了一些支撐軟件和應(yīng)用軟件，如清華大學(xué)的高華CAD、中科院的PICAD、浙江大學(xué)的ICCC，華中科技大學(xué)的開目

33、CAD、西北工業(yè)大學(xué)和許多廠家合作開發(fā)的NPU系統(tǒng)等。其用戶也在逐步增加，但其水平、可靠性方面與國外同類軟件相比還有較大差距[9]。發(fā)展國產(chǎn)化CAD軟件還需要多方面的努力。</p><p>　　當(dāng)前的CAD技術(shù)涵蓋范圍廣泛，幾乎涉及產(chǎn)品的整個(gè)生命周期的方方面面。因此，可以認(rèn)為當(dāng)前的CAD技術(shù)已經(jīng)逐步進(jìn)入計(jì)算機(jī)輔助產(chǎn)品開發(fā)階段，正是因?yàn)镃AD技術(shù)的內(nèi)涵與外延在不斷地深化和拓展，使得CAD技術(shù)成為產(chǎn)品創(chuàng)新開發(fā)設(shè)計(jì)的核

34、心技術(shù)。CAD技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用水平已成為衡量國家科技現(xiàn)代化和工業(yè)現(xiàn)代化水平的重要標(biāo)志之一。</p><p>　　2、CAD技術(shù)在葉片鍛造中的應(yīng)用</p><p>　　國外葉片設(shè)計(jì)、生產(chǎn)的諸多工序已由CAD/CAM技術(shù)完成。上世紀(jì)七十年代初，美國伯特利－哥倫布實(shí)驗(yàn)室最早研制的名為BLDFORG的葉片鍛模CAD/CAM系統(tǒng)中，用主應(yīng)力法模擬葉片鍛造過程，優(yōu)化工藝參數(shù)和模具設(shè)計(jì)，取得了較好的效果

35、[10-12]。美國的TRW、原西德的Deutshche Edelstah Werke都開發(fā)了不同程度的航空葉片CAD/CAM系統(tǒng)，在這些系統(tǒng)下，不僅縮短了葉片從設(shè)計(jì)到制造的周期，更重要的是提高了質(zhì)量。</p><p>　　我國的葉片CAD技術(shù)起步較晚，基礎(chǔ)也比較薄弱。長期以來，由于技術(shù)水平的限制，我國葉片鍛造生產(chǎn)基本上沿用原蘇聯(lián)的模鍛工藝。CAD技術(shù)在葉片的鍛造設(shè)計(jì)中應(yīng)用十分落后。國內(nèi)有西北工業(yè)大學(xué)對(duì)航空葉片C

36、AD系統(tǒng)進(jìn)行了研究，取得了一定的成果，其中文獻(xiàn)[13]采用矢量作圖法對(duì)葉片平衡角計(jì)算進(jìn)行了程序開發(fā)，并采用法向加余量方法開發(fā)了余量加放程序。文獻(xiàn)[14]中對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片精鍛工藝及模具設(shè)計(jì)的CAD過程進(jìn)行了試探性的研究。文獻(xiàn)[15]以UGII軟件為開發(fā)平臺(tái)，對(duì)葉片精鍛模CAD二次開發(fā)作了系統(tǒng)的研究。文章根據(jù)葉片鍛件設(shè)計(jì)規(guī)程，完成了葉尖型面延伸、葉根型面延伸、葉身型面余量加放等。并著重對(duì)葉片型面的光順性作了研究，給出了光順的局部和整體方法

37、的算法。目前國內(nèi)汽輪機(jī)葉片的設(shè)計(jì)、制造仍然采用傳統(tǒng)的方法，沒有一套相關(guān)的CAD專用系統(tǒng)。設(shè)計(jì)、生產(chǎn)中涉及的計(jì)算復(fù)雜、要處理的數(shù)據(jù)較多，計(jì)算費(fèi)時(shí)費(fèi)力，也很難滿足精度要求。由于生產(chǎn)準(zhǔn)備周期長、工作量大，設(shè)計(jì)人員花在產(chǎn)品創(chuàng)新上的時(shí)間少，使得產(chǎn)品在國際市場中缺乏競爭力。</p><p>　　CAD技術(shù)為企業(yè)的信息化、自動(dòng)化鋪平了道路。在CAD/CAM/CAE/PDM一體化中，CAD建模是核心，是開展其它工作的基礎(chǔ)，應(yīng)用C

38、AD技術(shù)還可以提高企業(yè)的創(chuàng)新能力，提高企業(yè)的國際競爭力?；趪馍唐坊疌AD軟件進(jìn)行系統(tǒng)二次開發(fā)是解決工程實(shí)際問題的一條很好的途徑。</p><p>　　1.4葉片鍛造研究進(jìn)展</p><p>　　葉片鍛造過程的研究得到了國內(nèi)外科技工作者的廣泛關(guān)注。上世紀(jì)八十年代，隨著有限元模擬技術(shù)的發(fā)展，許多研究者開始用有限元法模擬葉片鍛造過程。1982年，MarkShahaf等用二維有限元模擬分析了葉

39、片鍛造過程，突破了滑移線法所需的幾個(gè)主要假設(shè)，并得出了簡單的橢圓形預(yù)成形毛坯的形狀[20]。</p><p>　　1982年，N.Rebelo等基于二維剛粘塑性有限元模型，模擬分析了不同的摩擦因子對(duì)渦輪葉片鍛造過程的影響，并以石蠟為模擬材料對(duì)其進(jìn)行了物理模擬，驗(yàn)證了有限元數(shù)值模擬結(jié)果的可靠性。</p><p>　　1982年，N.L.Dung等采用剛塑性有限元法，對(duì)渦輪葉片精鍛進(jìn)行了二維有

