一家专注流体压力成形技术
【作 者】朱宇;郭良刚;罗雪宝;朱帅
轮盘锻件作为航空发动机重要的传动和承载机械部件，对锻件的尺寸精度和性能要求也愈来愈高[1-4]。本文研究的轮盘锻件采用TC1 钛合金材料，该轮盘锻件锻造过程包含多个工序，各工序之间的变形相互关联。通过建立锻造全过程有限元仿真模型，并考虑变形信息在不同工序中的传递，实现轮盘锻件锻造全过程的建模仿真。通过大量虚拟仿真试验，探究了锻件工艺过程设计的可行性、有效性及准确性，分析了不同工艺参数的影响规律，对提前预判成形过程中的问题、虚拟验证锻件可制造性、优化工艺具有重要的意义，可以提高效率、降低成本、缩短设计周期，并且可以提供锻造过程中的详细信息(应力应变场、速度场、温度场、网格畸变等)，为优化成形工艺参数及模具结构设计提供详细可靠的依据。
【轮盘锻件锻造全过程有限元建模】
考虑轮盘锻件加工余量、分模面、毛边槽等因素，设计锻件三维模型如图1 (a)所示。简化不适于仿真的工序，轮盘锻件的仿真过程为锻荒以及锤上模锻阶段，通过模拟这两个成形过程，探究锻件工艺过程设计的可行性、有效性及准确性等。
锻造过程建模仿真主要基于Simufact软件，将锻荒工艺中坯料、上模、下模导入Simufact软件，锻荒装配模型如图1 (b)所示。在锻荒模拟完成后，将坯料成形结果传递给后续锤上模锻工艺，锤上模锻装配模型如图1 (c)所示。轮盘锻件材料为TC11钛合金，采用六面体八节点网格(C3D8RT)进行划分，由于锻造过程中模型局部变形显著，会引起部分网格严重变形，采用自适应网格功能，从而保证了网格的高质量与模拟过程的高精度;定义工件与模具、模具之间相对关系及可能产生的接触关系，采用修正的Coulomb摩擦模型来描述接触对之间的切向关系;设置热边界条件，主要包括坯料与模具之间热传导、坯料与周围环境之间对流换热以及热辐射、模具与坯料之间摩擦产热、锻造过程中塑性变形产热等;根据实际生产设备及过程定义工艺边界条件，锻荒工序设置上模下压100mm，下压速度5.0mm/s;锤上模锻工序设置锻锤的击打次数为4次，最大冲击能量为630kJ，锻锤4次击打的能量分别按照50%、50%、50%、100%设置。
针对锻荒以及锤锻过程进行仿真，分析锻造过程中的坯料填充、应力应变、温度分布等变化情况和成形特点。
【结束语】
基于有限元方法建立发动机盘锻件锻造过程多个工序的仿真模型，实现了面向锻造全过程的系统性分析和优化，解决了传统锻造仿真多局限在单个工序、较难达到全局工艺设计与优化的问题，有利于减少物理试验、缩短工艺准备周期，对进一步实现锻件产品制造短周期、快速迭代验证具有重要的意义，也为达到航空发动机关键锻件的形性精确调控和高性能制造提供了基础。
以下是正文：
