[发明专利]一种适用于厚截面钛合金整体叶盘锻件的随形加工设计方法

说明书

本发明属于钛基合金领域，具体涉及到一种适用于厚截面钛合金整体叶盘锻件的随形加工设计方法，包括适用的合金类型、叶盘特征结构形式及尺寸设计等组成要素。本发明的随形加工设计方法适于TC25G、TA33、TA37、TA38等钛合金厚截面整体叶盘锻件，可最大限度使强度等关键性能得到保持，确保厚截面锻件力学性能满足设计要求。本专利技术可用于整体或局部厚度超过100mm的大尺寸厚截面整体叶盘锻件的随形加工设计，满足先进航空发动机对大尺寸厚截面整体叶盘锻件的应用需求。

技术领域

本发明属于钛基材料加工制造领域，具体涉及到一种适用于厚截面钛合金整体叶盘锻件的随形加工设计方法。

背景技术

钛合金具有比强度高、耐蚀、耐热等优点，因此在航空、航天、石油、化工、能源、汽车、医疗、体育休闲等领域得到广泛应用。随着航空和航天技术的发展，对钛合金尤其是高温钛合金的需求逐渐扩大，技术要求也逐渐提高，如要求耐更高温度、更高强度、良好工艺性能等。

结构一体化设计是近年来提出的一个新设计理念，主要目的是减少零件数量、提高结构效率。结构一体化意味着零件尺寸增大、结构复杂性提升，从而导致制备技术难度的大幅度提升。因此结构一体化设计思想，需要有先进的材料及工艺技术支撑。

近年来，先进航空发动机对高温大尺寸整体叶盘锻件提出强烈需求。如传统钛合金整体叶盘的直径约700mm左右，近年来新型发动机要求整体叶盘直径≥1100mm，所需锻件毛坯重量由原来的≥200kg提升到≥400kg，厚度由原来的≤80mm增加到100mm以上；同时从减重和减少零件数量角度，需要尽可能采用盘-鼓整体结构。盘-鼓整体结构的特点是盘和鼓筒采用非机械连接的办法形成一体，可采用模锻直接成形锻坯+数控加工方式制备，工艺流程大幅简化，零件数量显著减少。但因为盘和鼓筒合并制造后，锻件尺寸尤其是厚度方向尺寸明显增大，根据结构形式不同，如单侧鼓筒或双侧鼓筒，整体叶盘最厚部位尺寸在140mm～500mm之间，对原材料质量要求提高，锻件不同位置显微组织均匀性及性能控制面临巨大挑战。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于厚截面钛合金整体叶盘锻件的随形加工设计方法，技术原理适用于TC25G、TA32、TA33、TA37、TA38等高温钛合金材料。

一种适用于厚截面钛合金整体叶盘锻件的随形加工设计方法，该随形加工设计方法适用的高温钛合金材料为TC25G、TA33、TA37、TA38，其特征是适用于航空发动机整体叶盘锻件制备，力学性能对热处理后冷速敏感。

所述的一种适用于厚截面钛合金整体叶盘锻件的随形加工设计方法，其优选方案为，所述的随形加工锻件的制备工艺路线为制坯→模锻、空冷→粗加工→超声波探伤→随形加工→热处理→精加工。

所述的一种适用于厚截面钛合金整体叶盘锻件的随形加工设计方法，其优选方案为，其设计方案步骤如下：

步骤一：首先根据零件图，设计锻件毛坯图，给出锻件毛坯的纵剖面尺寸；

步骤二：确定锻件毛坯叶片、轮缘、辐板、轮毂等不同区域的厚度；

步骤三：对整体叶盘锻件毛坯进行随形加工设计，在零件图基础上，对随形加工部位单边增加余量，据此给出随形加工初始样图；

步骤四：如果随形加工部位包含叶片，叶片部位的随形加工尺寸设计需满足2π(r+15～25)/n+δ≥40mm的约束条件，式中r为叶根半径，n为叶片数量，δ为叶片最大厚度；

步骤五：叶片叶盆和叶背余量采用非对称设计；

步骤六：过渡区包括轮毂-辐板过渡、辐板-叶片过渡、轮缘-鼓筒连接区等，对过渡区尺寸进行优化设计；

步骤七：在前述步骤一至步骤六的基础上，给出随形加工的最终设计方案。