[發(fā)明專利]一種適用于厚截面鈦合金整體葉盤鍛件的隨形加工設(shè)計方法

在審

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• 申請日: 2022-12-20
• 公開（公告）號: CN115828465A
• 公開（公告）日: 2023-03-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王清江;鐘燕;譚海兵;劉建榮;汪亮亮;王靜;李文淵
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院金屬研究所;中國航發(fā)四川燃?xì)鉁u輪研究院
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/20;G06F111/04;G06F113/26;G06F119/14;G06F119/08;G06F119/18
• 代理公司: 沈陽優(yōu)普達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 21234
• 代理人: 孫奇

本發(fā)明屬于鈦基合金領(lǐng)域，具體涉及到一種適用于厚截面鈦合金整體葉盤鍛件的隨形加工設(shè)計方法，包括適用的合金類型、葉盤特征結(jié)構(gòu)形式及尺寸設(shè)計等組成要素。本發(fā)明的隨形加工設(shè)計方法適于TC25G、TA33、TA37、TA38等鈦合金厚截面整體葉盤鍛件，可最大限度使強(qiáng)度等關(guān)鍵性能得到保持，確保厚截面鍛件力學(xué)性能滿足設(shè)計要求。本專利技術(shù)可用于整體或局部厚度超過100mm的大尺寸厚截面整體葉盤鍛件的隨形加工設(shè)計，滿足先進(jìn)航空發(fā)動機(jī)對大尺寸厚截面整體葉盤鍛件的應(yīng)用需求。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鈦基材料加工制造領(lǐng)域，具體涉及到一種適用于厚截面鈦合金整體葉盤鍛件的隨形加工設(shè)計方法。

背景技術(shù)

鈦合金具有比強(qiáng)度高、耐蝕、耐熱等優(yōu)點(diǎn)，因此在航空、航天、石油、化工、能源、汽車、醫(yī)療、體育休閑等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。隨著航空和航天技術(shù)的發(fā)展，對鈦合金尤其是高溫鈦合金的需求逐漸擴(kuò)大，技術(shù)要求也逐漸提高，如要求耐更高溫度、更高強(qiáng)度、良好工藝性能等。

結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計是近年來提出的一個新設(shè)計理念，主要目的是減少零件數(shù)量、提高結(jié)構(gòu)效率。結(jié)構(gòu)一體化意味著零件尺寸增大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜性提升，從而導(dǎo)致制備技術(shù)難度的大幅度提升。因此結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計思想，需要有先進(jìn)的材料及工藝技術(shù)支撐。

近年來，先進(jìn)航空發(fā)動機(jī)對高溫大尺寸整體葉盤鍛件提出強(qiáng)烈需求。如傳統(tǒng)鈦合金整體葉盤的直徑約700mm左右，近年來新型發(fā)動機(jī)要求整體葉盤直徑≥1100mm，所需鍛件毛坯重量由原來的≥200kg提升到≥400kg，厚度由原來的≤80mm增加到100mm以上；同時從減重和減少零件數(shù)量角度，需要盡可能采用盤-鼓整體結(jié)構(gòu)。盤-鼓整體結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是盤和鼓筒采用非機(jī)械連接的辦法形成一體，可采用模鍛直接成形鍛坯+數(shù)控加工方式制備，工藝流程大幅簡化，零件數(shù)量顯著減少。但因為盤和鼓筒合并制造后，鍛件尺寸尤其是厚度方向尺寸明顯增大，根據(jù)結(jié)構(gòu)形式不同，如單側(cè)鼓筒或雙側(cè)鼓筒，整體葉盤最厚部位尺寸在140mm～500mm之間，對原材料質(zhì)量要求提高，鍛件不同位置顯微組織均勻性及性能控制面臨巨大挑戰(zhàn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種適用于厚截面鈦合金整體葉盤鍛件的隨形加工設(shè)計方法，技術(shù)原理適用于TC25G、TA32、TA33、TA37、TA38等高溫鈦合金材料。

一種適用于厚截面鈦合金整體葉盤鍛件的隨形加工設(shè)計方法，該隨形加工設(shè)計方法適用的高溫鈦合金材料為TC25G、TA33、TA37、TA38，其特征是適用于航空發(fā)動機(jī)整體葉盤鍛件制備，力學(xué)性能對熱處理后冷速敏感。

所述的一種適用于厚截面鈦合金整體葉盤鍛件的隨形加工設(shè)計方法，其優(yōu)選方案為，所述的隨形加工鍛件的制備工藝路線為制坯→模鍛、空冷→粗加工→超聲波探傷→隨形加工→熱處理→精加工。

所述的一種適用于厚截面鈦合金整體葉盤鍛件的隨形加工設(shè)計方法，其優(yōu)選方案為，其設(shè)計方案步驟如下：

步驟一：首先根據(jù)零件圖，設(shè)計鍛件毛坯圖，給出鍛件毛坯的縱剖面尺寸；

步驟二：確定鍛件毛坯葉片、輪緣、輻板、輪轂等不同區(qū)域的厚度；

步驟三：對整體葉盤鍛件毛坯進(jìn)行隨形加工設(shè)計，在零件圖基礎(chǔ)上，對隨形加工部位單邊增加余量，據(jù)此給出隨形加工初始樣圖；

步驟四：如果隨形加工部位包含葉片，葉片部位的隨形加工尺寸設(shè)計需滿足2π(r+15～25)/n+δ≥40mm的約束條件，式中r為葉根半徑，n為葉片數(shù)量，δ為葉片最大厚度；

步驟五：葉片葉盆和葉背余量采用非對稱設(shè)計；

步驟六：過渡區(qū)包括輪轂-輻板過渡、輻板-葉片過渡、輪緣-鼓筒連接區(qū)等，對過渡區(qū)尺寸進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計；

步驟七：在前述步驟一至步驟六的基礎(chǔ)上，給出隨形加工的最終設(shè)計方案。