一种适用于厚截面钛合金整体叶盘锻件的随形加工设计方法技术

本发明专利技术属于钛基合金领域，具体涉及到一种适用于厚截面钛合金整体叶盘锻件的随形加工设计方法，包括适用的合金类型、叶盘特征结构形式及尺寸设计等组成要素。本发明专利技术的随形加工设计方法适于TC25G、TA33、TA37、TA38等钛合金厚截面整体叶盘锻件，可最大限度使强度等关键性能得到保持，确保厚截面锻件力学性能满足设计要求。本专利技术可用于整体或局部厚度超过100mm的大尺寸厚截面整体叶盘锻件的随形加工设计，满足先进航空发动机对大尺寸厚截面整体叶盘锻件的应用需求。叶盘锻件的应用需求。叶盘锻件的应用需求。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于厚截面钛合金整体叶盘锻件的随形加工设计方法


[0001]本专利技术属于钛基材料加工制造领域，具体涉及到一种适用于厚截面钛合金整体叶盘锻件的随形加工设计方法。

技术介绍

[0002]钛合金具有比强度高、耐蚀、耐热等优点，因此在航空、航天、石油、化工、能源、汽车、医疗、体育休闲等领域得到广泛应用。随着航空和航天技术的发展，对钛合金尤其是高温钛合金的需求逐渐扩大，技术要求也逐渐提高，如要求耐更高温度、更高强度、良好工艺性能等。
[0003]结构一体化设计是近年来提出的一个新设计理念，主要目的是减少零件数量、提高结构效率。结构一体化意味着零件尺寸增大、结构复杂性提升，从而导致制备技术难度的大幅度提升。因此结构一体化设计思想，需要有先进的材料及工艺技术支撑。
[0004]近年来，先进航空发动机对高温大尺寸整体叶盘锻件提出强烈需求。如传统钛合金整体叶盘的直径约700mm左右，近年来新型发动机要求整体叶盘直径≥1100mm，所需锻件毛坯重量由原来的≥200kg提升到≥400kg，厚度由原来的≤80mm增加到100mm以上；同时从减重和减少零件数量角度，需要尽可能采用盘
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鼓整体结构。盘
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鼓整体结构的特点是盘和鼓筒采用非机械连接的办法形成一体，可采用模锻直接成形锻坯+数控加工方式制备，工艺流程大幅简化，零件数量显著减少。但因为盘和鼓筒合并制造后，锻件尺寸尤其是厚度方向尺寸明显增大，根据结构形式不同，如单侧鼓筒或双侧鼓筒，整体叶盘最厚部位尺寸在140mm～500mm之间，对原材料质量要求提高，锻件不同位置显微组织均匀性及性能控制面临巨大挑战。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种适用于厚截面钛合金整体叶盘锻件的随形加工设计方法，技术原理适用于TC25G、TA32、TA33、TA37、TA38等高温钛合金材料。
[0006]一种适用于厚截面钛合金整体叶盘锻件的随形加工设计方法，该随形加工设计方法适用的高温钛合金材料为TC25G、TA33、TA37、TA38，其特征是适用于航空发动机整体叶盘锻件制备，力学性能对热处理后冷速敏感。
[0007]所述的一种适用于厚截面钛合金整体叶盘锻件的随形加工设计方法，其优选方案为，所述的随形加工锻件的制备工艺路线为制坯
→
模锻、空冷
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粗加工
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超声波探伤
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随形加工
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热处理
→
精加工。
[0008]所述的一种适用于厚截面钛合金整体叶盘锻件的随形加工设计方法，其优选方案为，其设计方案步骤如下：
[0009]步骤一：首先根据零件图，设计锻件毛坯图，给出锻件毛坯的纵剖面尺寸；
[0010]步骤二：确定锻件毛坯叶片、轮缘、辐板、轮毂等不同区域的厚度；
[0011]步骤三：对整体叶盘锻件毛坯进行随形加工设计，在零件图基础上，对随形加工部
位单边增加余量，据此给出随形加工初始样图；
[0012]步骤四：如果随形加工部位包含叶片，叶片部位的随形加工尺寸设计需满足2π(r+15～25)/n+δ≥40mm的约束条件，式中r为叶根半径，n为叶片数量，δ为叶片最大厚度；
[0013]步骤五：叶片叶盆和叶背余量采用非对称设计；
[0014]步骤六：过渡区包括轮毂
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辐板过渡、辐板
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叶片过渡、轮缘
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鼓筒连接区等，对过渡区尺寸进行优化设计；
[0015]步骤七：在前述步骤一至步骤六的基础上，给出随形加工的最终设计方案。
