Аннотация
Сложная геометрическая форма компрессорных лопаток обуславливает применение комплексного подхода к проектированию технологий штамповки поковок лопаток. Этот комплексный подход включает геометрическое моделирование поковки лопатки, компьютерное моделирование пластического формоизменения заготовки в штампе и напряженно-деформированного состояния инструмента; 3D геометрическое проектирование штампов и изготовление штампового инструмента с применением станков с числовым программным управлением. Использование комплексного подхода при разработке технологии изотермической штамповки заготовок лопаток позволяет сократить сроки подготовки производства, повысить качество поковок и стойкость штампов. Проектирование трехмерных параметрических ассоциативных математических моделей с применением различных CAD систем обеспечивает повышение качества разработки конструкторской документации на штамповую оснастку. Компьютерное моделирование течения металла в штампе позволяет спрогнозировать появление таких дефектов при штамповке, как зажимы и складки, полноту заполнения гравюры штампа, оптимальное положение детали относительно неподвижной системы координат, обеспечивающее приемлемые норму расхода металла при проектировании поковки и нагрузку на штамп. Для компьютерного моделирования течения металла в формоизменяющих операциях использовали кривые упрочнения жаропрочного алюминиевого сплава Al-5.3Cu-0.8Mg-0.5Ag-0.3Mn-0.15Zr, предварительно полученные осадкой стандартных образцов при температуре 420°С и различных скоростях деформирования, соответствующих интервалам скорости деформации и степени деформации, определенным предварительным моделированием формоизменения заготовки в формоизменяющих операциях технологии. Изготовление штамповой оснастки с применением станков с числовым программным управлением гарантирует высокую точ-ность геометрической формы инструмента. В работе исследовано пластическое формоизменение заготовки в операциях закрытая осадка, прямое выдавливание, закрытая штамповка. Определены моделированием рациональная форма и размеры заготовки после всех формоизменяющих операций обработки давлением. Приведены успешные результаты опытной штамповки поковки имитатора лопатки по технологии, разработанной с применением комплексного подхода к проектированию в производственных условиях.
Ключевые слова
Компьютерная оптимизация, компьютерное моделирование, изотермическая штамповка, жаропрочный алюминиевый сплав.
1. V. Alimirsaloo, M. H. Sadeghi and F. R. Biglari, Optimization of the forging of aerofoil blade using the finite element method and fuzzy-Pareto based genetic algorithm, Journal of Mechanical Science and Technology. 2012, no. 26 (6), pp. 1801–1810.
2. Yong Shao & Bin Lu & Hengan Ou & Facai Ren & Jun Chen, Evolutionary forging preform design optimization using strain-based criterion / Int J Adv Manuf Technol. 2014, 71, pp. 69–80.
3. Paul Tran “Solidworks 2016: Advanced Techniques” SDC Publications, 2016. 726 p.
4. Kuang-Hua Chang. Motion Simulation and Mechanism Design with SOLIDWORKS Motion SDC Publications, 2016. 152 p.
5. David Planchard. SolidWorks 2016 Reference Guide: A com-prehensive reference guide with over 250 standalone tutori-als. SDC Publications, 2015. 992 p.
6. Y. Shao, B. Lu, H. Ou, J. Chen. A new approach of preform design for forging of 3D blade based on evolutionary structural optimization. Struct Multidisc Optim. 2015, 51, pp. 199–211.
7. Yanqiu Zhang & Shuyong Jiang & Yanan Zhao & Debin Shan, Isothermal precision forging of aluminum alloy ring seats with different preforms using FEM and experimental investigation, Int J Adv Manuf Technol. 2014. 72. pp. 1693–1703.
8. Использование программ DEFORM 3D и ANSYS на предприятиях машиностроительного производства для анализа и расчета деталей типа тел вращения / Жетесова Г.С., Жаркевич О.М., Бузауова Т.М., Жунусова А.Ш., Плешакова Е.А. // Современные проблемы науки и образования. 2012. № 4.
9. R.A. Kazakov, Simulation of isothermal forging of gas turbine compressor blade, Forging-stamping production. 5 (2011) 39–42.
10. Моделирование и аналитическая оценка силовых параметров изотермической штамповки лопатки из наноструктурного сплава ВТ6 / А.В. Боткин, А.Ф. Шаяхметов, И.П. Семенова и др. // Кузнечно-штамповочное производство. 2008. № 11. С. 43–48.
11. Xiao Yan Liu, Qing Lin Pan, Yun Bin He,Wen Bin Li,Wen Jie Liang, Zhi Min Yin Flow behavior and microstructural evolution of Al-Cu-Mg-Ag alloy during hot compression deformation Materials Science and Engineering A 500 (2009) 150–154.