[go: up one dir, main page]

CN107671152A - 一种基于应力松弛的等截面空心风扇叶片小角度扭转方法 - Google Patents

一种基于应力松弛的等截面空心风扇叶片小角度扭转方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107671152A
CN107671152A CN201710852930.3A CN201710852930A CN107671152A CN 107671152 A CN107671152 A CN 107671152A CN 201710852930 A CN201710852930 A CN 201710852930A CN 107671152 A CN107671152 A CN 107671152A
Authority
CN
China
Prior art keywords
blade
torsion
stress relaxation
angle
model
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201710852930.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107671152B (zh
Inventor
陈明和
王宁
谢兰生
吴荣华
叶建华
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Original Assignee
Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nanjing University of Aeronautics and Astronautics filed Critical Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Priority to CN201710852930.3A priority Critical patent/CN107671152B/zh
Publication of CN107671152A publication Critical patent/CN107671152A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107671152B publication Critical patent/CN107671152B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D11/00—Bending not restricted to forms of material mentioned in only one of groups B21D5/00, B21D7/00, B21D9/00; Bending not provided for in groups B21D5/00 - B21D9/00; Twisting
    • B21D11/10—Bending specially adapted to produce specific articles, e.g. leaf springs
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D37/00—Tools as parts of machines covered by this subclass
    • B21D37/16—Heating or cooling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D53/00—Making other particular articles
    • B21D53/78—Making other particular articles propeller blades; turbine blades

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于应力松弛的等截面空心风扇叶片小角度扭转方法，包括：采用高温应力松弛试验方法获得叶片材料在不同温度及不同初始应变条件下的应力松弛曲线，并依据叶片扭转后变形量确定成形温度及应力松弛时间；根据叶片截面形状及叶片扭转角度设计装夹扭转装置；室温下，通过与空心叶片两端配合的装夹扭转装置，将叶片扭转至最终成形角度；将装夹好的叶片及装夹扭转装置一同转移到加热装置中，等待叶片加热至设计的应力松弛温度并保持至设计松弛时间；停止加热，待冷却后取出叶片，拆除装夹扭转装置。本发明简化了目前高温扭转成形的装置及工艺过程，采用高温应力松弛方法对空心风扇叶片进行扭转成形。

