宽弦空心风扇叶片超塑成形扩散连接工艺研究

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1、中图分类号：V236.1论文编号：102870515-S190学科分类号：082503硕士学位论文宽弦空心风扇叶片超塑成形/扩散连接工艺研究研究生姓名吴心晨学科、专业航空宇航制造工程研究方向计算机辅助金属塑性成形指导教师陈明和教授南京航空航天大学研究生院机电学院二О一五年一月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofMechanical&ElectricalEngineeringResearchonSuperplasticFormingandDiff

2、usionBondingTechnologyofHollowWide-chordFanBladeAThesisinAeronauticalandAstronauticalScienceandTechnologybyWuXinchenAdvisedbyProfessorChenMingheSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringJanuary,2015承诺书本人声明所呈交的博/硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成

3、果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其它人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：摘要钛合金宽弦空心风扇叶片具有重量轻、效率高、抗外物损伤能力强等优点，并能提高发动机的推重比，广泛用于高性能涡轮风扇发动机。空心风扇叶片结构复杂、综合性能要求高，其生产制造普遍采用以超塑成形/扩散连接(Supe

4、rplasticforming/diffusionbonding,SPF/DB)为基础的组合成形工艺技术，目前国内尚未掌握其制造的核心技术。随着我国航空产业的持续高速发展，宽弦空心风扇叶片的市场需求量快速增加，迫切需要实现自主化生产。本文针对我国在空心叶片制造中存在的技术瓶颈问题，开展了基于SPF/DB的两层结构TC4钛合金空心风扇叶片的关键制造工艺技术研究，主要工作如下：1.依据空心风扇叶片的结构特点，在分析其SPF/DB工艺难点的基础上规划了一套采用三次加热循环的工艺路线，制定了具体的实施方案，并根据质量要求确定了质量检测方法。2.基于有限元逆

5、算法建立叶片毛坯外形计算的有限元模型，在通用有限元软件ABAQUS中完成计算，并通过几何重建技术得到了毛坯外形曲面，为毛坯制造提供了数模。3.对预制筋条平板毛坯的扩散连接工艺进行研究，对工艺参数选择、待连接表面预处理、型腔尺寸缩放以及定位导正结构设计等关键工艺细节进行详细的解析，制得了整体空心叶片毛坯，并经超声波C扫描和微观组织分析，接合面上的扩散连接质量满足要求。4.研究了空心叶片毛坯的热扭转预成形工艺，结合扭转机构设计方案分析了扭转夹头的运动参数轨迹，通过数值模拟对比研究了单/双轴扭转的差异，进而确定了最佳的工艺参数，获得了理想的空心叶片过渡外

6、形。5.对预成形后叶片的精整工艺进行了研究，采用模压叶型整形和气压加载面板超塑校形技术，设计了专用精整模具和加载气路，利用数值模拟分析了升压速度、保压时间和最大压力对于面板校形结果的影响，据此选择最佳的工艺参数制得了结构完整、面板厚度均匀、外形准确的叶片样件。通过以上工艺技术的研究，攻克了两层结构钛合金空心风扇叶片的若干关键制造技术，小批量成功制出了TC4钛合金材料的宽弦空心风扇叶片样件，经检测制件各项性能指标完全满足图纸要求。课题研究成果为我国大尺寸钛合金宽弦空心风扇叶片的自主研制生产提供了重要的技术支撑。关键词：TC4钛合金，超塑性成形，扩散连

7、接，宽弦空心风扇叶片，毛坯优化设计，叶片扭转成形IABSTRACTThehollowwide-chordtitaniumfanbladeshowsobviousadvantagesinweightcontrol,efficiencypromotionandimpactresistance,whichalsoimprovesthrust-to-weightratiooftheengine.Theyhavebeenwidelyusedinhigh-performanceturbofanengines.Modernhollowfanbladesaredi

8、fficulttofabricateduetostructuralcomplexityalongwithstrictint