40、限元模擬，模擬過程中采用了三角形和四邊形兩種混合單元，并用Lagrange乘子法處理體積不可壓縮條件，對(duì)金屬在對(duì)稱和不對(duì)稱的上下模的作用下的流動(dòng)情況作了對(duì)比分析，并將物理模擬所獲得的載荷－行程曲線與用有限元模擬和滑移線法所得的結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比驗(yàn)證。</p><p>　　1990年，B.S.Kang等將葉片鍛造過程作為二維平面應(yīng)變問題處理，用二維有限元正向模擬與反向跟蹤技術(shù)結(jié)合的辦法，采用庫侖摩擦對(duì)葉片鍛造過程進(jìn)行預(yù)

41、成形設(shè)計(jì)，得到了該模擬條件下最佳的預(yù)成形毛坯形狀。</p><p>　　1998年到2003年，H.Ou等考慮熱鍛時(shí)模具的局部收縮和彈性變形，用有限元法模擬了翼形截面零件精鍛時(shí)模具的彈性變形及由此而形成德零件尺寸誤差的補(bǔ)償方法[24-25]。</p><p>　　國內(nèi)對(duì)葉片精鍛技術(shù)的研究起步較晚，上世紀(jì)八十年代中期，北京航空工業(yè)部第六二一研究所根據(jù)T.Altan等提出的葉片精鍛工藝CAD程

42、序的功能框圖，于1986年研制出可用于計(jì)算葉片精鍛工藝某些參數(shù)的初步軟件，并用剛粘塑性有限元法對(duì)葉身成形過程進(jìn)行了模擬[26]。</p><p>　　2000年到2001年，西北工業(yè)大學(xué)詹梅、劉郁麗等對(duì)帶阻尼臺(tái)的航空葉片及單榫頭葉片采用自行開發(fā)的3D－PFS有限元系統(tǒng)進(jìn)行了模擬。得出了葉片精鍛成形的規(guī)律，并對(duì)摩擦對(duì)精鍛成形的影響作了分析。</p><p>　　從以上文獻(xiàn)可以看出，葉片的鍛造

43、過程十分復(fù)雜，工藝要求嚴(yán)格，研究的內(nèi)容也比較豐富。在進(jìn)行有限元模擬的時(shí)候，通常把變形過程看作平面應(yīng)變問題，這和葉片的幾何特征和鍛造特點(diǎn)有關(guān)系。但是，在以上模擬當(dāng)中，研究的對(duì)象都是葉身相對(duì)扭曲比較小，葉片尺寸較小的航空渦輪葉片或壓縮機(jī)葉片，而汽輪機(jī)葉片，尤其是汽輪機(jī)大葉片，扭曲較大，幾何尺寸很大，采用普通的模擬方式不再適宜。而且在上述模擬當(dāng)中有一個(gè)共有的不足，即把模擬條件中的成形速度簡化為勻速，如文獻(xiàn)[11]中，把上模速度取為20mm/s

44、。而這與普通的葉片鍛造設(shè)備：摩擦壓力機(jī)或螺旋壓力機(jī)的速度特征及關(guān)聯(lián)的力能曲線是極為不符的。所以，以上分析都存在這樣的缺陷，模擬的結(jié)果也將與實(shí)際有一定的差距，當(dāng)然上述文獻(xiàn)更沒有對(duì)螺旋壓力機(jī)的一個(gè)重要的工作參數(shù)即能量的預(yù)選作出分析。</p><p>　　1.5汽輪機(jī)葉片工藝性分析</p><p>　　1、葉片鍛造工藝研究進(jìn)展</p><p>　　早在七十年代初，D.GI

45、les等就對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)Olympus593葉片精鍛工藝進(jìn)行了研究，并給出了控制葉片尺寸偏差的具體事例。美國哥倫布Battle實(shí)驗(yàn)室用主應(yīng)力法研制了用于渦輪葉片和壓氣機(jī)葉片鍛模設(shè)計(jì)和數(shù)控加工的計(jì)算機(jī)程序系統(tǒng)，其中用于鍛模CAD的BLDFORG程序，能夠分析和設(shè)計(jì)渦輪葉片或壓氣機(jī)葉片的模鍛過程，確定鍛造過程各個(gè)階段的變形力、合理的坯料尺寸和設(shè)備噸位、為模具的數(shù)控加工提供幾何信息。</p><p>　　我國的葉片技術(shù)起

46、步較晚,基礎(chǔ)也比較薄弱。由于大多數(shù)葉片的型面是比較復(fù)雜的三維扭轉(zhuǎn)曲面,幾何要求精度高,設(shè)計(jì)制造難度大,而且生產(chǎn)準(zhǔn)備周期長,工作量大。而CAD/CAM技術(shù)正是在提高生產(chǎn)效率、改善設(shè)計(jì)制造質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度等方面具有傳統(tǒng)設(shè)計(jì)制造方法無法比擬的優(yōu)越必性。近年來，在葉片生產(chǎn)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)以及分析方面，國內(nèi)學(xué)者做了很多工作。八十年代中期，北京航空工業(yè)部第六二一研究所根據(jù)T.Altan等提出的葉片精鍛工藝CAD程序的功能框圖，研制出

47、可用于計(jì)算葉片精鍛工藝某些參數(shù)的初步軟件，并用三維剛粘塑性有限元法對(duì)葉身成形過程進(jìn)行了模擬；西北工業(yè)大學(xué)朱謹(jǐn)也曾對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片精鍛工藝即模具設(shè)計(jì)的CAD過程進(jìn)行了試探性的研究。</p><p>　　由于葉片形狀的復(fù)雜性，三維模擬方面的研究很少。D.Y.Yang基于剛粘塑性材料模型，并考慮摩擦的影響，對(duì)渦輪葉片等溫鍛造進(jìn)行了三維剛粘塑性有限元模擬分析，但在模擬中假設(shè)模具上的榫頭與葉身處采用直角相連，這種簡化假設(shè)導(dǎo)

