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      航空發(fā)動機燃燒室某鍛件成型工藝及數(shù)值模擬分析

      2016-12-31 00:00:00覃波吳安如陳娟
      科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2016年26期

      摘 要:采用DEFORM-3D軟件對鎳基718合金鍛件的鍛造成形過程進行了仿真模擬分析,對不同圓角半徑下一次成型工藝的金屬填充情況進行了模擬,同時對二次成型工藝下不同模具圓角半徑對填充情況、等效應(yīng)力應(yīng)變、成形載荷的影響進行模擬分析得到較優(yōu)的成形工藝參數(shù)。

      關(guān)鍵詞:發(fā)動機燃燒室;鍛件;成型工藝;數(shù)值模擬

      燃燒室位于壓氣機和渦輪之間,是航空發(fā)動機三大部件之一,其作用是將燃油中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能做功,燃燒室性能的好壞決定了整個發(fā)動機性能的好壞。文章以航空發(fā)動機燃燒室某鍛件為研究對象,分析一次和二次成型工藝下,不同圓角半徑對金屬填充及應(yīng)力應(yīng)變、模具載荷的影響。

      1 模擬參數(shù)的設(shè)置

      工件材料為高溫合金鎳基718,坯料選擇DEFORM-3D材料庫中自帶的IN718-6um[1650-2220F],模具材料為5CrNiMo,單擊die-material,模具選擇材料庫中自帶的AISI-L6,摩擦系數(shù)設(shè)為0.25。

      2 試驗結(jié)果及分析

      2.1 一次成型時不同圓角半徑對填充情況的影響

      圖1所示分別為不同圓角半徑下金屬填充情況,(a)表示圓角半徑為3mm時鍛件的填充情況,(b)表示圓角半徑為5mm時鍛件的填充情況,(c)表示圓角半徑為6mm時鍛件的填充情況,圖(d)表示圓角半徑為8mm時鍛件的填充情況。

      由圖可以看出,在鍛件的轉(zhuǎn)角處金屬填充情況較差,無論如何改變圓角半徑的大小都無法使金屬填充滿模膛,因此一次成形不能獲得較好的鍛件,采用二次成型進行模擬。

      2.2 二次成型時不同圓角半徑對應(yīng)力應(yīng)變及填充的影響

      (1)對應(yīng)力應(yīng)變的影響

      由圖2可以看出,鍛件的圓角部分等效應(yīng)力較大,鍛件對模具的磨損嚴重,為提高模具的整體壽命,該部位需要進行一定的模具強化處理。鍛件的應(yīng)變分布較均勻。由半徑-應(yīng)力曲線圖可以看出,隨著圓角半徑的增大,圓角處局部應(yīng)力整體上來看是呈下降趨勢,因此,在不影響鍛件使用和保證外觀的條件下,盡量選用較大的圓角半徑,這樣可以避免應(yīng)力集中,防止開裂。

      (2)對填充情況的影響

      圖3所示分別為不同圓角半徑下金屬的填充情況,由圖可以看出,在鍛件的轉(zhuǎn)角處金屬填充情況較差,圓角半徑過小或過大時此處的金屬成形困難,在鍛造結(jié)束后應(yīng)重點檢查此處的尺寸。

      (3)不同始鍛溫度對金屬填充的影響

      圖4所示分別為坯料在不同的始鍛溫度下對模具載荷的影響,(a)-(d)分別表示坯料的始鍛溫度為980℃、1000℃、1030℃、1070℃時鍛件的填充情況。

      由圖可以看出鍛件溫度最低的地方位于鍛件底部位置,由于模具溫度較低,并且此處與模具接觸時間較長,鍛件的溫度較低,此處鍛造成形較為困難,提高溫度能改善金屬填充情況,但I718可鍛溫度范圍為968℃~1100℃之間,在1040℃左右晶粒出現(xiàn)再結(jié)晶長大現(xiàn)象,因此溫度過高會使局部晶粒長大,影響產(chǎn)品綜合力學(xué)性能。

      2.3 最優(yōu)工藝參數(shù)選擇

      通過分析金屬在鍛造過程中的變形情況,得到了燃燒室鍛件在鍛造成形過程中的金屬流動規(guī)律。分析發(fā)現(xiàn)鍛件的幾個轉(zhuǎn)角處成形困難。通過對鍛件溫度場的分析,發(fā)現(xiàn)鍛件的溫度分布不均勻,飛邊的溫度較高,與下模接觸處的溫度較低,這不利于金屬的流動,因此會影響鍛件成形。通過對鍛造過程中載荷的分析,發(fā)現(xiàn)鍛件的鍛造溫度是影響鍛造載荷的重要因素。隨著溫度增加,載荷下降。通過對鍛件等效應(yīng)力的分析,發(fā)現(xiàn)鍛件的轉(zhuǎn)角處應(yīng)力較大且圓角是影響應(yīng)力的重要因素。為了改善鍛件的充填情況,使金屬能夠更好的充滿模膛,根據(jù)數(shù)值模擬分析,對于文章所研究的燃燒室某鍛件的鍛造成形,兩次成形效果更好,在對該鍛件進行成形時,最佳的始鍛溫度為1030℃左右,模具預(yù)熱溫度300℃左右較好,下壓速度15mm/s,坯料與模具的摩擦系數(shù)為0.25左右,在這樣的工藝參數(shù)下,可以得到質(zhì)量較好的鍛件。

      3 結(jié)束語

      (1)探討一次成型對金屬填充的影響,發(fā)現(xiàn)無論如何改變圓角半徑和其他參數(shù)都無法填充滿;

      (2)改用二次成型工藝,探討不同圓角半徑對成型過的影響,得出圓角半徑為5mm時填充最佳;

      (3)對于文章所研究的燃燒室某鍛件的鍛造成形,兩次成形效果更好,在對該鍛件進行成形時,最佳的始鍛溫度為1030℃左右,模具預(yù)熱溫度300℃左右較好,下壓速度15mm/s,坯料與模具的摩擦系數(shù)為0.25左右,在這樣的工藝參數(shù)下,可以得到質(zhì)量較好的鍛件。

      參考文獻

      [1]姚澤坤.鍛造工藝學(xué)與模具設(shè)計[M].西安:西北工業(yè)大學(xué),2001:1-4.

      [2]遲春生,等.中國鍛造行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢[J].金屬加工,2010,23:3-5.

      作者簡介:覃波,研究方向:鎂合金。

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