Description

一种基于应力松弛的等截面空心风扇叶片小角度扭转方法
技术领域
本发明属于空心风扇叶片扭转技术领域，具体指代一种基于应力松弛的等截面空心风扇叶片小角度扭转方法。
背景技术
空心叶片能够减轻叶片自身重量，提高工作效率。同时叶片线形需根据气体流动要求进行设计，往往具有一定的扭转弯曲角度。
目前，常见的等厚度实心叶片扭转成形工艺是通过扭转夹具夹持叶片，叶片榫头固定，通过夹头转动实现叶身扭转变形。针对钛合金变厚度空心叶片的高温扭转弯曲成形，中国发明专利申请号为CN201310508213.0及CN201320660835.0中提出了一种空心叶片推弯成形工艺及一种空心叶片推弯成形模具，依据成品空心叶片外形曲面设计出带有两边开口模腔通道的模具，夹持叶片榫头将叶片从模腔通道一端推入模具型腔，叶片在模具型腔内表面的作用下受迫弯曲，发生扭转变形。中国发明专利申请号为CN201510122613.7及CN201520157870.X公开的专利申请中针对推弯工艺中只能精确控制叶片榫头的位移而不能控制叶身部位变形的缺点，提出了一种空心叶片多截面扭转成形方法和装置，实现了对叶片叶身不同截面扭转变形的精确控制。上述叶片扭转成形方法均适用于大扭转角叶片成形，且都是在常温下装夹零件，并利用加热装置将叶片加热到成形温度，通过传动装置带动扭转夹具完成叶片扭转。扭转过程需在高温下进行，扭转装置复杂且设计及制造成本较高，扭转夹具的运动需要精确控制。
对于等截面的小扭转角空心风扇叶片，若采用以上高温扭转成形方法对于扭转装置装夹及运动精度要求高，成形过程成本将大大提升。若采用常温下冷成形方法，由于变形量较小，回弹影响大，扭转角度难以精确控制，扭转成形困难。
应力松弛成形方法是常温下通过夹具装夹使零件变形达到设计要求并将零件固定，而后将零件及夹具一同加热至应力松弛温度，利用材料在升温条件下内部应力随时间增长而减小，同时弹性变形转变为塑性变形的特性实现零件塑性成形。
发明内容
针对于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于应力松弛的等截面空心风扇叶片小角度扭转方法，以解决现有技术中常温下成形方法带来的回弹影响、扭转角度难以精确控制的问题。本发明简化了目前高温扭转成形的装置及工艺过程，采用高温应力松弛方法对空心风扇叶片进行扭转成形。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
本发明的一种基于应力松弛的等截面空心风扇叶片小角度扭转方法，包括如下：
1）构建等截面空心风扇叶片的毛坯模型及成品模型；
2）提取叶片扭转成形前后叶片首端截面曲线，计算叶片扭转角度；
3）应用有限元方法分析叶片变形分布，获得叶片常温扭转后应变分布；
4）获取不同温度下的应力松弛曲线，并依据叶片扭转变形后应变分布设计应力松弛温度及应力松弛时间；
5）根据叶片扭转成形前后的毛坯模型及成品模型，设计叶片首尾端装夹扭转装置；
6）将叶片首尾端放置于装夹扭转装置中，在常温下通过装夹扭转装置将叶片扭转至计算得到的叶片扭转角度；
7）将装配好的叶片及装夹扭转装置一同移入加热装置中，加热到设计的应力松弛温度，并保温至所需应力松弛时间，冷却后取出叶片。
优选地，所述步骤2）具体包括：将等截面空心风扇叶片扭转成形前的毛坯模型及扭转成形后的成品模型导入同一模型中，将叶片毛坯模型及成品模型的尾端重合；通过叶片毛坯首端作一平面，提取扭转成形前后叶片毛坯模型与成品模型的首端截面曲线；在扭转成形前叶片毛坯模型首端截面曲线上提取两点作一直线，在扭转成形后叶片成品模型首端截面线上确定对应的两点作一直线，两直线交点o即为扭转中心，两直线夹角α即为扭转角度。
优选地，所述步骤3）具体包括：应用有限元方法分析叶片变形分布，确定最大变形部位应变；根据叶片毛坯模型及叶片扭转中心与扭转角度，结合室温下叶片材料模型，建立叶片扭转成形有限元模型，获得叶片常温扭转后应变分布。
优选地，所述步骤4）具体包括：依据叶片扭转有限元分析应变分布结果，确定叶片扭转过程最大应变；在不同温度下及初始变形为叶片扭转最大应变条件下进行应力松弛实验，通过实验结果确定应力松弛温度及应力松弛时间。
优选地，所述的装夹扭转装置包含：叶片首尾端装夹板固定板、叶片首端装夹板、螺母、螺杆、叶片尾端装夹板、叶片尾端装夹板支撑底座、叶片装夹板固定板支撑底座，其中，叶片首端装夹板、叶片尾端装夹板通过螺杆及螺母分别与叶片首尾端装夹板固定板连接，叶片首尾端装夹板固定板与叶片尾端装夹板分别通过螺栓连接固定在叶片装夹板固定板支撑底座及叶片尾端装夹板支撑底座上。
本发明的有益效果：
本发明可以有效避免室温成形引起的回弹，不仅能够精确控制叶片的扭转角度，同时可以简化装夹装置，避免高温下夹具及相关传动机构的运动，且应力松弛温度与热成形温度相比较低。工艺过程简便、易控制，成形产品稳定、效率高。
附图说明
图1为本发明方法的流程图。
图2为装夹扭转装置的示意图。
图3a为叶片扭转中心及扭转角度的示意图。
图3b为图3a的局部放大图。
图4为叶片首尾端装夹板的示意图。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。
参照图1所示，本发明的一种基于应力松弛的等截面空心风扇叶片小角度扭转方法，包括如下：
1）构建等截面空心风扇叶片的毛坯模型及成品模型，即叶片成形前后的模型；参见图3a，其中，15为扭转成形前叶片，16为扭转成形后叶片。
