[发明专利]一种辊轧模具型面补偿设计的方法

说明书

技术领域

本发明涉及航空发动机叶片辊轧加工技术，特别是涉及叶片辊轧模具的设计方法。

背景技术

叶片无余量精密冷辊轧是一种先进的叶片型面加工方法，由于其制造成本低、生产效率高以及可实现产品的组织性能较常规制造工艺更为优异等特点，倍受发达国家的重视。对此，以俄罗斯各大航空发动机制造公司为代表的新型发动机高压压气机叶片的制造几乎全部为“精密毛料+无余量辊轧”工艺。

常规的辊轧模具的设计方法适用于型面较平直，扭角小且进排气边呈线性收敛的叶片。随着提升发动机性能的要求，叶片多采用三元流设计，叶型呈变化剧烈、扭角大、端弯严重且进排气边缘呈腰鼓形的特点。按常规的辊轧模具设计方法设计的辊轧模具在使用过程中暴露出型面变形严重，模具需要较长的修理周期。通过大量轧制试验和测量数据对比分析，辊轧叶片的轧制误差主要表现在以下三个方面：

1.单一截面上的轧制塑性回弹变形，导致截面型面偏离设计要求；

2.大扭角、深度弯曲处截面间的扭转回弹变形，导致叶片间的扭角偏离设计要求；

3.沿叶身方向呈弓形弯曲的回弹变形，导致叶片截面间的位置度偏离设计要求。

发明内容

为了提升辊轧模具的设计水平，减少辊轧模具的修模量，降低修模试片的消耗，缩短叶片的研制和生产周期，需要一种依据此类叶片的变形规律的叶片辊轧模具型面补偿设计的方法。本发明目的是提升辊轧模具的设计水平，使补偿设计后的辊轧模具所轧制的叶片更接近设计要求，减少辊轧模具的修模量，降低修模试片的消耗，缩短叶片的研制和生产周期。具体技术方案如下：

一种辊轧模具型面补偿设计的方法，其特征在于：包括以下三个部分内容：

(1)单一截面上的轧制塑性回弹变形补偿；

(2)大扭角、深度弯曲处截面间的扭转回弹变形补偿；

(3)沿叶身方向呈弓形弯曲的回弹变形补偿；

所述单一截面上的轧制塑性回弹变形补偿的具体方式是：

叶片轧制后截面产生回弹，叶型的曲率变小，在模具设计过程中预先将叶型的曲率人为的增大，也就是预先设定一个叶片截面的回弹量，在设计模具之前，需要根据坯料的状态、轧制变形量的大小和叶片截面的具体形状确定出截面的补偿量Δ，然后进行辊轧模具设计，其步骤为：

步骤一：按设计图给定的型面坐标，绘制出叶片的截面图形，然后绘制出叶片截面的中弧线；中弧线的画法可以采用绘制叶片截面内切圆后连接圆心，也可以采用程序计算求出中弧线；

步骤二：将中弧线的按弧长分为等长的三部分，记为进气段、中间段和排气段；

步骤三:将进气段和排气段按等弧长分为N段，N＝Δ/A,A＝0.01～0.03mm；标记每小段的端点，在进气段和排气段分别有N+1个端点，依次标记为P_进0、P_进1、P_进2……P_进N和P_排0、P_排1、P_排2……P_排N；P_进0为进气段上远离进气边缘的点，P_排0为排气边上远离排气边缘的点；

步骤四:求出中弧线上每个端点位置的内切圆直径，依次与相应的端点对应标记为D_进0、D_进1、D_进2……D_进N和D_排0、D_排1、D_排2……D_排N；

步骤五:以端点P_进1、P_排1为圆心绘制半径Amm的圆标记为圆O₁，以端点P_进2、P_排2为圆心绘制半径2Amm的圆记为圆O₂，依次类推，最终以端点P_进N、P_排N为圆心绘制半径为补偿量Δ的圆记为圆O_N；

步骤六:用中间段中弧线依次向进气边和排气边两端连接新绘制的圆切点，构造出新的中弧线；

步骤七:在对应的切点为圆心位置绘制圆，以圆O₁切点为圆心绘制直径为D_进1圆，以圆O₂切点为圆心绘制直径为D_进2圆；