48、致所進(jìn)行的三維有限元分析模擬與實(shí)際生產(chǎn)還有一定距離。國內(nèi)有西北工業(yè)大學(xué)詹梅、劉郁麗對(duì)帶阻尼臺(tái)的航空葉片及單榫頭葉片采用自行開發(fā)的3D－PFS有限元系統(tǒng)進(jìn)行了模擬；上海交通大學(xué)方洪祥對(duì)汽輪機(jī)長葉片的有限元建模及模型修正進(jìn)行了研究。</p><p>　　近年來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷進(jìn)步和有限元方法的完善，計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬本質(zhì)上可以虛擬試驗(yàn)現(xiàn)實(shí),將大量反復(fù)的試驗(yàn)工作在計(jì)算機(jī)上完成。且葉片已基本上形成了一類具有明確幾何形狀

49、的零件系列,用計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬技術(shù)來模擬葉片鍛造成形規(guī)律,預(yù)測成形缺陷折疊和充不滿產(chǎn)生的部位,并通過改進(jìn)工藝或改變毛坯的形狀和尺寸消除成形缺陷是完全可能的。</p><p>　　第二章 葉片鍛模的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　2.1鍛件圖的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　鍛件圖是根據(jù)零件產(chǎn)品圖制定的，它全面地反應(yīng)鍛件的情況。在鍛件圖中要規(guī)定

50、：鍛件公差和機(jī)械加工余量；鍛件的材質(zhì)及熱處理要求；鍛件的清理方式及其他技術(shù)條件內(nèi)容。鍛件圖是編制鍛造工藝卡片、設(shè)計(jì)模和量具以及最后檢驗(yàn)鍛件的依據(jù)，也是機(jī)械加工部門驗(yàn)收鍛件，制定切削加工工藝，設(shè)計(jì)加工夾具（用毛坯面定位時(shí)）依據(jù)，所以鍛件圖是最重要的基本工藝文件之一。設(shè)計(jì)鍛件圖時(shí)必須綜合考慮鍛件的生產(chǎn)批量，設(shè)備工藝條件等各種因素。鍛件圖的設(shè)計(jì)還必須與機(jī)械加工工藝人員協(xié)商并認(rèn)可。</p><p>　　2.1.1確定分模

51、位置</p><p>　　分模面選擇的基本要求是能保證鍛件從模膛中取出來，因此鍛件的側(cè)面不能有凹的形狀。此外，還要考慮以下因素：</p><p>　　1）保證鍛件容易脫模，一般應(yīng)以最大投影面作為分模面，見圖2.1a；</p><p>　　2）易于檢查上下模膛的相對(duì)錯(cuò)移，見圖2.1b;</p><p>　　3）分模線盡可能選直線，使鍛模加工簡單

52、，見圖2.1c;但是對(duì)頭部尺寸較大，且上下不對(duì)稱的鍛件，則易取折線分模，以保證成形充滿，見圖2.1d;</p><p>　　4)對(duì)圓餅類鍛件，當(dāng)H≦D時(shí)，宜取徑向分模，而不取軸向分模，見圖2.2e;</p><p>　　5)應(yīng)保證鍛件有合理的金屬流線分布，見圖2.1f；</p><p>　　6）盡量在高度的一半處分模，使鍛件機(jī)械加工余量最小，有利于節(jié)約材料；<

53、/p><p>　　7）要使模膛的寬帶大而深度小，這樣金屬容易充滿模膛，鍛件容易出模。</p><p>　　圖2.1 不正確與正確的分模面</p><p>　　綜上分析，再結(jié)合汽輪機(jī)葉片自身的特點(diǎn)，分模面選擇在其左右兩條進(jìn)氣邊線和出氣邊線位置，見圖2.2為其示意圖。</p><p>　　圖2.2 分模面位置</p><p>

54、　　2.1.2葉片鍛造平衡角的確定</p><p>　　在汽輪機(jī)扭曲葉片的鍛造工藝中，采用首先通過對(duì)鍛坯的預(yù)制坯，然后進(jìn)行敞開模鍛成形鍛造的工藝方法時(shí)，工藝分析中葉片鍛造轉(zhuǎn)角的確定是葉片鍛造成形的關(guān)鍵，也是葉片鍛造模具型腔設(shè)計(jì)時(shí)考慮的前提條件。如圖2.3所示，葉片各截面型線扭角變化較大，在對(duì)汽輪機(jī)葉片進(jìn)行工藝中的鍛造成形分析時(shí)，</p><p>　　圖2.3 葉片各截面型線</p&g

55、t;<p>　　為了有利于葉片鍛件各部分形狀在鍛造時(shí)按照金屬材料流動(dòng)規(guī)律充足成形，而對(duì)葉片鍛件的扭曲葉身型面進(jìn)行鍛造方向的合理選擇，其方法是通過對(duì)葉身截面繞型線坐標(biāo)中心的旋轉(zhuǎn)。</p><p>　　汽輪機(jī)葉片型面變化很大，各型面的扭角相互不等，葉冠處材料薄而扭角最大，葉根處扭角最小，扭角變化較大的葉片給鍛造生產(chǎn)帶來很大困難。因此鍛造這種強(qiáng)度高、形狀扭曲大又薄的鍛件必然需要很大的變形載荷，同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生

56、更大的水平錯(cuò)模力。變形載荷和水平錯(cuò)模力的共同作用使得模塊和設(shè)備產(chǎn)生彈性變形，而這個(gè)彈性變形正是影響鍛件尺寸精度的主要因素。因此，設(shè)計(jì)鍛模時(shí)應(yīng)將葉片旋轉(zhuǎn)到一個(gè)恰當(dāng)?shù)慕嵌?，使得鍛造時(shí)的載荷和錯(cuò)模力盡可能小，如圖2.4 所示。由于葉片形狀尺寸各異，有些葉片可以使鍛造時(shí)理論上的水平錯(cuò)模力為零，而有些葉片由于鍛造分模面的要求，不可能為零，只能盡可能地小。</p><p>　　圖2.4 平衡角示意圖</p>&