2）提取叶片扭转成形前后叶片首端截面曲线，计算叶片扭转角度；将等截面空心风扇叶片扭转成形前后的毛坯模型及成品模型导入同一模型中，将叶片尾端重合；通过叶片首端作一平面，提取扭转成形前后叶片首端截面曲线；在扭转成形前叶片首端截面曲线上提取两点作一直线，在扭转成形后叶片首端截面线上确定对应的两点作一直线，两直线交点o即为扭转中心，两直线夹角α即为扭转角度，参见图3b所示，17为扭转成形前叶片首端截面曲线，18为扭转成形后叶片首端截面曲线。
3）应用有限元方法分析叶片变形分布，获得叶片常温扭转后应变分布；应用有限元方法分析叶片变形分布，确定最大变形部位应变；根据叶片毛坯模型及叶片扭转中心与扭转角度，结合叶片材料模型，建立叶片扭转成形有限元模型，获得叶片常温扭转后应变分布。
4）获取不同温度下的应力松弛曲线，并依据叶片扭转变形设计应力松弛温度及应力松弛时间；依据叶片扭转有限元分析应变分布结果，确定叶片扭转过程最大应变；在不同温度下及初始变形为叶片扭转最大应变条件下进行应力松弛实验，通过实验结果确定应力松弛温度及应力松弛时间。
5）根据叶片扭转成形后的成品模型设计叶片两端装夹板，如图4所示，分别通过叶片成品模型两端截取叶片外形面，设计叶片首尾端装夹板，其中，2为叶片首端装夹板，7为等截面空心风扇叶片成品，8为叶片尾端装夹板。
6）将叶片首尾端放置于装夹扭转装置中，二者分别通过螺杆4、6、10、12及螺帽3、5、9、13将其固定于叶片首尾端装夹板固定板1上，在常温下通过装夹扭转装置将叶片扭转至设计角度；叶片首尾端装夹板固定板1与叶片尾端装夹板8分别通过螺栓连接固定在叶片首尾端装夹板固定板支撑底座14及叶片尾端装夹板支撑底座11上。参照图2所示。
7）将装配好的叶片及装夹扭转装置一同移入加热装置中，加热到设计的应力松弛温度（通过应力松弛试验及叶片变形后应变分布确定的应力松弛温度），并保温至所需应力松弛时间，停止加热，待叶片及其装夹扭转装置冷却后，将其从加热装置中取出，叶片扭转成形完成。
其中，所述的加热装置可为电阻式加热炉、井式炉、真空加热炉等，满足加热温度
及加热空间即可。
本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种基于应力松弛的等截面空心风扇叶片小角度扭转方法，其特征在于，包括如下：
1）构建等截面空心风扇叶片的毛坯模型及成品模型；
2）提取叶片扭转成形前后叶片首端截面曲线，计算叶片扭转角度；
3）应用有限元方法分析叶片变形分布，获得叶片常温扭转后应变分布；
4）获取不同温度下的应力松弛曲线，并依据叶片扭转变形后应变分布设计应力松弛温度及应力松弛时间；
5）根据叶片扭转成形前后的毛坯模型及成品模型，设计叶片首尾端装夹扭转装置；
6）将叶片首尾端放置于装夹扭转装置中，在常温下通过装夹扭转装置将叶片扭转至计算得到的叶片扭转角度；
7）将装配好的叶片及装夹扭转装置一同移入加热装置中，加热到设计的应力松弛温度，并保温至所需应力松弛时间，冷却后取出叶片。
2.根据权利要求1所述的基于应力松弛的等截面空心风扇叶片小角度扭转方法，其特征在于，所述步骤2）具体包括：将等截面空心风扇叶片扭转成形前的毛坯模型及扭转成形后的成品模型导入同一模型中，将叶片毛坯模型及成品模型的尾端重合；通过叶片毛坯首端作一平面，提取扭转成形前后叶片毛坯模型与成品模型的首端截面曲线；在扭转成形前叶片毛坯模型首端截面曲线上提取两点作一直线，在扭转成形后叶片成品模型首端截面线上确定对应的两点作一直线，两直线交点o即为扭转中心，两直线夹角α即为扭转角度。
3.根据权利要求2所述的基于应力松弛的等截面空心风扇叶片小角度扭转方法，其特征在于，所述步骤3）具体包括：应用有限元方法分析叶片变形分布，确定最大变形部位应变；根据叶片毛坯模型及叶片扭转中心与扭转角度，结合室温下叶片材料模型，建立叶片扭转成形有限元模型，获得叶片常温扭转后应变分布。
4.根据权利要求3所述的基于应力松弛的等截面空心风扇叶片小角度扭转方法，其特征在于，所述步骤4）具体包括：依据叶片扭转有限元分析应变分布结果，确定叶片扭转过程最大应变；在不同温度下及初始变形为叶片扭转最大应变条件下进行应力松弛实验，通过实验结果确定应力松弛温度及应力松弛时间。
5.根据权利要求1所述的基于应力松弛的等截面空心风扇叶片小角度扭转方法，其特征在于，所述的装夹扭转装置包含：叶片首尾端装夹板固定板、叶片首端装夹板、螺母、螺杆、叶片尾端装夹板、叶片尾端装夹板支撑底座、叶片装夹板固定板支撑底座，其中，叶片首端装夹板、叶片尾端装夹板通过螺杆及螺母分别与叶片首尾端装夹板固定板连接，叶片首尾端装夹板固定板与叶片尾端装夹板分别通过螺栓连接固定在叶片装夹板固定板支撑底座及叶片尾端装夹板支撑底座上。
CN201710852930.3A 2017-09-20 2017-09-20 一种基于应力松弛的等截面空心风扇叶片小角度扭转方法 Expired - Fee Related CN107671152B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710852930.3A CN107671152B (zh) 2017-09-20 2017-09-20 一种基于应力松弛的等截面空心风扇叶片小角度扭转方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710852930.3A CN107671152B (zh) 2017-09-20 2017-09-20 一种基于应力松弛的等截面空心风扇叶片小角度扭转方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107671152A true CN107671152A (zh) 2018-02-09
CN107671152B CN107671152B (zh) 2019-01-11

