压气机叶片辊轧模具型腔快速建模技术

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaNov252014V01．35No．113190—3198ISSN1000．6893ON11．1929／Vhttp：#hkxb．buaa．edu．cnhkxb@buaa．edu．cn压气机叶片辊轧模具型腔快速建模技术王渊彬，汪文虎*，张艳，解晓娜西北工业大学现代设计与集成制造技术教育部重点实验室，陕西西安710072摘要：为适应压气机辊轧叶片模具型腔的敏捷化设计需求，提出一种型腔模型建模方法。依据叶片气动外形及建模效率的双重要求，以叶片中弧面曲率变化规律作为评判基

2、准，规划工艺模型截面线族的位置与数量；基于此，建立截面线族映射法则以完成工艺模型叶形截面线族至辊轧模具扇面的重新空间分布，由所得型腔模型截面线族重构型腔型面；通过与回转体的布尔运算获得辊轧叶片模具型腔；以通用CAD软件为平台，开发了压气机叶片辊轧模具型腔自动化建模系统，实现了模具型腔的快速建模，使压气机辊轧叶片模具建模效率得到显著提高。．关键词：辊轧；压气机叶片；模具型腔；截面线族提取；空间分布；建模中图分类号：V263．1文献标识码：A文章编号：1000—6893(2014)11-3190—09压气机叶片是航空发动机中品种和数量最多的零件

3、，其设计和制造水平直接决定发动机的性能。压气机叶片的形状结构复杂，尺寸极化严重，技术要求严格，制造难度大。而辊轧工艺不仅加工工序少，生产周期短，生产效率高，而且叶片的疲劳性能好，因此针对大批量、薄壁、小尺寸的压气机叶片，常采用无余量辊轧成形工艺。目前国内外对辊轧工艺的研究主要集中在金属材料的微观结构与纹理[1‘]，对于发动机叶片的辊轧成形工艺的研究较少。Sedighi和Mahmoo—di[胡提出了一种基于决策算法的模拟薄壁叶片冷轧成形方法；Akgerman等[7]采用SHPROL与ROLPAS2个CAD软件建立了叶型截面辊轧过程模型；Klo

4、cke和Mader[83采取有限元软件分析了压气机叶片滚压中接触表面的复杂变形机理，得出了叶片接触面的应力分布规律；Gunasekera和Belinski[91结合实验数据与三维有限元分析优化了叶片辊轧过程，由此改善了辊轧叶片质量并降低了生产成本。国内对叶片辊轧工艺的研究，主要包括对叶片辊轧变形过程进行了数值模拟并对工艺参数进行了优化[10’13]，以及对某型号叶片的成形、热处理及长期时效过程中的组织性能变化规律进行了研究[1“。这些工作主要围绕叶片辊轧工艺参数及材料特性展开，但对辊轧模具的智能设计未开展深入研究。国内外对注塑模具[15-1

5、77、级进模[181以及精铸涡轮叶片模具口9。201的智能设计系统等已经有了较为深入的研究。然而，由于辊轧模具型腔面分布的特殊性，无法直接套用其他模具设计系统的方法。因此，随着对压气机叶片生产水平要求的日益提高和计算机软硬件技术的发展，压气机叶片辊轧模具智能化设计的工作势在必行。由于辊轧工艺需要，辊轧模具沿成型辊表面扇形区域附着在轧辊上。因此，叶片工艺模型截面线族需要在轧辊表面重新分布，使其缠绕映射到轧辊表面。航空发动机压气机叶片叶身型面为收稿日期：2013—12—03；退修日期：2014—01-02；录用日期：2014．03．04；网络出

6、版时间：2014．03．0714：16网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／10．7527／$1000．68932014．0006，htmI*通讯作者．Tel．：029·88490427E-mail：npuwwh@nwpu．educn鳓用耱武

7、WangYB．WangWH。ZhangY．etal，Rapidmodelingtechnologyofrollingmoldcavityofaero．enginecompressorblade￡J]．ActaAeronauticaetAstronauticaSinica，20

8、14．35(11)：3190—3198，I渊彬．汪文虎，张艳，等．压气枧叶片辊耗模具型腔快速建模技术!J]航空学报．2014．35(I”：3190．3198．王渊彬等：压气机叶片辊轧模具型腔快速建模技术自由曲面，无法在模具设计中直接对其进行缠绕映射。目前国内传统的制作方法为手工建模，但该方法人为因素大、工量大、效率低，且精度难以保证。因此，亟需开展压气机叶片辊轧模具智能设计工作，其首要任务就是实现模腔的快速精确建模。由于辊轧叶片模腔的建立需要进行型腔优化与反变形放型设计，方可得到辊轧精确成形的工艺型腔体模型，本文主要针对已获取的叶片工艺型腔

9、体模型，开展有理截面线选取及模腔回转映射研究，以实现叶片辊轧模腔的快速建模。首先，依据叶片中弧面的扭曲程度提取叶片工艺模型截面线族；其次，构建映射法则完成工艺模型截面线族至型腔截