57、lt;p>　　所謂葉片的鍛造轉(zhuǎn)角，就是扭曲葉片在鍛造時(shí)，為了使葉片的各部分形狀按照鍛造金屬流動(dòng)規(guī)律成型，而有意地在工藝設(shè)計(jì)時(shí)使葉片葉型的鍛造方向與原理論坐標(biāo)方向轉(zhuǎn)過—角度，這一轉(zhuǎn)角即為鍛造轉(zhuǎn)角。</p><p>　　在工藝設(shè)計(jì)分折時(shí)應(yīng)考慮以下幾個(gè)因素，以便合理選擇鍛造轉(zhuǎn)角：</p><p>　　(1)鍛造應(yīng)力的大小要考慮葉片在鍛造時(shí)的模具型腔的進(jìn)出汽邊兩側(cè)受力均勻，避免過大的側(cè)向分力

58、。</p><p>　　(2)鍛造轉(zhuǎn)角選擇應(yīng)考慮時(shí)模具壽命的影響。由于鍛造轉(zhuǎn)角在考慮這些其它因素的同時(shí)而未能顧及葉根轉(zhuǎn)角處位置時(shí)對(duì)模具壽命的影響，往往在葉根型腔大而深處成為容易引起模具沿縱向開裂的應(yīng)力源。</p><p>　　(3)鍛造轉(zhuǎn)角的選擇應(yīng)配合鍛坯形狀的選擇。對(duì)精鍛葉片來說，在考慮上述因素的同時(shí)，還應(yīng)配合精鍛工藝，作出更為全面的考慮。</p><p>　　1

59、、計(jì)算法確定平衡角</p><p>　　計(jì)算法分三種，分別如下：</p><p>　　(1)將靠近葉根的截面和靠近葉冠的截面的夾角相加，求其平均值。</p><p>　　(2)將靠近葉根的截面和靠近葉冠的截面以及葉身中部的夾角相加，求其平均值。</p><p>　　(3)將葉身各個(gè)截面的扭角相加，求其平均值。</p><p

60、>　　實(shí)際設(shè)計(jì)中一般采用第(2)種方法。它簡捷、明了，易于設(shè)計(jì)人員操作，而且考慮到靠近葉冠的截面出氣邊最薄，一般加上一個(gè)驗(yàn)證過程，即圖2-2中，角度α要求：48°≤α≤52°，以保證出氣邊能夠充滿。</p><p>　　2、矢量作圖法確定平衡角</p><p>　　因?yàn)殄懩；鶞?zhǔn)平面與打擊力相垂直，利用打擊力等于金屬變形抗力的原理，通過矢量作圖求出打擊力的方向，這樣

61、也就求出了鍛?；鶞?zhǔn)的方向，其具體方法如圖2.5所示。在葉身上標(biāo)注了四個(gè)型面，各型面弦長線與x軸之間的夾角分別為αA、αB、αC、αD，為了更準(zhǔn)確地計(jì)算出平衡角θ，首先將葉片分成與型面數(shù)目相同的若干部分，這里是分成四個(gè)部分。各個(gè)部分的面積為Fi，各面積上的中心線即型面線處，分別計(jì)算每一部分鍛壓成形時(shí)所需的變形力Pi。</p><p><b>　　(2-1)</b></p><

62、;p>　　式中σ——葉片成形時(shí)的變形抗力（MPa）</p><p>　　li——各部分的寬度，也就是型面的弦長（mm）</p><p>　　ci——各部分的厚度，即型面的最大厚度（mm）</p><p>　　Fi——各部分的面積，即弦長與邊長的乘積</p><p>　　Pi——各部分所需的變形力（N）</p><p&

63、gt;　　圖2.5 矢量作圖法求平衡角</p><p>　　按上式計(jì)算葉身各部分的變形力之后（即PA,PB,PC,PD），用適當(dāng)?shù)目s尺比把各變形力表示在各相應(yīng)的型面圖上。變形力的方向與型面弦長線相垂直，然后再將這些變形力由AP開始逐條平行移到一個(gè)坐標(biāo)系上，各變形力彼此首尾相連接。最后，把DP的箭頭與坐標(biāo)原點(diǎn)O連一條直線，所連直線與坐標(biāo)縱軸y之間的夾角便是所求的平衡角θ。</p><p>　

64、　本設(shè)計(jì)采用第一種方法計(jì)算法確定平衡角。本設(shè)計(jì)確定葉片的扭轉(zhuǎn)角為50°，。代入相應(yīng)式中可得，。</p><p>　　2.1.3葉片鍛造轉(zhuǎn)角的確定步驟</p><p>　　(1)從輸入葉片型線數(shù)據(jù)經(jīng)計(jì)算機(jī)生成CAD圖形的理論型線中，抽取三個(gè)典型截面的完整型線：靠近葉根端、葉頂端和葉身中間截面；</p><p>　　(2)以三個(gè)典型截面重疊的原點(diǎn)為基點(diǎn)，結(jié)合葉

65、片鍛造轉(zhuǎn)角確定原則的考慮進(jìn)行旋轉(zhuǎn)分析后，初定鍛造轉(zhuǎn)角；</p><p>　　(3)根據(jù)初定鍛造轉(zhuǎn)角進(jìn)行工藝分析葉型扭曲較大時(shí)應(yīng)該作綜合考慮，既要考慮進(jìn)出氣邊最高點(diǎn)處的充足成形，又要考慮進(jìn)氣邊背弧“倒勾”余塊不宜過大(如圖2-2所示)；靠葉頂截面葉型較寬，出氣邊較薄時(shí)，應(yīng)該使出氣邊適當(dāng)往平坦方向旋轉(zhuǎn)而加大鍛造轉(zhuǎn)角的角度θ；精鍛或者少余量葉片鍛造時(shí)，應(yīng)該適當(dāng)加大鍛造轉(zhuǎn)角θ值；鍛坯采用扁坯形式時(shí)，可以適當(dāng)將θ角度取偏小

66、值，扭曲度不大的葉片，且出氣邊容易充足時(shí)，特別是鍛坯采用圓坯形式時(shí)，應(yīng)該適當(dāng)加大鍛造轉(zhuǎn)角θ值；</p><p>　　(4)在鍛造轉(zhuǎn)角確定中驗(yàn)證角α的應(yīng)用在靠近葉頂截面型線的出氣邊作趨向延伸的對(duì)稱中心線，該中心線與分模面方向軸線的夾角就作為鍛造轉(zhuǎn)角確定中考慮的驗(yàn)證角α。根據(jù)從工廠以往扭曲葉片鍛件在鍛造轉(zhuǎn)角確定時(shí)對(duì)α角的驗(yàn)證情況進(jìn)行積累統(tǒng)計(jì)，驗(yàn)證角α一般控制在48°～52°之間，如果小于48

