姜紹西+++李深亮

摘 要：針對目前葉片輥軋模設(shè)計(jì)中存在的問題，通過對生產(chǎn)現(xiàn)場葉片軋制情況進(jìn)行總結(jié)和分析，并結(jié)合葉片軋制工藝技術(shù)的提升，形成一套輥軋模具設(shè)計(jì)的方法。文章論述的輥軋模具設(shè)計(jì)方法經(jīng)過軋制試驗(yàn)驗(yàn)證，能夠?qū)崿F(xiàn)滿足葉片無余量精密軋制過程的工藝要求，目前已工程化推廣應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：輥軋模具；設(shè)計(jì)與制造；無余量葉片

引言

葉片無余量精密冷輥軋是一種先進(jìn)的葉片型面加工方法，由于其制造成本低、生產(chǎn)效率高以及可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的組織性能較常規(guī)制造工藝更為優(yōu)異等特點(diǎn)，倍受發(fā)達(dá)國家的重視。葉片輥軋模具做為葉片成型的關(guān)鍵工具，葉片輥軋模具型面沒有具體設(shè)計(jì)方法，通常采用在粗坯的狀態(tài)下，依靠人工進(jìn)行試軋?jiān)囆?，周期長、試件消耗大。在模具報廢后重新制造時，需要重復(fù)循環(huán)上述過程，造成了極大的浪費(fèi)，同時影響葉片的交付進(jìn)度和質(zhì)量。因此，葉片輥軋模具的設(shè)計(jì)成為技術(shù)瓶頸。

通過對生產(chǎn)現(xiàn)場葉片軋制情況進(jìn)行總結(jié)和分析，并結(jié)合葉片軋制工藝技術(shù)的提升，形成一套輥軋模具設(shè)計(jì)的方法。該方法經(jīng)過軋制試驗(yàn)驗(yàn)證，能夠?qū)崿F(xiàn)滿足葉片無余量精密軋制過程的工藝要求，目前已工程化推廣應(yīng)用，具體的輥軋模設(shè)計(jì)方法和步驟如下：

1 葉片輥軋可行性分析基礎(chǔ)參數(shù)的確定

對葉片的幾何外形尺寸和材料特性兩個方面進(jìn)行分析。幾何外形尺寸用于確定輥軋模具的結(jié)構(gòu)和葉片的軋制次數(shù)，同時確認(rèn)輥軋能否直接輥軋成型還是輥軋后通過機(jī)械校型得到最終尺寸。此外，需要通過平板軋制試驗(yàn)獲得葉片材料的滑移系數(shù)。葉片材料的滑移系數(shù)用于輥軋模設(shè)計(jì)和輥軋機(jī)調(diào)整。

2 確定葉片輥軋方向

選擇利于金屬流動的方向做為葉片的輥軋方向。首先檢查葉片各截面最大厚度的分布情況，如果各截面最大厚度的連線近似與葉片的Z軸平行，則選擇葉片Z軸方向做為葉片輥軋方向，也就是輥軋模具的滾動方向。如果葉片各截面最大厚度的連線與葉片Z軸有較大的偏差，則重新確定輥軋方向，形成新的滾動方向，保證葉片截面最大厚度的中心位置沿滾動方向均勻分布。

3 選擇平衡角

在整個葉身長度上，葉片的截面弦切角是變化的，確定葉片弦切角中的平衡角做為零角度，即軋輥中心線的位置，這樣會使葉片咬口處于一個傾斜的位置。選取適合的平衡角可降低輥軋過程中軋模對軋機(jī)的側(cè)向壓力，減少葉片的扭轉(zhuǎn)，有利于軋模的制造和修正，降低軋模的制造難度。

4 葉片型面光順

對于一些葉片的設(shè)計(jì)圖原始坐標(biāo)點(diǎn)，常常出現(xiàn)一些坐標(biāo)點(diǎn)形成的曲線不夠光順且數(shù)據(jù)點(diǎn)特別密集，對此，需要對型面坐標(biāo)進(jìn)行處理。葉片型面處理的方法是利用三維軟件在適當(dāng)?shù)墓罘秶鷥?nèi)對坐標(biāo)型面進(jìn)行光順，檢查曲率梳的變化，在適當(dāng)?shù)墓罘秶鷥?nèi)去處葉片型面上的拐點(diǎn)，形成新的葉片型面，葉片型面坐標(biāo)點(diǎn)間距為1～1.5mm。

5 葉片截面選取

檢查葉片設(shè)計(jì)圖上所提供截面距疏密情況，截面距不亦過大或過小，截面距過大，易產(chǎn)生型面失真，截面距過小，型面加工時波紋度難以控制。對于型面變化劇烈的區(qū)域，截面適當(dāng)加密，以控制型面的變化。如果葉身截面間距離大于7mm、距葉根的截面距大于3 mm，則應(yīng)增加中間截面，以利于模具的制造和軋制過程中葉片型面的控制。

