一种模锻叶片叶身型面设计方法

摘要

一种模锻叶片叶身型面设计方法，其依次按照下述要求进行模锻叶片叶身型面设计：(1)首先根据叶片零件叶身型面点的坐标值，建立叶身型面线的数学模型；(2)根据该数学模型，求出叶身进、排气边的内切圆；(3)优化边缘半径或型线，使型面精确和光顺；(4)在此基础上建立叶身锻件数学模型，并进行余量加放。本发明具有设计过程简单、可参数化设计、叶身型面光顺、设计模型精度高等优点，可实现零件、锻件等工艺文件的快速转化并输出过程，同时实现资源共享和数字化制造，大幅度地缩短设计和制造周期，加快研制进程，提高生产效率。

权利要求

1.一种模锻叶片叶身型面设计方法，其特征在于：依次按照下述要求进行模锻叶片叶身型面设计：(1)首先根据叶片零件叶身型面点的坐标值，建立叶身型面线的数学模型；(2)根据该数学模型，求出叶身进、排气边的内切圆；(3)优化边缘半径或型线，使型面精确和光顺；

(4)在此基础上建立叶身锻件数学模型，并进行余量加放。

2.按照权利要求1所述模锻叶片叶身型面设计方法，其特征在于：在步骤(1)中，有下述具体要求：根据叶片零件叶身型面点的坐标值，采用切比雪夫曲线拟合方法建立叶身型面线的数学模型。

3.按照权利要求1或2所述模锻叶片叶身型面设计方法，其特征在于：在步骤(4)中，要求在叶身零件型面优化的基础之上，进行锻件余量的加放：根据叶身型面所建立的数学模型，直接计算出加放余量后的叶盆叶背型面点的坐标值，进而重新优化叶身锻件型面的数学模型，使型面精确、光顺。

4.按照权利要求3所述模锻叶片叶身型面设计方法，其特征在于：在步骤(4)中进行余量加放的具体要求是：采用叶尖型面外推的设计方法，将叶尖型面上的坐标点投影到延伸后的平面上，同时按照叶身型面的趋势来实现叶尖的延伸。

5.按照权利要求4所述模锻叶片叶身型面设计方法，其特征在于：在步骤(4)中进行余量加放的具体要求是：边缘余量加放：根据叶身所提供截面线的内切圆圆心与进排气边半径的计算模型，通过内切圆圆心点拟合求出圆心连线的数学模型Ly，进而求出叶片零件进排气边最外侧点，并以该点为起点，沿内切圆圆心连线Ly的切线方向增加余量Δ1、Δ2，并利用圆心连线Ly的数学模型，求出叶片锻件边缘加放余量后的内切圆圆心；

通过指定新的统一边缘半径R，重新优化叶盆叶背曲线，使得叶盆叶背曲线与进排气边缘相切。

说明书

一种模锻叶片叶身型面设计方法

技术领域

[0001] 本发明涉及材料成形工程领域的模锻叶片叶身型面设计技术，特别提供了一种模锻叶片叶身型面设计方法。

背景技术

[0002] 目前，国外对形状复杂的精锻叶片的CAD/CAM研究工作还没有相关报道。国内的无锡叶片有限责任公司、西安安泰叶片技术有限公司等单位已经开发出适合其使用需要的成形工艺及模具设计CAD/CAM系统，但是这些软件没有针对精锻叶片的设计进行过二次开发。

[0003] 目前模锻(包括精锻)叶片叶身型面以及基于叶身型面设计的工艺过程设计具有精度差、设计过程繁琐及设计周期长等缺点。最主要的是设计的环节往往是独立进行的，这就带来了以下问题：1)设计的可重复性差，没有充分利用前一设计阶段的设计结果，设计人员需要重复输入和计算大量数据，其设计过程容易出错；2)设计工作量大，使得设计人员不能把精力放在关心的重点问题上，使得设计重点不突出。3)工程更改困难，往往使叶片锻件有一处小的修改会引起整套模具的大变动，需要重新计算许多数据。尤其是模锻(包括精锻)叶片的叶身部位设计，叶身建模还是靠重复输入叶身型面坐标点，建立叶身模型；没有建立叶身型面数学模型；叶身型面没有进行优化处理，型面不光顺；边部余量加放仍靠设计人员手工调试，往往带来很大的误差。