67、76;時(shí)，應(yīng)該在鍛造工藝中考慮一定的措施，特別是鍛坯的形狀和在模具中的定位或其他相應(yīng)的進(jìn)氣邊阻尼措施等，但是絕不允許小于45°；</p><p>　　(5)輸入葉根、葉冠、凸臺(tái)等各個(gè)典型截面，進(jìn)一步進(jìn)行鍛造轉(zhuǎn)角的修整和確定。</p><p>　　2.1.4機(jī)械加工余量的確定</p><p>　　葉片的余量與材料性質(zhì)、尺寸大小、加熱方法、鍛造設(shè)備、加工方法有

68、關(guān)。精鍛葉片，葉身雖然無機(jī)械加工余量，但考慮到金屬在加熱過程中，存在表面氧化脫碳、污染和元素?zé)龘p現(xiàn)象，還得留出適當(dāng)?shù)幕娏炕驋伖饬?。生產(chǎn)實(shí)踐表明，無論是鋼或耐熱合金，當(dāng)加熱沒有采取防護(hù)措施時(shí)，在鍛件表面不可避免的產(chǎn)生缺陷層，有時(shí)厚度可能達(dá)到1mm以上，若采取了防護(hù)措施可減少缺陷層的厚度，但缺陷層總是不可避免的。葉片毛坯終鍛變形時(shí)葉身型面可能出現(xiàn)壓坑、劃傷等缺陷，如工序周轉(zhuǎn)過程中，難免有碰傷，因此必須留有余量。常用加放余量的方法有兩種。&

69、lt;/p><p>　　(1)加鍛造方向余量在葉身型面曲率半徑較大，扭角較小的情況下，葉身余量可以用模鍛時(shí)的欠壓量來保證，即加放y向余量。在給定的坐標(biāo)點(diǎn)y坐標(biāo)上加放余量?，其公式為：y=y+?（?為欠壓量）。但當(dāng)曲率半徑較小，扭角較大時(shí)，將會(huì)出現(xiàn)不均勻的余量。當(dāng)取?＝0.25mm，型面的彎曲角度α<36°時(shí)才能直接向y向加余量。另外，葉盆和葉背的y向余量不盡相同，因此葉盆和葉背應(yīng)分別加余量。</

70、p><p>　　(2)加法向余量為了得到均勻的余量，可以沿法向加放余量。但葉片的型面特征用離散點(diǎn)表示，各坐標(biāo)點(diǎn)之間沒有固定的數(shù)學(xué)描述。為了加放法向余量，可以采用直接作圖法，也可以找出型面曲線的數(shù)學(xué)描述，在型面點(diǎn)的法向加放余量，然后確定加放余量后的新坐標(biāo)。如圖2.6所示的解析法加放余量中，在葉片某一型面上一系列點(diǎn)中取一點(diǎn)m0(x0,y0)。在0m的法線方向N-N上加余量?得到m1(x1,y1)。由圖2-3中幾何關(guān)系可知

71、：</p><p><b>　　(2-2)</b></p><p>　?。ㄉ闲兔嫒∝?fù)號(hào)，下型面取正號(hào)）</p><p>　?。ㄉ闲兔嫒≌?hào)，下型面取負(fù)號(hào)）</p><p>　　圖2.6 余量加放（包絡(luò)）示意圖</p><p>　　2.1.5模鍛件的公差的確定</p><p>

72、;　　模鍛件公差代表模鍛件要求達(dá)到的精度。就尺寸公差而言，是鍛件公稱尺寸所允許的增大值叫做正偏差；對(duì)公稱尺寸所允許的減小值叫做負(fù)偏差。鍛件公稱尺寸，公差和余量之間的關(guān)系如圖2.7所示。</p><p>　　圖2.7 鍛件的公稱尺寸、公差和余量</p><p>　?。?）長度、寬度和高度尺寸公差指在分模線一側(cè)同一塊模具上沿長度l、寬度b、高度h方向上的尺寸公差，此類公差根據(jù)鍛件的基本尺寸、質(zhì)

73、量、形狀復(fù)雜系數(shù)及材質(zhì)系數(shù)查[7]表15-18查得為：</p><p><b>　　長度極限偏差為 </b></p><p><b>　　寬度極限偏差為 </b></p><p>　　高度極限偏差為 </p><p>　　（2）厚度尺寸公差 指跨越分模線的厚度尺寸的公差。鍛件所有厚度尺

74、寸去同一公差，其數(shù)值根據(jù)鍛件最大厚度尺寸查[7]表15-20 查得為：</p><p>　　厚度尺寸公差為 。</p><p>　　由于連桿鍛件的分模線是一直線，比較厚度和高度的尺寸公差發(fā)現(xiàn)公差帶值相等，只是上下偏差分布有0.1mm的差入。故厚度的和高度的統(tǒng)一起來與高度尺寸公差一樣。</p><p>　?。?）錯(cuò)位公差和殘留飛邊公差 錯(cuò)位是鍛件在分模線上、下兩

75、部分對(duì)應(yīng)點(diǎn)所偏移的距離（圖4.8），數(shù)值為或其中為平行于分模線最大、最小投影長度，為 平行于分模線最大、最小投影寬度。</p><p>　　圖2.8 模鍛件的錯(cuò)差</p><p>　　查[7]表15-18 由質(zhì)量約為10kg得：</p><p>　　連桿鍛件的錯(cuò)位公差為0.6mm。</p><p>　　連桿鍛件的橫向殘留飛邊公差為0.7m

