[发明专利]精铸涡轮叶片模具型腔精确定型方法

摘要

本发明公开了一种精铸涡轮叶片模具型腔精确定型方法，按照涡轮叶片的浇注工艺设计涡轮叶片的浇注系统模型并进行浇注实验；采用热电偶测量在浇注及凝固过程中叶片前后缘、叶背及叶盆处的实际温度，确定界面换热系数，进行浇注过程的数值模拟，获取浇注过程中的涡轮叶片铸件变形情况，对铸件模型反变形处理后进行精铸过程的数值模拟；最终判断型面偏差量是否符合铸件尺寸公差的精度要求。本发明大幅提高了涡轮叶片的成品率；减少了试模的周期与次数。

主权项

1.一种精铸涡轮叶片模具型腔精确定型方法，其特征在于包括下述步骤：步骤1按照涡轮叶片的浇注工艺设计涡轮叶片的浇注系统模型；步骤2采用有限元分析方法对步骤1建立的浇注系统模型进行单元划分；步骤3采用步骤1建立的浇注系统模型进行浇注实验；采用热电偶测量在浇注及凝固过程中叶片前后缘、叶背及叶盆处的实际温度，引入公式作为求解界面换热系数的数学模型，式中：T(h_c)为仿真温度值，_T′为与T(h_c)对应的测量温度值，n为布置的热点偶个数；建立迭代关系式T^k+1＝T^k+ΔT，式中：T^k+1为第k+1次迭代结果，T^k为第k次迭代的结果，ΔT为第k次迭代时的修正值，当数值模拟的计算温度值T(h_c)与测量温度值之差的绝对值|T^k-T′|小于指定的精度要求时，有T^k+1＝T′，则认为此时数值模拟中的换热情况与实际相符，进而确定界面换热系数h_c；步骤4通过步骤3得到精确的界面换热系数，然后进行浇注过程的数值模拟，以获取浇注过程中的涡轮叶片铸件变形情况：首先施加数值模拟边界条件，包括合金材料与模壳材料的热物性参数、初始浇注的合金温度、中止数值计算的合金温度、合金材料与精铸模壳间的界面换热系数、模型位移的约束条件；通过精铸过程应力场的求解，得出精铸过程涡轮叶片网格模型各节点的应力分布，进而导出各节点的位移量，即可建立位移场模型。步骤5基于反变形迭代公式对铸件模型进行反变形处理，公式中P₀(x₀，y₀)表示初始叶片表面上任意离散点的坐标，表示模具型腔上的任意一个离散点坐标，K表示离散点对应的收缩率，取K为1.012，表示浇注方向的铸件同一高度的剖面上两个离散点的坐标差比值，W_xy(x₁，y₁)表示两个离散点之间的位移变化量；步骤6在步骤5中得到对铸件模型离散点进行反变形处理后的离散点，进行曲面重构后得到模具型腔模型；在与步骤4相同的工艺条件和模具结构的前提下，进行精铸过程的数值模拟；步骤7将步骤6得到的反变形模型与铸件设计模型配准后获取反变形模型的型面偏差量，判断型面偏差量是否符合铸件尺寸公差的精度要求；如符合精度要求，则最终反变形模型即为精铸模具的型腔；如不符合精度要求，则重复步骤4～步骤7，直到最终的反变形模型变形后的模型符合精度要求。