航空发动机盘类锻件的预成形自动化设计方法研究

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航空航天技术的飞速发展对航空发动机零件的质量要求愈发强烈,航空发动机零件主要通过锻造的方式来制备,其中锻件的变形均匀性很大程度上影响到零件的各种性能,而影响锻件变形均匀性的因素有很多,其中预锻件形状的不同对之起关键性作用,然而,预锻件的形状若以传统的试错法、经验法等其它方法来设计,将会十分耗时、枯燥,且对工程师的能力有较大要求,因此,论文主要基于控制航空发动机盘类锻件的变形均匀性,提出了两种预锻件图形的自动化设计方法,分别是基于盘类件成形规律的预锻件图形分段设计方法和盘类件预锻件图形的自动搜索方法。研究工作主要内容如下:(1)提出并分析了一种基于盘类件成形规律的预锻件图形分段设计方法。首先,总结了盘类锻件的成形规律,其次,对它的主要成形方式镦粗成形的变形量规律进行了研究,然后,对预锻件图形分段设计方法的基本原理进行了解析,最后,基于MATLAB软件将这种预锻件图形设计方法编写成了算法并形成了代码。(2)提出并分析了一种盘类件预锻件图形的自动搜索算法。首先,建立了预锻件图形的评价指标,其次,建立了随机预锻件图形的算法模型,基于以上,建立了预锻件图形自动搜索算法的总体结构,又分为前处理准备模块、适应度函数计算模块和遗传算法控制模块,最后,分别对算法总体结构的各个模块进行了理论分析及程序设计。(3)针对航空发动机盘类件的两种预锻件图形设计方法的可行性问题,基于三种不同的盘类锻件分别对它们做出了模拟验证,并且进行了对比分析。结果表明:两种预锻件图形设计方法所设计出的预锻件均能使锻件拥有良好的变形均匀性。预锻件图形分段设计方法具有耗时短,变形均匀性好的优点,但还有通用性不强的缺点,预锻件图形自动搜索方法具有通用性强,人工操作少,变形均匀性好的优点,但还有运行时间长的缺点。(4)针对两种预锻件图形设计方法的有效性问题,对指定锻件进行了生产试制和理化检测及性能分析。结果表明:试制出的锻件变形均匀性良好,粗加工交付件的力学性能和低倍组织均能满足技术要求,其晶粒度亦能达到10级及以上并且不存在混晶现象。
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