[發明專利]一種基于應力松弛的等截面空心風扇葉片小角度扭轉方法

有效

• 申請號: 201710852930.3
• 申請日: 2017-09-20
• 公開（公告）號: CN107671152B
• 公開（公告）日: 2019-01-11
• 發明（設計）人: 陳明和;王寧;謝蘭生;吳榮華;葉建華
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: B21D11/10
• 分類號: B21D11/10;B21D37/16;B21D53/78
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 賀翔

本發明公開了一種基于應力松弛的等截面空心風扇葉片小角度扭轉方法，包括：采用高溫應力松弛試驗方法獲得葉片材料在不同溫度及不同初始應變條件下的應力松弛曲線，并依據葉片扭轉后變形量確定成形溫度及應力松弛時間；根據葉片截面形狀及葉片扭轉角度設計裝夾扭轉裝置；室溫下，通過與空心葉片兩端配合的裝夾扭轉裝置，將葉片扭轉至最終成形角度；將裝夾好的葉片及裝夾扭轉裝置一同轉移到加熱裝置中，等待葉片加熱至設計的應力松弛溫度并保持至設計松弛時間；停止加熱，待冷卻后取出葉片，拆除裝夾扭轉裝置。本發明簡化了目前高溫扭轉成形的裝置及工藝過程，采用高溫應力松弛方法對空心風扇葉片進行扭轉成形。

技術領域

本發明屬于空心風扇葉片扭轉技術領域，具體指代一種基于應力松弛的等截面空心風扇葉片小角度扭轉方法。

背景技術

空心葉片能夠減輕葉片自身重量，提高工作效率。同時葉片線形需根據氣體流動要求進行設計，往往具有一定的扭轉彎曲角度。

目前，常見的等厚度實心葉片扭轉成形工藝是通過扭轉夾具夾持葉片，葉片榫頭固定，通過夾頭轉動實現葉身扭轉變形。針對鈦合金變厚度空心葉片的高溫扭轉彎曲成形，中國發明專利申請號為CN201310508213.0及CN201320660835.0中提出了一種空心葉片推彎成形工藝及一種空心葉片推彎成形模具，依據成品空心葉片外形曲面設計出帶有兩邊開口模腔通道的模具，夾持葉片榫頭將葉片從模腔通道一端推入模具型腔，葉片在模具型腔內表面的作用下受迫彎曲，發生扭轉變形。中國發明專利申請號為CN201510122613.7及CN201520157870.X公開的專利申請中針對推彎工藝中只能精確控制葉片榫頭的位移而不能控制葉身部位變形的缺點，提出了一種空心葉片多截面扭轉成形方法和裝置，實現了對葉片葉身不同截面扭轉變形的精確控制。上述葉片扭轉成形方法均適用于大扭轉角葉片成形，且都是在常溫下裝夾零件，并利用加熱裝置將葉片加熱到成形溫度，通過傳動裝置帶動扭轉夾具完成葉片扭轉。扭轉過程需在高溫下進行，扭轉裝置復雜且設計及制造成本較高，扭轉夾具的運動需要精確控制。

對于等截面的小扭轉角空心風扇葉片，若采用以上高溫扭轉成形方法對于扭轉裝置裝夾及運動精度要求高，成形過程成本將大大提升。若采用常溫下冷成形方法，由于變形量較小，回彈影響大，扭轉角度難以精確控制，扭轉成形困難。

應力松弛成形方法是常溫下通過夾具裝夾使零件變形達到設計要求并將零件固定，而后將零件及夾具一同加熱至應力松弛溫度，利用材料在升溫條件下內部應力隨時間增長而減小，同時彈性變形轉變為塑性變形的特性實現零件塑性成形。

發明內容

針對于上述現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種基于應力松弛的等截面空心風扇葉片小角度扭轉方法，以解決現有技術中常溫下成形方法帶來的回彈影響、扭轉角度難以精確控制的問題。本發明簡化了目前高溫扭轉成形的裝置及工藝過程，采用高溫應力松弛方法對空心風扇葉片進行扭轉成形。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案如下：

本發明的一種基于應力松弛的等截面空心風扇葉片小角度扭轉方法，包括如下：

1）構建等截面空心風扇葉片的毛坯模型及成品模型；

2）提取葉片扭轉成形前后葉片首端截面曲線，計算葉片扭轉角度；

3）應用有限元方法分析葉片變形分布，獲得葉片常溫扭轉后應變分布；

4）獲取不同溫度下的應力松弛曲線，并依據葉片扭轉變形后應變分布設計應力松弛溫度及應力松弛時間；

5）根據葉片扭轉成形前后的毛坯模型及成品模型，設計葉片首尾端裝夾扭轉裝置；

6）將葉片首尾端放置于裝夾扭轉裝置中，在常溫下通過裝夾扭轉裝置將葉片扭轉至計算得到的葉片扭轉角度；