錐壁形零件作為飛機發(fā)動機重要的連接與傳動部件,內(nèi)部連接發(fā)動機主軸,外部與渦輪盤或者風扇盤固定,長期服役在高溫高壓的環(huán)境中,對其性能要求較為嚴格。由于該類型零件錐形薄壁的形狀特點,采用常規(guī)的鍛造生產(chǎn)工藝在直接鍛造生產(chǎn)時材料利用率低,并且各部位變形不均,造成各位置性能差異大,影響性能與服役壽命;傳統(tǒng)的預成形模具是基于經(jīng)驗和模擬方法,通過不斷的試錯來設計,效率低下。論文針對上述問題,通過對錐壁類鍛件的形狀結(jié)構(gòu)和鍛造工藝進行深入分析,制定更加合理的鍛造工藝,以保證在終鍛成形時充填完整與變形合理,并提高材料利用率和降低生產(chǎn)成本;同時為解決預成形模具的設計與優(yōu)化問題,提出一種基于多學科軟件聯(lián)合仿真的預成形模具優(yōu)化方法。論文基于數(shù)值模擬與生產(chǎn)試驗開展如下研究工作:（1）以航空發(fā)動機錐壁類鍛件為研究對象,分析傳統(tǒng)鍛造工藝生產(chǎn)錐形薄壁鍛件過程中的難點以及控制要點,改進錐壁類鍛件鍛造工藝方案。結(jié)果表明,對于壁厚均勻錐壁類鍛件,應該通過優(yōu)化餅坯高度對材料的流動進行控制,從而避免折疊缺陷的產(chǎn)生;對于壁厚差異較大的錐壁類鍛件,應該添加預鍛工序來合理分料,從而提高材料利用率以及控制鍛件變形均勻性。（2）聯(lián)合參數(shù)化... 

【文章來源】：重慶大學重慶市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：68 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

錐形薄壁鍛件

重慶大學碩士學位論文2錐壁類鍛件成形工藝分析及優(yōu)化10各種問題。2.1.2錐壁類鍛件成形要點及控制難點采用兩火成形的鍛造生產(chǎn)工藝，在實際生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)了諸多問題，造成鍛件合格率較低，浪費大量資源，不符合節(jié)能減排、綠色制造的理念。①壁厚均勻鍛件對于各位置壁厚差異較小的鍛件，在直接采用可兩火鍛造成形時可以獲得各位置變形效果較好的鍛件，但是，在實際生產(chǎn)中經(jīng)常會出現(xiàn)在鍛件頂部出現(xiàn)折疊缺陷，如下圖2.2(a)所示，可以看出鍛件頂部區(qū)域流線紊亂且向內(nèi)凹。②壁厚不均勻鍛件各位置壁厚差異較大的鍛件在生產(chǎn)過程中存在問題較多：1)由于此類零件分支結(jié)構(gòu)較多形狀復雜，在鍛件設計時為了保證在兩火成形工藝的情況下能夠充填完整以及盡量減小模具磨損而在局部位置進行了余量放大導致了材料利用率低；2)零件形狀較為復雜，壁厚差異較大，所以在填充過程中金屬的填充同時性不能保證，由下圖2.2(b)可以看出直接使用餅坯成形易造成分料不均鍛件充填不完整、變形不均勻；3)終鍛工藝利用側(cè)面進行定位，在鍛造時因為終鍛荒坯的形狀不規(guī)整，導致擺料時無法合理定位，造成鍛件輪廓各部位飛邊不均勻，鍛造成形穩(wěn)定性降低。（a）折疊（b）變形不均勻圖2.2鍛件缺陷Fig.2.2Forgingdefect高溫合金具有變形抗力大、導熱性差及可鍛溫度范圍窄等特點，由于邊緣部位壁厚小與空氣接觸面積大，溫度降低速度快，造成鍛造時不能達到終鍛溫度，導致鍛件報廢；高溫合金鍛件熱處理為低溫固溶處理，固溶溫度低于靜態(tài)再結(jié)晶溫度，因此，鍛件的晶粒尺寸不能通過熱處理細化，需要通過鍛造工藝來控制[43]；此外，由于鍛件尺寸大，在成形過程中，各部位的變形情況不能保持相同，鍛件內(nèi)部微觀組織形態(tài)不能進行合理的控制，造成最終鍛件性能不能達到發(fā)動機的?

重慶大學碩士學位論文2錐壁類鍛件成形工藝分析及優(yōu)化11用標準。因此，針對上述問題應該做出相對應的改進措施。2.2錐壁類鍛件成形工藝優(yōu)化為了保證鍛件形狀完整且內(nèi)部較好的組織形態(tài)，應該從填充、溫度、變形等方面進行合理的控制。因此，在鍛造過程中為了保持溫度均勻，防止局部降溫過快，在終鍛鍛荒坯外層使用包套。并通過設計合理的荒坯形狀來調(diào)節(jié)各部位的變形，來控制鍛件各部位變形均勻[16]。①壁厚均勻錐形零件對于形狀較為簡單的壁厚均勻錐壁鍛件，分析其產(chǎn)生折疊缺陷原因為：在鍛造成形過程中荒坯高度較大，材料流動距離遠，由于材料表面與模具型腔的摩擦阻力導致內(nèi)部材料流動速度比表層材料流動速度快，如圖2.3所示，進而造成在頂部產(chǎn)生折疊缺陷。因此，應該通過合理的控制餅坯的厚度來控制材料的流動，對餅坯高度進行優(yōu)化便可完成，此過程操作較為簡單可通過經(jīng)驗及簡單數(shù)值模擬來解決。圖2.3速度分布圖Fig.2.3Speedmap②壁厚差異較大錐形零件壁厚不均勻鍛件，1)對于材料利用率低的問題：應該根據(jù)零件進行隨形設計鍛件形狀，避免材料浪費，通過添加預鍛工序來合理分料，避免材料不合理的流動對的模具磨損；2)鍛件變形不均勻的問題：添加預鍛工序，進行合理分料確保各位置的材料具有合理的變形量，以及保證鍛件各部位填充的同時性；3)針對終鍛過程中定位不合理的問題：改變定位方式，在鍛造成形中鍛造荒坯形狀不穩(wěn)定，因此，應該避免利用餅坯的自然成形形狀（外輪廓）進行定位，應采用形狀固定的凹槽等方式完成定位。綜合來說，為了獲得形狀完整、變形均勻合格的錐壁形鍛件，設計形狀合理的終鍛荒坯是非常重要的，對于壁厚均勻鍛件需要優(yōu)化合適的餅坯高度；對于壁

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本文編號：3583265