[发明专利]一种双性能整体叶盘铸造成形的仿真方法

说明书

本发明属于铸造成型模拟技术领域，具体涉及一种双性能整体叶盘铸造成形的仿真方法。所述方法具体包括以下步骤：S1）利用UG建模，得到最终三维模型，建模完成后，将三维实体模型以parasolid格式导出；S2）将S1）导出的parasolid格式导入到铸造模拟软件的模型中，依次进行模型检查与网格划分,得到网格文件；S3）根据S2）得到网格文件定义整体叶盘铸造模拟边界条件，在叶片周围布置冷却环，使其满足预设界面换热系数阈值，最终得到双性能整体叶盘的模拟结果，根据模拟结果进行双性能整体叶盘铸造。本发明的方法通过三维建模模拟在叶片周围布置冷却环，通过控制叶片部分冷却过程中的热交换使叶片实现定向凝固，从而得到柱状晶。

技术领域

本发明涉及仿真模拟技术领域，特别是一种双性能整体叶盘铸造成形的仿真方法。

背景技术

航空用发动机涡轮叶片工作时，其纵向是主要承载方向，横向晶界存在高应力，所以等轴晶铸造涡轮叶片失效主要是由于垂直于主应力的横向晶界开裂引起。铸造等轴晶叶片各个方向上晶粒位向随机，而且往往不是最优取向。定向凝固柱晶消除了横向晶界，整体叶盘组织性能具有明显方向性，在特定方向上力学性能优异。精铸整体叶盘主要应用于直升机和起动机等小型发动机上[1汤鑫,曹腊梅,盖其东,李爱兰,张勇,刘发信.高温合金双性能整体叶盘铸造技术[J].航空材料学报,2006(03):93-98.]，根据服役环境要求，叶盘叶片应具有良好的高温抗氧化性、耐腐蚀和具有较高强度，还应有较好的高温持久和蠕变性能、机械疲劳和热疲劳性能及一定的塑性与冲击韧性。叶片部分是定向柱晶结构能满足生产需求，发挥材料潜力。

铸造得到的整体叶盘轮盘晶粒粗大，达不到强度要求，而且定向凝固工艺制得的叶盘叶片容易出现杂晶或有热裂倾向。为了解决现有铸造问题，必须优化现有生产工艺，得到叶盘叶片是良好柱状晶的整体叶盘。铸造生产过程影响因素众多，不易控制变量，产品产生缺陷难以查找具体原因。通过数值模拟软件ProCAST[2李日.铸造工艺仿真ProCAST从入门到精通[M].北京:中国水利水电出版社,2010:4.]对铸造过程进行仿真模拟，模拟浇铸、充型与凝固过程，分析模拟结果来指导实际生产。铸造模拟软件便于优化铸造参数，尝试模拟铸造实际生产中较难实现的零件，为大型复杂件的浇铸过程提供参考。

通过数值模拟软件模拟整个铸造过程，得到铸造过程的温度场、流场、应力场与组织结构情况，不断优化工艺参数，降低实际生产过程整体叶盘的报废率。整体叶盘的叶片部分是柱状晶，能够通过定向凝固的方式得到，其中的关键技术是控制固液界面前沿温度梯度，大的温度梯度有利于柱状晶生长。国内外相关研究学者在利用ProCAST软件模拟定向凝固过程方面做了许多报道[3宗学文,张斌.DD4合金发动机叶片的定向凝固过程数值模拟[J].真空科学与技术学报,2018,38(08):726-729]，综合分析来看，要想控制凝固过程中固液界面为平滑界面，会设置隔热挡板，调整抽拉机构速度，采用多种冷却方式保证轴向生长得到定向柱晶。双性能整体叶盘制备方法有单独铸造定向叶片与叶轮，通过焊接等方式将两者合并[4M.Ortil.Bi-cast turbine rotor disk and method of forming same:US,8801338[P],2014.]；浇铸整体叶盘时，叶片周围布置有环形水冷结晶器[5李相伟.双组织高温合金的中温力学性能和损伤行为[D].中国科学技术大学,2019.]，为叶片提供径向温度梯度。利用ProCAST软件模拟整体叶盘的浇铸过程时，如何在叶片部分设置径向温度梯度。

发明内容

本发明公开了一种双性能整体叶盘铸造成形的仿真方法，以解决现有技术的上述以及其他潜在问题中任一问题。

为实现以上目的，本发明采取以下技术方案：一种双性能整体叶盘铸造成形的仿真方法，所述方法具体包括以下步骤：

S1)利用UG建模，得到最终三维模型，建模完成后，将得到的最终三维模型的实体模型以parasolid格式导出；