寬弦空心風(fēng)扇葉片超塑成形-擴(kuò)散連接工藝研究.pdf

1、鈦合金寬弦空心風(fēng)扇葉片具有重量輕、效率高、抗外物損傷能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，并能提高發(fā)動(dòng)機(jī)的推重比，廣泛用于高性能渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)?？招娘L(fēng)扇葉片結(jié)構(gòu)復(fù)雜、綜合性能要求高，其生產(chǎn)制造普遍采用以超塑成形/擴(kuò)散連接(Superplastic forming/diffusion bonding,SPF/DB)為基礎(chǔ)的組合成形工藝技術(shù)，目前國(guó)內(nèi)尚未掌握其制造的核心技術(shù)。隨著我國(guó)航空產(chǎn)業(yè)的持續(xù)高速發(fā)展，寬弦空心風(fēng)扇葉片的市場(chǎng)需求量快速增加，迫切需要實(shí)現(xiàn)自主化生

2、產(chǎn)。本文針對(duì)我國(guó)在空心葉片制造中存在的技術(shù)瓶頸問題，開展了基于SPF/DB的兩層結(jié)構(gòu)TC4鈦合金空心風(fēng)扇葉片的關(guān)鍵制造工藝技術(shù)研究，主要工作如下：
　　1.依據(jù)空心風(fēng)扇葉片的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在分析其SPF/DB工藝難點(diǎn)的基礎(chǔ)上規(guī)劃了一套采用三次加熱循環(huán)的工藝路線，制定了具體的實(shí)施方案，并根據(jù)質(zhì)量要求確定了質(zhì)量檢測(cè)方法。
　　2.基于有限元逆算法建立葉片毛坯外形計(jì)算的有限元模型，在通用有限元軟件ABAQUS中完成計(jì)算，并通過幾何重建

3、技術(shù)得到了毛坯外形曲面，為毛坯制造提供了數(shù)模。
　　3.對(duì)預(yù)制筋條平板毛坯的擴(kuò)散連接工藝進(jìn)行研究，對(duì)工藝參數(shù)選擇、待連接表面預(yù)處理、型腔尺寸縮放以及定位導(dǎo)正結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等關(guān)鍵工藝細(xì)節(jié)進(jìn)行詳細(xì)的解析，制得了整體空心葉片毛坯，并經(jīng)超聲波C掃描和微觀組織分析，接合面上的擴(kuò)散連接質(zhì)量滿足要求。
　　4.研究了空心葉片毛坯的熱扭轉(zhuǎn)預(yù)成形工藝，結(jié)合扭轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案分析了扭轉(zhuǎn)夾頭的運(yùn)動(dòng)參數(shù)軌跡，通過數(shù)值模擬對(duì)比研究了單/雙軸扭轉(zhuǎn)的差異，進(jìn)而確

4、定了最佳的工藝參數(shù)，獲得了理想的空心葉片過渡外形。
　　5.對(duì)預(yù)成形后葉片的精整工藝進(jìn)行了研究，采用模壓葉型整形和氣壓加載面板超塑校形技術(shù)，設(shè)計(jì)了專用精整模具和加載氣路，利用數(shù)值模擬分析了升壓速度、保壓時(shí)間和最大壓力對(duì)于面板校形結(jié)果的影響，據(jù)此選擇最佳的工藝參數(shù)制得了結(jié)構(gòu)完整、面板厚度均勻、外形準(zhǔn)確的葉片樣件。
　　通過以上工藝技術(shù)的研究，攻克了兩層結(jié)構(gòu)鈦合金空心風(fēng)扇葉片的若干關(guān)鍵制造技術(shù)，小批量成功制出了TC4鈦合金材料的