Family

ID=61136552

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710852930.3A Expired - Fee Related CN107671152B (zh) 2017-09-20 2017-09-20 一种基于应力松弛的等截面空心风扇叶片小角度扭转方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107671152B (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3680060A1 (en) * 2019-01-11 2020-07-15 United Technologies Corporation Method of forming gas turbine engine components
CN112355104A (zh) * 2020-10-30 2021-02-12 南京航空航天大学 一种钛合金空心叶片变截面高温扭转预成形装置及方法
CN112808814A (zh) * 2020-12-31 2021-05-18 南京航空航天大学 一种叶片的覆板辅助电加热扭转成形装置及方法
CN112845746A (zh) * 2020-12-31 2021-05-28 南京航空航天大学 一种风扇叶片的高温渐进扭转成形装置及方法
CN113182405A (zh) * 2021-04-30 2021-07-30 北京航空航天大学 一种钛合金空心叶片的热扭转成形方法及其扭转组件
CN114417642A (zh) * 2022-03-29 2022-04-29 中国工程物理研究院流体物理研究所 一种大型结构表面变形预测方法

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2826989A1 (de) * 1978-05-26 1979-11-29 Bbc Brown Boveri & Cie Verfahren zur herstellung eines verdrillten profilstabes
KR20040092616A (ko) * 2003-04-24 2004-11-04 주식회사 경남금속 헬리콥터용 메인 로터 블레이드 및 그 제조방법
EP2184119A2 (en) * 2008-11-10 2010-05-12 Rolls-Royce plc Forming apparatus
CN103331340A (zh) * 2013-07-19 2013-10-02 北京智创联合科技有限公司 感应加热扭转系统及利用其进行扭转加热的方法
CN103551472A (zh) * 2013-10-25 2014-02-05 南京航空航天大学 一种空心叶片推弯成形工艺
CN104646465A (zh) * 2015-03-19 2015-05-27 苏州明和行新材料科技有限公司 空心叶片多截面同步扭转成形方法
CN204503891U (zh) * 2015-03-19 2015-07-29 苏州明和行新材料科技有限公司 扭转组件及空心叶片多截面同步扭转成形装置
CN104826895A (zh) * 2015-05-14 2015-08-12 辽宁福鞍重工股份有限公司 一种毛坯叶片的矫形方法
CN205183430U (zh) * 2015-11-16 2016-04-27 山推楚天工程机械有限公司 金属叶片扭转工装