76、m。</p><p>　　2.1.6模鍛斜度的確定</p><p>　　為了便于將成形后的鍛件從模膛中取出，在鍛件上與分模面相互垂直的平面上必要加上一定斜度的余料，這個(gè)斜度就是模鍛斜度。鍛件外壁的斜度成為外模鍛斜度如圖4.8，鍛件內(nèi)壁的斜度稱為內(nèi)模鍛斜度，如圖2.9。鍛件成形后，隨著溫度的下降，外膜鍛斜度上的金屬由于收縮而有助于鍛件出模，內(nèi)模鍛斜度的金屬由于收縮反而將模膛的突起部分夾得更緊

77、。所以同一鍛件上內(nèi)模鍛斜度比外模鍛斜度大。</p><p>　　圖2.9 鍛件的內(nèi)外模斜度和圓角</p><p>　　很明顯，加上模鍛斜度后會(huì)增加金屬耗材和機(jī)加工工時(shí)。因此應(yīng)盡量選用較小的鍛模斜度，同時(shí)要注意充分利用鍛件的固有斜度。模鍛斜度與模膛內(nèi)壁斜度相對(duì)應(yīng)。</p><p>　　2.1.7圓角半徑的確定</p><p>　　鍛件上凸起和凹

78、下的部分均應(yīng)帶有圓角，不允許出現(xiàn)銳角。如圖2.9所示。</p><p>　　凸圓角的作用是避免鍛模在熱處理時(shí)和模鍛過程中因?yàn)閼?yīng)力集中導(dǎo)致開裂，也使金屬易于充滿相應(yīng)的部位。凹圓角的作用是使金屬易于流動(dòng)，防止模鍛件產(chǎn)生折疊，防止模膛過早磨損和被壓塌。生產(chǎn)上吧模鍛件的凸圓角稱為外圓角半徑r,凹圓角半徑稱為內(nèi)圓角半徑R（圖2-4）。適當(dāng)加大圓角半徑，對(duì)防止鍛件轉(zhuǎn)角處的流線被切斷、提高模鍛件品質(zhì)和模具壽命有利。然而，增加外

79、圓角半徑r將會(huì)減少相應(yīng)部位的機(jī)加工余量，增加內(nèi)圓角半徑R，將會(huì)加大相應(yīng)部位的機(jī)加工余量，增加材料損耗。對(duì)某些復(fù)雜鍛件，內(nèi)圓角半徑R過大，也會(huì)使金屬過早流失，造成局部充不滿現(xiàn)象。為保證鍛件外圓角處的最小機(jī)加工余量:</p><p><b>　　(4.2)</b></p><p>　　式中—零件相應(yīng)處的圓角半徑或倒角值；</p><p>　　如無倒

80、角： (4.3)</p><p>　　為了適應(yīng)制造模具所用刀具的標(biāo)準(zhǔn)化，可按下列序列值設(shè)計(jì)圓角半徑（mm）：1.0，1.5，2.5，3.0，4.0，5.0，6.0，8.0，10.0，12.0，15.0。當(dāng)圓角半徑大于15mm后，按以5mm為遞增值生成序列選取。在同一鍛件上選定的圓角半徑規(guī)格應(yīng)該盡量一致，不宜過多。</p>

81、<p>　　本鍛件高度余量：（0.75+0.4）mm=1.15mm，</p><p>　　其余部位的圓角半徑取1.5mm。</p><p><b>　　2.1.8技術(shù)要求</b></p><p>　　(1)鍛件圖上未標(biāo)注的模鍛斜度為。</p><p>　　(2)鍛件圖上未標(biāo)注的圓角半徑R1.5。</p

82、><p>　　(3)允許的錯(cuò)差量為0.6mm。</p><p>　　(4)允許的殘留飛邊量0.7mm。</p><p>　　(5)允許的便面缺陷深度0.5mm。</p><p>　　(6)鍛件熱處理為：調(diào)質(zhì)。</p><p>　　(7)鍛件表面的清理：為了便于檢查淬火裂紋，系用酸洗。</p><p>

83、;　　上述各參數(shù)確定后，便可以繪出制模鍛件圖。</p><p>　　2.2鍛件的主要參數(shù)計(jì)算</p><p>　?。?）鍛件材料為：CrllMoV合金鋼</p><p>　　（2）鍛件體積為:1301561.5 </p><p>　　≈1166220（在三維軟件PRO/ENGINEER中測得）</p><p>　　=4

84、3800+91541.5=135341.5</p><p>　　≈=1301561.5</p><p>　?。?）鍛件質(zhì)量為：10.22kg</p><p>　　M==7.851301561.5 ≈10.217（kg）取10.22kg</p><p>　?。?）鍛件在平面圖上的投影面積為：94295。</p><p>

85、;<b>　　葉根部分： </b></p><p>　　葉形部分：（在三維軟件PRO/ENGINEER中測得）</p><p>　　（5）鍛件周邊長度為：1199mm。</p><p><b>　　2.3確定鍛錘噸位</b></p><p>　　總變形面積為鍛件在平面上的投影面積與飛邊面積之和，參

86、考表4-4，按12t錘飛邊槽尺寸考慮，假定飛邊平均寬度為23mm?？傋冃蚊娣e：</p><p>　　A=（94295+119923）=121872</p><p>　　因生產(chǎn)中要求高生產(chǎn)率，按確定噸位的經(jīng)驗(yàn)公式：</p><p>　　G=6.3KA (4.4)</p><p>　　式中G—

87、錘落下部分質(zhì)量（kg）；</p><p>　　A—鍛件和飛邊（按倉部的0.5計(jì)算）在水平面上的投影（）</p><p>　　K—材質(zhì)系數(shù)，取1.0</p><p>　　G=6.3KA=6.31.01218.72kg=7677.94kg</p><p><b>　　故選用10t鍛錘。</b></p><

88、p><b>　　2.4設(shè)計(jì)終段模膛</b></p><p>　　終鍛模膛是鍛件最后成形的模膛，通過它獲得帶飛邊的鍛件。終鍛模膛是按照熱鍛件圖制造的，模膛設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是繪制熱鍛圖和確定飛邊槽尺寸。</p><p>　　考慮金屬的熱脹冷縮，熱鍛件圖上的尺寸應(yīng)比鍛件圖的相應(yīng)尺寸有所放大。終鍛溫度下的收縮率為普通鋼：1.2%-1.5%；汽輪機(jī)葉片熱鍛件圖考慮1.5%冷

