无余量叶片辊轧模具型腔优化设计与磨损分析研究

发布时间：2021-04-25 00:22

　　叶片是航空发动机中重要的零部件,对几何形体尺寸和机械性能要求高。不同的叶片采用不同的制造工艺,薄壁小尺寸的高压压气机叶片通常采用无余量辊轧成形。叶片辊轧成形是毛坯在一对逆向旋转的辊轧模具的挤压作用下发生塑性变形、获得具有一定尺寸形状和机械性能的叶片的成形工艺。由于无余量叶片的制造精度要求高,其成形质量对辊轧模具型腔的几何形体尺寸和保形能力非常灵敏。因此研究叶片辊轧模具型腔优化设计方法并监控型腔服役过程中的磨损演化,对于提升批量辊轧成形叶片的精度、缩短模具设计定型周期和延长模具使用寿命,具有重要的理论意义和工程应用价值。本文针对无余量辊轧成形叶片精度控制问题,基于叶片型面几何特征延拓关系和模具型腔-叶片型面的共轭运动关系,研究了叶片辊轧模具型腔的设计方法;同时基于叶片辊轧变形和弯曲回弹理论,建立解析模型以补偿叶片成形中的前滑和回弹,实现了叶片辊轧模具型腔的优化设计。在此基础上建立叶片辊轧有限元模型,研究辊轧模具型腔服役过程中的载荷响应;进而研究模具型腔的磨损分布和演化,并评估模具使用寿命。通过研究模具型腔的优化设计和模具型腔磨损评估方法,提升叶片辊轧模具型腔的设计精度和服役过程中的几何结... 

【文章来源】：西北工业大学陕西省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：137 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 叶片辊轧成形存在的问题分析
    1.3 国内外研究现状
        1.3.1 叶片辊轧成形工艺与模具型腔建模研究现状
        1.3.2 辊轧前滑研究现状
        1.3.3 弯曲回弹与补偿方法研究现状
        1.3.4 模具型腔载荷影响研究现状
        1.3.5 模具型腔磨损研究现状
    1.4 课题来源与研究目标
        1.4.1 课题来源
        1.4.2 研究目标
    1.5 研究内容与章节安排
        1.5.1 研究内容
        1.5.2 章节安排
    1.6 本章小结
第二章 叶片辊轧成形工艺与模具型腔设计方法
    2.1 引言
    2.2 叶片辊轧成形工艺与模具型腔建模方法
        2.2.1 叶片辊轧成形工艺
        2.2.2 叶片辊轧成形运动学分析
        2.2.3 辊轧叶片模具型腔建模方法
    2.3 辊轧叶片工艺建模技术
        2.3.1 叶片几何结构分析
        2.3.2 叶片工艺建模方法
    2.4 辊轧叶片辊轧模具型腔映射方法
    2.5 叶片辊轧模具型腔精度分析
        2.5.1 叶片辊轧成形实验
        2.5.2 辊轧成形叶片精度分析
    2.6 本章小结
第三章 叶片辊轧模具型腔前滑补偿方法
    3.1 引言
    3.2 辊轧前滑机理与前滑值计算模型
        3.2.1 辊轧变形区内构件与模具的共轭运动分析
        3.2.2 对称辊轧前滑计算模型
    3.3 叶片辊轧成形截面前滑补偿模型
        3.3.1 辊轧前滑补偿建模
        3.3.2 叶片截面前滑值求解
        3.3.3 叶片截面线映射中心角求解
    3.4 叶片辊轧模具型腔前滑补偿方法验证
        3.4.1 叶片辊轧模具型腔前滑补偿
        3.4.2 叶片辊轧模具型腔前滑精度分析
    3.5 本章小结
第四章 叶片辊轧模具型腔回弹补偿方法
    4.1 引言
    4.2 回弹基本原理与补偿模型
        4.2.1 弯曲变形应力应变演化分析
        4.2.2 塑性弯曲回弹补偿模型
        4.2.3 弯曲回弹量参数化计算模型
    4.3 辊轧叶片截面回弹补偿方法
        4.3.1 叶片截面微元化
        4.3.2 微元参数化与回弹补偿
        4.3.3 叶片截面回弹补偿
    4.4 叶片辊轧模具型腔回弹补偿方法验证
        4.4.1 叶片辊轧模具型腔回弹补偿
        4.4.2 叶片辊轧模具型腔回弹补偿验证
    4.5 叶片辊轧模具型腔定型验证
    4.6 本章小结
第五章 叶片辊轧成形模具型腔接触响应
    5.1 引言
    5.2 机械接触局部载荷与滑移模型研究
        5.2.1 弹塑性接触模型
        5.2.2 对称辊轧接触响应模型
    5.3 接触问题有限元求解及叶片辊轧成形模型收敛性验证
        5.3.1 有限元分析接触问题及其求解方法
        5.3.2 有限元分析结果有效性判定
        5.3.3 叶片辊轧有限元模型收敛性分析
    5.4 叶片辊轧模具型腔局部接触响应研究
        5.4.1 叶片辊轧模具型腔接触应力分布及演化
        5.4.2 叶片辊轧模具型腔剪切应力分布及演化
        5.4.3 叶片辊轧模具型腔接触滑移分布及演化
    5.5 本章小结
第六章 叶片辊轧模具型腔磨损与寿命预测
    6.1 引言
    6.2 粘着和滑移磨损模型
        6.2.1 粘着磨损理论
        6.2.2 Archard粘着磨损模型
    6.3 粘着滑移磨损系数测试
        6.3.1 磨损系数测试原理
        6.3.2 磨损系数测试
        6.3.3 磨损系数回归分析
    6.4 叶片辊轧模具型腔磨损演化研究
        6.4.1 叶片辊轧模具型腔瞬态磨损分布与演化
        6.4.2 叶片辊轧模具型腔磨损分布
    6.5 叶片辊轧模具型腔寿命预测研究
        6.5.1 叶片辊轧模具型腔寿命预测方法
        6.5.2 叶片辊轧模具型腔寿命预测验证
    6.6 本章小结
第七章 总结与展望
    7.1 论文工作总结
    7.2 论文主要创新点
    7.3 工作展望
参考文献
攻读博士学位期间发表论文及参加科研情况
致谢


【参考文献】：
期刊论文
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[9]模锻叶片及工装计算机辅助设计研究[D]. 何雪军.东北大学 2009
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本文编号：3158339