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2826989A1 (de) * 1978-05-26 1979-11-29 Bbc Brown Boveri & Cie Verfahren zur herstellung eines verdrillten profilstabes
KR20040092616A (ko) * 2003-04-24 2004-11-04 주식회사 경남금속 헬리콥터용 메인 로터 블레이드 및 그 제조방법
EP2184119A2 (en) * 2008-11-10 2010-05-12 Rolls-Royce plc Forming apparatus
CN103331340A (zh) * 2013-07-19 2013-10-02 北京智创联合科技有限公司 感应加热扭转系统及利用其进行扭转加热的方法
CN103551472A (zh) * 2013-10-25 2014-02-05 南京航空航天大学 一种空心叶片推弯成形工艺
CN104646465A (zh) * 2015-03-19 2015-05-27 苏州明和行新材料科技有限公司 空心叶片多截面同步扭转成形方法
CN204503891U (zh) * 2015-03-19 2015-07-29 苏州明和行新材料科技有限公司 扭转组件及空心叶片多截面同步扭转成形装置
CN104826895A (zh) * 2015-05-14 2015-08-12 辽宁福鞍重工股份有限公司 一种毛坯叶片的矫形方法
CN205183430U (zh) * 2015-11-16 2016-04-27 山推楚天工程机械有限公司 金属叶片扭转工装

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3680060A1 (en) * 2019-01-11 2020-07-15 United Technologies Corporation Method of forming gas turbine engine components
CN112355104A (zh) * 2020-10-30 2021-02-12 南京航空航天大学 一种钛合金空心叶片变截面高温扭转预成形装置及方法
CN112808814A (zh) * 2020-12-31 2021-05-18 南京航空航天大学 一种叶片的覆板辅助电加热扭转成形装置及方法
CN112845746A (zh) * 2020-12-31 2021-05-28 南京航空航天大学 一种风扇叶片的高温渐进扭转成形装置及方法
CN113182405A (zh) * 2021-04-30 2021-07-30 北京航空航天大学 一种钛合金空心叶片的热扭转成形方法及其扭转组件
CN114417642A (zh) * 2022-03-29 2022-04-29 中国工程物理研究院流体物理研究所 一种大型结构表面变形预测方法
CN114417642B (zh) * 2022-03-29 2022-06-10 中国工程物理研究院流体物理研究所 一种大型结构表面变形预测方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN107671152B (zh) 2019-01-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107671152A (zh) 一种基于应力松弛的等截面空心风扇叶片小角度扭转方法
CN106734429B (zh) 一种航空钛合金3d自由弯曲温热成形装置及成形方法
CN104985043B (zh) 金属导体管件的电磁感应加热胀形装置及成形方法
CN103191991A (zh) 铝合金型材快速下陷热成形模具及成形方法
CN107058708A (zh) 一种弹簧片类零件热处理变形控制方法
CN112845746A (zh) 一种风扇叶片的高温渐进扭转成形装置及方法
CN102633427A (zh) 拉锻集成式玻璃微喷嘴制作仪
CN110000246A (zh) 一种大型复杂薄壁钛合金蒙皮件短时应力松弛校形方法
CN207655684U (zh) 一种适应于三维自由弯曲成形钛合金管的制备装置
CN107282674A (zh) 一种高效多试样自加热等通道转角挤压模具
CN207463895U (zh) 一种空心叶片多点同步热扭转成形装置
Liu et al. An approach to improve thickness uniformity of TA15 tubular part formed by gas bulging process
CN104646465B (zh) 空心叶片多截面同步扭转成形方法
CN107520275A (zh) 一种高温高压厚壁无缝管道挤锻弯复合成形的方法
CN112893556B (zh) 一种钛合金薄壁整圆形零件热绕弯成形装置
EP3284580A1 (en) Method for shaping tubes and equipment for carrying out said method
CN204503891U (zh) 扭转组件及空心叶片多截面同步扭转成形装置
CN206335087U (zh) 一种热铆支架以及应用该支架热铆装置
CN107607415B (zh) 一种难变形梯度材料的扭转制备装置及其使用方法
CN203513743U (zh) 可调式校直装置的抽油杆短节热处理设备
CN204014135U (zh) 一种新型的铝棒加热装置
CN205200236U (zh) 一种用于镁合金型材的矫直装置
CN203426220U (zh) 手动式热弯管机
CN208992917U (zh) 一种加热装置
CN109570283B (zh) 家具用钢条夹持定型装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20190111