预制坯形状对高压导叶片锻造成形过程中金属流动影响.pdf

文 章编 号 ：1672—0121(2014)03—0060—03 预制坯形状对高压导叶片 锻造成形过程 中金属流动的影 响 王 敬 (重庆工 商职 业学 院 汽 车工程 系，重庆 400074) 摘要 ：高压导 叶片锻造成形 时 内部 出现流线涡流 、应变分布不均及应力集 中等缺 陷。针对此现 象 ，本文研 究 了不 同预制坯形状对金属流动 的影响 。研 究结果表 明：预制坯榫头部分形状 为腰 果形且外侧加设一定高度 的 凸 台 、叶身部 分 坯料 为半 月形 时，所有 金属 都在 指 定 的范 围 内作 短程 的定 向流 动 ，成形 完毕 后 金属 流线 与 锻件形状保持 一致 ，流线顺 畅 ，可 以使锻件 内部变形更均匀 ，避 免 了应力集 中现 象 关键词 ：锻造成形 ；高压导叶片 ；预制坯形状 ；金属流动 ；数值模拟 中图分类 号 ：FG316 文献标 识 码 ：A 0 前言 本 文 中 的高压 导 叶片 具有 两 个 大 小 均 的桦 高压导 叶片是重 型燃机 中的重要零部件 在设 头 ，分居 叶身的两侧 ，形 状较 为复杂 如 1所 ／J，榫 备 T：作过程 中起着能量转换 的关键作用I-I。 于1一作 头部分呈不规则菱形且外侧部分具有突flJ的矩形 凸 环境 的特殊性 ，对 叶片 的耐高温性 、抗疲劳性 、抗蠕 台 ，这对 成形 过程 中金 属 的流动造 成一一定 的I木l难 ，在 变性 和内部质量等都有着严格 的要求 。但是 ，南于 榫 头 的尖角 部分 以及 凸 台_Lj榫 身过渡 之 间形 成 允 材料 的难变形性 以及叶片类零件 的复杂形状 ，锻造 不满缺 陷 。另外 ，在榫头与 叶身的结合部 ，rh于形状 后得到 的锻件 内部经常 现流线紊乱 、应力集 中等 的差异性 导致两 区域 的金属 流动 的差 异 ，住 陔区域 锻造缺 陷，严重影响—r件 的工作效率和使用寿命 。 易 出现折叠 。通过增加坯料体积 以及 改变成形 1艺 为获得 高质 量模 锻件 ，预 制坯 设计 在 锻 造 L艺研 究 可 以解 决 以 匕问题 ，但 是在 件 的 人『】部 ，容易形成金 中起 着 卜分 重要 的作 用 ，合 理 的预制 坯 设计 能有效 属流线紊乱 、应力集 中等缺 陷 。 增 强金 属在 腔 中的流 动性 ，获得 流线 顺 畅 、组织 细 密 的锻件 ． 近年来 ，对 叶片锻造过程 的数值模拟大都舍弃 了以往 简化 了的平面应变分析 ，而采用 _二维有 限元 软件 模 拟叶片 的成 形过 程 ，这对 于成形 过 程 为 l二维 非稳态 的叶片 ，能得到更加精确 的场量信 息I 然 而 ，在通过优化预制坯形状而改进 叶片锻件性 能方 面 ，却鲜有报道 。本文 以某 高压导叶片为例 ，通过对 图 1 叶片 i维模型 不 同形状预制坯 的不 同部位采用 多截面 的方法来获 叶片选 用 材 料 为 lCr12Mo(即 A1SI一403)，模 H 取 叶片锻件 内部 的金属 流线 、应 力应 变场 的分布情 材料 为模具俐 4CrSMoV1Si(即 A1SI—I113) 况 ，证 实 了合理 的预制坯形状能有效解 决叶片锻造 锻 造丁 艺优 化及 生产 2 不 同预 制坯 形状 对锻 件性 能 的影响 本文针对规则形状 与经过优化设计后 的不规则 形状两种情况来分析预制坯 的形状对锻件质量 的影 响 。为 引用方便 ，将规则形状 的预制坯定为 1#预制 坯 ，经过优化设计