[0016]所述的一种适用于厚截面钛合金整体叶盘锻件的随形加工设计方法，其优选方案为，步骤三中，随形加工锻件的任一部位、任一位置不同方向最小尺寸，设置为厚度，按零件图尺寸单边留≥13mm的余量设计。
[0017]所述的一种适用于厚截面钛合金整体叶盘锻件的随形加工设计方法，其优选方案为，步骤二中，其尺寸超过100mm的部位确定为随形加工区域；且该随形加工设计方法适用于整体或局部厚度≥100mm的整体叶盘锻件。
[0018]所述的一种适用于厚截面钛合金整体叶盘锻件的随形加工设计方法，其优选方案为，步骤五中，叶盆和叶背所留余量不同，叶背面比叶盆面多留1mm～4mm的加工余量。
[0019]所述的一种适用于厚截面钛合金整体叶盘锻件的随形加工设计方法，其优选方案为，步骤六中，确保随形加工锻件任一位置的特征尺寸≤100mm。
[0020]本专利技术的优点及有益效果是：
[0021]本申请案针对先进航空发动机对大尺寸高温钛合金叶盘及结构一体化的设计应用需求，提出了一种适用于厚截面钛合金整体叶盘锻件的随形加工设计方法。其基本思路是首先对锻件毛坯(附图1)进行随形加工(附图2)，去除多余材料，使大尺寸厚截面锻件局部尺寸达到与传统小尺寸锻件相当的水平，然后再进行热处理。但随形加工后的锻件形状非常复杂，存在应力集中、薄壁和局部悬空区域，需要综合考虑后续高温热处理可能出现的尺寸超标和应力开裂难题，因此需要对随形加工锻件形状及尺寸进行创造性设计，目的是充分利用随形加工的优点，最大限度规避其带来的问题。
[0022]采用本专利技术的随型加工设计方法后，可带来以下有益效果及便利：
[0023]1、整体叶盘零件设计及制备的尺寸约束显著减小，大尺寸、大厚度、高性能整体叶盘锻件的设计和应用具备了技术基础；
[0024]2、设计方法相对简单、易操作；
[0025]3、会促进系列新技术(如超大尺寸锻件制备技术)、新方法(如本申请案所述的随形加工锻件设计方法)、新标准(如随形加工锻件的检验验收标准)的产生，有利于行业技术进步。
附图说明
[0026]附图1传统整体叶盘锻件毛坯示意图；
[0027]附图2随形加工锻件示意图；
[0028]附图3叶片随形加工位置设计示意图；
[0029]附图4随形加工叶片叶盆和叶背非对称设计示意图；
[0030]附图5本申请案实施例1锻件由表面到心部的硬度变化曲线；
[0031]附图6本申请案实施例2锻件1000℃附近的蠕变曲线；
[0032]附图7本申请案实施例3随形加工示例；
[0033]附图8本申请案实施例4随形加工示例。
具体实施方式
[0034]本专利技术提供了一种适用于厚截面钛合金整体叶盘锻件的随形加工设计方法，包括适用的材料、叶盘特征结构形式及尺寸设计原则、方法等组成要素。具体包括如下步骤：
[0035]1)根据目标零件形状尺寸，设计并给出锻件毛坯图；
[0036]2)根据锻件毛坯图，以锻件特征厚度是否≥100mm，确定随形加工部位；
[0037]3)在目标零件尺寸基础上，以零件随形加工部位尺寸最小方向(一般为厚度方向)单边留不小于13mm余量为基本依据，出具初始样图；
[0038]4)对初始样图进行优化设计：1)对随形本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于厚截面钛合金整体叶盘锻件的随形加工设计方法，其特征在于：该随形加工设计方法适用的高温钛合金材料为TC25G、TA33、TA37、TA38，其高温钛合金材料适用于航空发动机整体叶盘锻件制备，力学性能对热处理后冷速敏感。2.按权利要求1所述的一种适用于厚截面钛合金整体叶盘锻件的随形加工设计方法，其特征在于：所述的随形加工锻件的制备工艺路线为制坯
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模锻、空冷
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粗加工
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超声波探伤
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随形加工
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热处理
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精加工。3.按权利要求1
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2所述的一种适用于厚截面钛合金整体叶盘锻件的随形加工设计方法，其设计方案步骤如下：步骤一：首先根据零件图，设计锻件毛坯图，给出锻件毛坯的纵剖面尺寸；步骤二：确定锻件毛坯叶片、轮缘、辐板、轮毂等不同部位的厚度；步骤三：对整体叶盘锻件毛坯进行随形加工设计，在零件图基础上，对随形加工部位单边增加余量，据此给出随形加工初始样图；步骤四：如果随形加工部位包含叶片，叶片部位的随形加工尺寸设计需满足2π(r+15～25)/n+δ≥40mm的约束条件...

【专利技术属性】
技术研发人员：王清江，钟燕，谭海兵，刘建荣，汪亮亮，王静，李文渊，
申请(专利权)人：中国航发四川燃气涡轮研究院，
类型：发明
国别省市：