[0004] 人们渴望获得一种技术效果良好的模锻叶片叶身型面设计方法。

发明内容

[0005] 本发明的目的是提供一种技术效果良好的模锻叶片叶身型面设计方法。重点是建立模锻(包括精锻)叶片终锻件叶身型面余量加放、型面优化和叶尖加长的辅助设计系统。

[0006] 本发明的具体技术思路是：使用叶片精锻件叶身型面处理的设计软件进行模锻(包括精锻)叶片叶身型面设计以及相关的其它环节的辅助工作。

[0007] 本发明一种模锻叶片叶身型面设计方法，其特征在于：依次按照下述要求进行模锻叶片叶身型面设计：

[0008] (1)首先根据叶片零件叶身型面点的坐标值，建立叶身型面线的数学模型；(2)根据该数学模型，求出叶身进、排气边的内切圆；(3)优化边缘半径或型线，使型面精确和光顺；(4)在此基础上建立叶身锻件数学模型，并进行余量加放。

[0009] 所述模锻叶片叶身型面设计方法，还有如下优选要求：

[0010] 在步骤(1)中，有下述具体要求：根据叶片零件叶身型面点的坐标值，采用切比雪夫曲线拟合方法建立叶身型面线的数学模型。

[0011] 在步骤(4)中，要求在叶身零件型面优化的基础之上，进行锻件余量的加放：

[0012] 根据叶身型面所建立的数学模型，直接计算出加放余量后的叶盆叶背型面点的坐标值，进而重新优化叶身锻件型面的数学模型，使型面精确、光顺。

[0013] 需要重点强调的是：本发明所述模锻叶片叶身型面设计方法，其特征在于：在步骤(4)中进行余量加放的具体要求是：

[0014] 采用叶尖型面外推的设计方法，将叶尖型面上的坐标点投影到延伸后的平面上，同时按照叶身型面的趋势来实现叶尖的延伸。

[0015] 在步骤(4)中进行余量加放的具体要求是：

[0016] 边缘余量加放：根据叶身所提供截面线的内切圆圆心与进排气边半径的计算模型，通过内切圆圆心点拟合求出圆心连线的数学模型Ly，进而求出叶片零件进排气边最外侧点，并以该点为起点，沿内切圆圆心连线Ly的切线方向增加余量Δ1、Δ2，并利用圆心连线Ly的数学模型，求出叶片锻件边缘加放余量后的内切圆圆心；

[0017] 通过指定新的统一边缘半径R，重新优化叶盆叶背曲线，使得叶盆叶背曲线与进排气边缘相切，见附图1。对于叶尖延伸，传统差值法有时得不到光顺的型面，如附图2所示。

[0018] 本发明相关内容简介：

[0019] 叶片精锻工艺设计通常需要技术人员具有资深经验及大量繁琐计算，一个精锻叶片设计，需要很长设计时间，这严重制约着航机研制所需的快速反应能力。

[0020] 本发明基于计算机辅助三维设计软件平台还开发了的适用于精锻叶片快速设计的软件。该软件系统具有设计过程简单、可参数化设计、叶身型面光顺、设计模型精度高等优点，可实现零件、锻件等工艺文件的快速转化并输出过程，同时实现资源共享和数字化制造，大幅度地缩短设计和制造周期，加快研制进程，提高生产效率。

[0021] 本发明相关的开发软件是目前国内首家基于计算机辅助三维设计软件平台开发的专用于精锻叶片的设计系统，可以成功应用于多型号发动机叶片的设计。其具有叶片叶身设计过程简单、具有可继承性；模型精度比较高，叶身型面得到优化(光顺)；同时可以进行资源共享，满足信息化制造要求；改进了传统的模锻叶片的设计思想。其经济价值巨大，应用前景广泛。

[0022] 使用本发明可以大大节省设计周期及模具的制造周期，提高模具制造的精度，为科研攻关及现场生产按节点进行提供了强有力的保障。同时减少了工艺人员重复性工作，使工艺人员有更多的时间服务于现场。本发明相关软件的应用，是精密锻造技术的提升，也是锻造数字化信息技术提升的一项标志。

