葉片輥軋模具的設計方法

姜紹西+++李深亮

摘 要：針對目前葉片輥軋模設計中存在的問題，通過對生產現場葉片軋制情況進行總結和分析，并結合葉片軋制工藝技術的提升，形成一套輥軋模具設計的方法。文章論述的輥軋模具設計方法經過軋制試驗驗證，能夠實現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用。

關鍵詞：輥軋模具；設計與制造；無余量葉片

引言

葉片無余量精密冷輥軋是一種先進的葉片型面加工方法，由于其制造成本低、生產效率高以及可實現產品的組織性能較常規制造工藝更為優異等特點，倍受發達國家的重視。葉片輥軋模具做為葉片成型的關鍵工具，葉片輥軋模具型面沒有具體設計方法，通常采用在粗坯的狀態下，依靠人工進行試軋試修，周期長、試件消耗大。在模具報廢后重新制造時，需要重復循環上述過程，造成了極大的浪費，同時影響葉片的交付進度和質量。因此，葉片輥軋模具的設計成為技術瓶頸。

通過對生產現場葉片軋制情況進行總結和分析，并結合葉片軋制工藝技術的提升，形成一套輥軋模具設計的方法。該方法經過軋制試驗驗證，能夠實現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用，具體的輥軋模設計方法和步驟如下：

1 葉片輥軋可行性分析基礎參數的確定

對葉片的幾何外形尺寸和材料特性兩個方面進行分析。幾何外形尺寸用于確定輥軋模具的結構和葉片的軋制次數，同時確認輥軋能否直接輥軋成型還是輥軋后通過機械校型得到最終尺寸。此外，需要通過平板軋制試驗獲得葉片材料的滑移系數。葉片材料的滑移系數用于輥軋模設計和輥軋機調整。

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的側向壓力，減少葉片的扭轉，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

對于一些葉片的設計圖原始坐標點，常常出現一些坐標點形成的曲線不夠光順且數據點特別密集，對此，需要對型面坐標進行處理。葉片型面處理的方法是利用三維軟件在適當的公差范圍內對坐標型面進行光順，檢查曲率梳的變化，在適當的公差范圍內去處葉片型面上的拐點，形成新的葉片型面，葉片型面坐標點間距為1～1.5mm。

5 葉片截面選取

檢查葉片設計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域，截面適當加密，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

對于設計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點所提供的方式不同，設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速度接近平衡，有利于在輥軋后減少出現側彎或者不出現側彎。

7 葉片型面邊緣處理

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

8 咬口位置的確定和處理

有榫頭的壓氣機葉片，軋模咬口位置與榫頭的高矮和轉接R的大小有直接關系。通常咬口位置是距內緣板0.75～1R左右，對于高榫頭則相應增加。輥軋初始階段，載荷由零急劇到達穩定狀態，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，對軋模近根段進行修正，在根部加入補充截面，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。在葉片有效位置結束后增加適當長度，開始在不改變補充截面扭角的情況下，擴大型腔，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失穩而產生變形。為了消除這種壓縮，在軋機上安裝齒數大的齒輪，來提高夾葉片榫頭的轉接座的移動速度。在葉片輥軋模具設計時，按照葉片的前滑系數進行截面距的計算。

11 軋模輪廓設計

輥軋模具安裝在輥軋機上、下軋輥軸上的環形凹槽內，輥軋模具的兩側面應與上、下軋輥軸上的環形凹槽相配合。輥軋模具的內環面與軋輥軸的小軸頸直徑相同，軋模的兩側面上開有4個用于頂緊軋模的凹槽。軋模的內環面的輪廓角度為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整墊塊的槽口，調整墊塊用具調整上下軋模的咬口位置，保證盆、背型面的一致性。采用上述設計方法設計的輥軋模具見圖1所示。

12 結束語

通過對葉片輥軋過程中金屬流動的分析和葉片軋制試驗確定的葉片輥軋模具的設計方法，該方法設計的輥軋模在實際軋制過程中，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。在結合多自由度、多項調整葉片軋制技術對葉片進行軋制，模具通過人工簡單的修理情況下，軋出滿足設計圖要求的無余量葉片，證明此設計方法合理可行。

參考文獻

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