6 輥軋中截面選擇

對于設(shè)計(jì)圖給定一個葉片型面，由于葉身形狀的變化和葉片的型面坐標(biāo)點(diǎn)所提供的方式不同，設(shè)定的軋模滾動方向可能不是水平位置上，必須將葉片的截面中心位置放置與軋模的分度圓直徑重合，保證軋模的葉盆和葉背作用到葉片的旋轉(zhuǎn)速度接近平衡，有利于在輥軋后減少出現(xiàn)側(cè)彎或者不出現(xiàn)側(cè)彎。

7 葉片型面邊緣處理

輥軋過程中葉片展寬在邊緣出現(xiàn)飛邊，需要對設(shè)計(jì)軋模邊緣進(jìn)行處理。一般處理方法為：從邊緣側(cè)向葉片型面增加1～2個補(bǔ)充點(diǎn)，補(bǔ)充點(diǎn)后要保證型面光順，同時保證各截面間邊緣要平滑，邊緣處理易產(chǎn)生波紋，影響葉片的流動。對于邊緣比較薄的葉片易出現(xiàn)卡點(diǎn)，但是卡點(diǎn)的長度一般不超過1mm，在處理邊緣R時將卡點(diǎn)去除。

8 咬口位置的確定和處理

有榫頭的壓氣機(jī)葉片，軋模咬口位置與榫頭的高矮和轉(zhuǎn)接R的大小有直接關(guān)系。通常咬口位置是距內(nèi)緣板0.75～1R左右，對于高榫頭則相應(yīng)增加。輥軋初始階段，載荷由零急劇到達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)，此時軋模與毛料的接觸面積小于正常軋制葉身時的接觸面積，單位壓力增大，在葉身上造成局部過壓，形成勺形的壓痕。為了消除這種過壓，對軋模近根段進(jìn)行修正，在根部加入補(bǔ)充截面，截面距離不大于2mm，而且增大軋模咬口部分的型腔，使咬口部位形成拋物線狀的變化。

9 軋模出口的處理

軋模出口處理目的是為了減少葉尖剩余毛料對成品葉尖的影響。葉尖截面相比扭角更大，型面更薄，材料壓下增更大，對設(shè)備和模具的損害加大。截面軋制停止，葉尖的剩余毛料將影響葉尖的型面。在葉片有效位置結(jié)束后增加適當(dāng)長度，開始在不改變補(bǔ)充截面扭角的情況下，擴(kuò)大型腔，既保證不影響葉尖型面扭角又降低了葉片壓下比。

10 葉片截面與軋模截面的換算

葉片輥軋時產(chǎn)生前滑，即葉片脫開軋模的速度大于軋輥的圓周速度。若軋輥的圓周速度和葉片榫頭轉(zhuǎn)接座的移動速度一致，則葉身是被壓縮的，這種壓縮使葉片出現(xiàn)失穩(wěn)而產(chǎn)生變形。為了消除這種壓縮，在軋機(jī)上安裝齒數(shù)大的齒輪，來提高夾葉片榫頭的轉(zhuǎn)接座的移動速度。在葉片輥軋模具設(shè)計(jì)時，按照葉片的前滑系數(shù)進(jìn)行截面距的計(jì)算。

11 軋模輪廓設(shè)計(jì)

輥軋模具安裝在輥軋機(jī)上、下軋輥軸上的環(huán)形凹槽內(nèi)，輥軋模具的兩側(cè)面應(yīng)與上、下軋輥軸上的環(huán)形凹槽相配合。輥軋模具的內(nèi)環(huán)面與軋輥軸的小軸頸直徑相同，軋模的兩側(cè)面上開有4個用于頂緊軋模的凹槽。軋模的內(nèi)環(huán)面的輪廓角度為115°，軋模型面的角度從距軋模后端108°處開始。軋模的后段留有安裝調(diào)整墊塊的槽口，調(diào)整墊塊用具調(diào)整上下軋模的咬口位置，保證盆、背型面的一致性。采用上述設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)的輥軋模具見圖1所示。

12 結(jié)束語

通過對葉片輥軋過程中金屬流動的分析和葉片軋制試驗(yàn)確定的葉片輥軋模具的設(shè)計(jì)方法，該方法設(shè)計(jì)的輥軋模在實(shí)際軋制過程中，輥軋模具的修模量減少了50%以上，修模試件消耗量減少20～30片。在結(jié)合多自由度、多項(xiàng)調(diào)整葉片軋制技術(shù)對葉片進(jìn)行軋制，模具通過人工簡單的修理情況下，軋出滿足設(shè)計(jì)圖要求的無余量葉片，證明此設(shè)計(jì)方法合理可行。

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