[0023] 从经济上考虑，可节约大量的人力资源并极大地缩短产品开发生产周期，提高研发能力，带来巨大的经济效益。

附图说明

[0024] 下面结合附图及实施方式对本发明作进一步详细的说明：

[0025] 图1为为叶身型线边缘余量加放及优化图；

[0026] 图2为用传统插值方法建立的叶身不光顺模型；

[0027] 图3为用本发明叶尖型面外推法建立的叶身光顺模型；

[0028] 图4为精锻叶片叶身设计系统操作菜单；

[0029] 图5为精锻叶片叶身设计系统操作界面；

[0030] 图6为通过本设计系统设计出来的某机精锻叶片锻件图。

具体实施方式

[0031] 实施例1

[0032] 一种模锻叶片叶身型面设计方法，依次按照下述要求进行模锻叶片叶身型面设计：

[0033] (1)首先根据叶片零件叶身型面点的坐标值，建立叶身型面线的数学模型；(2)根据该数学模型，求出叶身进、排气边的内切圆；(3)优化边缘半径或型线，使型面精确和光顺；(4)在此基础上建立叶身锻件数学模型，并进行余量加放。

[0034] 所述模锻叶片叶身型面设计方法，还包含有如下具体要求：

[0035] 在步骤(1)中，有下述具体要求：根据叶片零件叶身型面点的坐标值，采用切比雪夫曲线拟合方法建立叶身型面线的数学模型。

[0036] 在步骤(4)中，要求在叶身零件型面优化的基础之上，进行锻件余量的加放：

[0037] 根据叶身型面所建立的数学模型，直接计算出加放余量后的叶盆叶背型面点的坐标值，进而重新优化叶身锻件型面的数学模型，使型面精确、光顺。

[0038] 需要重点强调的是：所述模锻叶片叶身型面设计方法的步骤(4)中进行余量加放的具体要求是：采用叶尖型面外推的设计方法，将叶尖型面上的坐标点投影到延伸后的平面上，同时按照叶身型面的趋势来实现叶尖的延伸。

[0039] 在步骤(4)中进行余量加放的具体要求是：

[0040] 边缘余量加放：根据叶身所提供截面线的内切圆圆心与进排气边半径的计算模型，通过内切圆圆心点拟合求出圆心连线的数学模型Ly，进而求出叶片零件进排气边最外侧点，并以该点为起点，沿内切圆圆心连线Ly的切线方向增加余量Δ1、Δ2，并利用圆心连线Ly的数学模型，求出叶片锻件边缘加放余量后的内切圆圆心；

[0041] 通过指定新的统一边缘半径R，重新优化叶盆叶背曲线，使得叶盆叶背曲线与进排气边缘相切，见附图1。对于叶尖延伸，传统差值法有时得不到光顺的型面，如附图2所示。

[0042] 任何精锻叶片的设计都可以通过系统操作菜单来完成，如附图3所示。点击叶身数据拟合按钮，弹出叶片设计操作界面，如附图4所示，该界面主要进行锻造叶片叶盆叶背余量加放、边部余量加放、叶身型面优化和叶尖延伸等工作。首先建立叶身零件各型面点坐标值的文本文件，在附图5的窗口1指明文件的路径；其次，给出型面点坐标值输入方式，即确定先输入叶盆数据还是叶背数据。再指出叶片放置方式，即确定叶盆朝上还是叶背朝上，如附图5的窗口2和3所示。然后，确定叶身余量加放方式，即确定是叶身型面Y方向还是叶身型面法向加放余量，如附图5窗口4所示。指明叶身进排气边的数据文件路径，如附图5窗口5所示。参照设计界面所给图片文件，给出以下参数(如附图5窗口6)：1)叶尖延长距离；2)叶盆加放余量值；3)叶背加放余量值；4)进气边余量值；排气边余量值；5)是否给出边缘半径的统一值，如果是给出边缘半径。并将计算结果输出为文本文件，以便后续设计工作使用，如附图5窗口7所示。