89、縮率。</p><p>　　2.5確定飛邊槽的形式和尺寸</p><p>　　錘上模鍛為開式模鍛，一般終鍛模膛周圍必須有飛邊槽，其主要作用是增加金屬流出模膛的阻力，迫使金屬充滿模膛。飛邊還可容納多余金屬。鍛造時(shí)飛邊起到緩沖作用，減弱上模對(duì)下模的打擊，使模具不易壓塌和開裂。此外飛邊處厚度較薄，便于切除。飛邊槽一般由橋口和倉部組成。</p><p>　　（1）飛邊槽形式

90、的選擇汽輪機(jī)葉片鍛件質(zhì)量為10.22kg，質(zhì)量不大，故選用標(biāo)準(zhǔn)形見圖2.12，其優(yōu)點(diǎn)是橋口在上模，模鍛時(shí)受熱時(shí)間短，溫開較低，橋口不易壓塌和磨損。</p><p>　　圖2.12 飛邊槽的結(jié)構(gòu)形式</p><p>　?。?）飛邊槽的尺寸確定設(shè)計(jì)錘上飛邊槽尺寸有兩種方法：</p><p>　　①噸位法。鍛件的尺寸即是選擇噸位的依據(jù)，也是選擇飛邊槽尺寸的主要依據(jù)。生產(chǎn)中

91、通常按設(shè)備噸位來選定飛邊槽尺寸，如表2.1所列。</p><p>　　表2.1飛邊槽尺寸與鍛錘噸位的關(guān)系（）</p><p>　?、谟?jì)算法。利用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算橋口高度后根據(jù)表2.1確定其他相關(guān)尺寸。</p><p><b>　　(4.5)</b></p><p>　　式中S—鍛件在分模面上的投影面積（ ）。</p&g

92、t;<p>　　由表4.4可以看出飛邊槽的尺寸選用10t。即:</p><p>　　=5mm，=50mm，B=16mm，=6mm，r=3mm</p><p><b>　　飛邊斷面積: </b></p><p>　　鍛件飛邊平均斷面積為：</p><p>　　=0.7=0.7 489.52=342.664(

93、4.7)</p><p>　　飛邊體積：=1199 342.664=410854</p><p><b>　　2.6模膛結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　錘鍛模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)鍛件品質(zhì)、生產(chǎn)率、勞動(dòng)強(qiáng)度、鍛模和鍛錘的使用壽命等有很大的影響。錘鍛模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)著重考慮模膛的布排、錯(cuò)移力的平衡及鍛模的強(qiáng)度、模塊尺寸、導(dǎo)向等等。</p>

94、<p>　　1.錯(cuò)移力的平衡與鎖扣的設(shè)計(jì)</p><p>　　錯(cuò)移力一方面使鍛件錯(cuò)移，影響尺寸精度和加工余量；另一方面加速鍛錘導(dǎo)軌磨損，使錘桿過早折斷。我們知道，設(shè)備的精度對(duì)減小鍛件的錯(cuò)差有一定的影響，但最根本、最有積極意義的是在模具設(shè)計(jì)方面采取措施，因?yàn)楹笳叩挠绊懜苯?，更具有決定作用。模膛中心與錘桿中心不一致，終鍛模膛中心偏離鍛桿中心，產(chǎn)生偏心距。為了減小由這些原因引起的錯(cuò)移力，處設(shè)計(jì)時(shí)盡量使模

95、膛中心與錘桿中心一致外，還可采用導(dǎo)向鎖扣。導(dǎo)向鎖扣的主要功能是導(dǎo)向，平衡錯(cuò)移力，它補(bǔ)充了設(shè)備的導(dǎo)向功能，便于模具安裝和調(diào)整。</p><p><b>　　2.鉗口設(shè)計(jì)</b></p><p>　　終鍛和預(yù)鍛模膛都必須設(shè)有鉗口，它位于模膛前方，鉗口可分夾鉗口與鉗口頸兩部分。夾鉗口在模鍛是是作為放置棒料及夾鉗用的，見圖2.13;鉗口頸是用于加強(qiáng)夾鉗聊頭與鍛件之間的連接，便

96、于鍛件起模；在鍛造時(shí)，鉗口作為澆鑄模膛檢驗(yàn)件的澆口之用。</p><p><b>　　圖2.13 鉗口</b></p><p>　　采用常用的鉗口形式：如圖2.14所示。</p><p>　　圖2.14 常用鉗口形式</p><p>　　鉗口尺寸按照[3]表24.2-37，有坯料邊長146選擇對(duì)應(yīng)得鉗口尺寸：</p

97、><p>　　=170，=80，=20</p><p>　　鉗口頸尺寸按照[3]表24.2-38，有鍛件質(zhì)量選擇鉗口頸尺寸:</p><p><b>　　=4,=14</b></p><p>　　取=40。預(yù)鍛鉗口頸尺寸需考慮兩件連接處發(fā)生斷裂等因素，將其加大到幾乎與整個(gè)鉗口寬度相等。此時(shí)，金屬消耗增加。</p>

98、<p><b>　　3.模具強(qiáng)度設(shè)計(jì)</b></p><p>　　錘上鍛模與強(qiáng)度有關(guān)的破壞形式主要有下列4種：在燕尾根部轉(zhuǎn)角產(chǎn)生裂紋；在模膛深處沿高度方向產(chǎn)生的縱向裂紋；模壁打斷；承擊面打塌。外因是打擊力極高或反復(fù)打擊；內(nèi)因主要因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，鍛模強(qiáng)度不夠。如模膛壁較薄，模塊高度較低，承擊面小，燕尾根部的轉(zhuǎn)角過小，模塊纖維方向分布不合理等。</p><p

99、>　　對(duì)于長軸類鍛件，纖維方向應(yīng)與鍛件軸線方向一致。</p><p>　　模壁厚度是由模膛到模塊邊緣，以及模膛之間的壁厚。鍛件寬度為146（熱鍛尺寸），模膛的最小外壁厚度[3]為=1.720.8≈35。</p><p>　　考慮鍛模應(yīng)用足夠的承擊面，鎖扣之間寬度取305,可使承擊面積達(dá)50000以上。</p><p>　　故模塊的寬度為：+b+20=200+1

100、40+20=360.</p><p>　　模塊的長度[3]為：</p><p>　　++=50+730+35=815,考慮到飛邊槽等取930。</p><p>　　模塊高度[3]表24.2-48最小為330,由于燕尾以及起重孔和檢查邊等因素取400。</p><p>　　故模塊尺寸為：360 930 400(寬 長 高)</p&

101、gt;<p><b>　　4.檢驗(yàn)角</b></p><p>　　檢驗(yàn)角在鍛模設(shè)計(jì)與制造時(shí)，是各模膛和燕尾尺寸的基準(zhǔn)面；在生產(chǎn)中士模具調(diào)整的依據(jù)。檢驗(yàn)角的二個(gè)平面互相垂直，一般是做在模塊前面與左面或有面，應(yīng)根據(jù)模膛排布情況而定。示意圖如圖2.15</p><p><b>　　寬度b=5</b></p><p>

102、;<b>　　高度h取100</b></p><p>　　圖2.15 鍛模結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　5.鍛模材料：根據(jù)[3]表24.2-49，由鍛模種類和設(shè)備噸位選擇為5。模膛表面硬度為39-44HRC，燕尾部分硬度為32-37HRC。</p><p>　　6.燕尾與鍵槽及起重孔尺寸</p><p>　　燕尾與鍵槽尺寸

103、如圖4.16，根據(jù)[3]表24.2-52，由噸位選:</p><p>　　b=400,h=80.5,b=100。</p><p>　　起重孔尺寸如圖4.16，根據(jù)[3]表24.2-57，由噸位選:</p><p>　　d=50,S=100</p><p><b>　　7.楔鐵及墊片</b></p><

104、;p>　　楔鐵見零件圖所示，根據(jù)[3]表24.2-53，由噸位確定尺寸規(guī)格：</p><p>　　上楔鐵：h=80,b=60.8,l=1330</p><p>　　下楔鐵：h=80,b=60.7,l=1500</p><p>　　墊片根據(jù)[3]表24.2-55，由噸位確定其尺寸：</p><p>　　h=80,l=1250,=64S=1

105、材料為35鋼。</p><p>　　8.模膛尺寸極限偏差</p><p>　　鍛模模膛尺寸公差可按工廠規(guī)定的技術(shù)條件執(zhí)行。具體各模膛的公差根據(jù) 表24.2-58由各尺寸查得：</p><p><b>　　終鍛:深度寬度長度</b></p><p><b>　　預(yù)鍛:深度寬度長度</b></p&

106、gt;<p><b>　　制坯:深度寬度長度</b></p><p><b>　　坺長:深度寬度長度</b></p><p>　　注：設(shè)計(jì)時(shí)一般在鍛模圖樣中都不標(biāo)</p><p><b>　　9.模膛表面粗糙度</b></p><p>　　圖2.16所示整體模在生

107、產(chǎn)中的表面粗粗度，可作為設(shè)計(jì)時(shí)參考，故取此些數(shù)據(jù)。預(yù)鍛型槽、分模面等部分經(jīng)過精銑后使其表面粗糙度達(dá)到R1.6m；終鍛型槽及毛邊槽橋部還需加以拋光，使表面粗糙度達(dá)R0.8m；毛邊槽倉部、起重孔及鉗口等非加工表面，銑削加工達(dá)R0.8m即可。</p><p>　　注：錘鍛模模膛表面粗糙度一般在鍛件圖樣中不標(biāo)出。</p><p>　　10.鍛件及鍛模三維設(shè)計(jì)</p><p>

108、;　　基于PRO/ENGINEER的鍛件、凹模、凸模及裝配圖的三維立體圖分別如圖2.17、圖2.18、圖2.19、圖2.20、圖2.21所示。</p><p><b>　　圖2.17 鍛件</b></p><p><b>　　圖2.18 凹模</b></p><p><b>　　圖2.19 凸模</b>

109、;</p><p>　　圖2.20 裝配圖01</p><p>　　圖2.21 總裝配圖</p><p>　　2.7導(dǎo)柱、導(dǎo)套設(shè)計(jì)</p><p>　　為了保證汁射模準(zhǔn)確合模和開模，在鍛模中必須設(shè)置導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的作用是導(dǎo)向、定位以及承受一定的側(cè)向壓力。</p><p>　　導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的形式主要有導(dǎo)柱導(dǎo)向和錐面定位兩

110、種，我們這里選取導(dǎo)柱導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)如圖2.22:</p><p>　　圖2.22 導(dǎo)柱、導(dǎo)套機(jī)構(gòu)</p><p>　　我們在設(shè)計(jì)此機(jī)構(gòu)的同時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn):</p><p>　　(1)、導(dǎo)柱應(yīng)合理地均布在模具分型面的四周，導(dǎo)柱中心至模具外緣應(yīng)有足夠的距離，以保證模具的強(qiáng)度。</p><p>　　(2)、導(dǎo)柱的長度應(yīng)比型芯(凸模)端面的高度高

111、出6-8mm，以免型芯進(jìn)入凹模時(shí)與凹模相碰而損壞。</p><p>　　(3)、導(dǎo)柱和導(dǎo)套應(yīng)有足夠的耐磨度和強(qiáng)度。</p><p>　　(4)、為了使導(dǎo)柱能順利地進(jìn)入導(dǎo)套、導(dǎo)柱端部應(yīng)做成錐形或半球形，導(dǎo)套的前端也應(yīng)該倒角。</p><p>　　(5)、導(dǎo)柱的設(shè)置應(yīng)根據(jù)需要而決定裝配方式。</p><p>　　(6)、一般導(dǎo)柱滑動(dòng)部分的配合形式