摘要：目前航空空心葉片熱成形的工藝參數選擇不夠合理，使得葉片成形質量欠佳。由于板料較厚且屬于加熱成形范疇，使得板料的起皺缺陷和拉裂缺陷不容易發生或不明顯，而葉片成形后的厚度不均勻和回彈缺陷突出。因此為了深入了解成形工藝參數對葉片成形質量的影響規律，本章以成形時主要工藝參數板料加熱溫度、摩擦系數、壓邊力和保壓時間作為因子變量，以葉片成形后的最小厚度值量和最大回彈量（Z向）為目標變量，通過控制變量法來研究空心葉片背弧成形時的最佳工藝參數區間，為后續的需要最佳的工藝參數組合提供基礎。

　　關鍵詞：航空空心葉片；熱沖壓；影響因素

　　1.加熱溫度對最小厚度值及最大回彈量的影響

　　本文熱沖壓空心葉片背弧所用材料為X2CrNi12，為了保證板料在轉移的過程中有足夠的剛度，因此熱沖壓板料的加熱溫度應低于1000℃。為研究熱沖壓成形葉片過程中不同的加熱溫度下對最小厚度值及最大回彈量影響規律，本次模擬保持摩擦系數µ=0.30、壓邊力F=500KN、保壓時間t=4min，初始溫度T按照每隔40℃取值，即800℃、840℃、880℃、920℃、960℃，其它模擬參數保持不變進行模擬，得到的最小厚度值及最大回彈量。

　　最小厚度值隨溫度變化呈現出先變化不大而后持續減小的趨勢，這是由于當溫度低于840℃左右時，在板料的轉運25s左右后，板料的溫度已經下降到600℃左右，使得板料不能在設定的合適溫度680-740℃左右成形，造成板料成形力比較大而板料的最小厚度值變化不大，而當溫度高于840℃時，隨著溫度的增加，材料的屈服強度、抗拉強度以及硬化指數等參數減小，而使得材料硬化性能降低，造成主應變變化較大，材料流動劇烈使得葉片厚度減薄嚴重，最大減薄率達到8.7%。另一方面，最大回彈量隨著溫度變化較明顯，由圖中曲線可以看出，在溫度840℃前，最大回彈量隨著溫度的增高而回彈量減小較少，最大值在800℃時為3.40mm左右，這是由于加熱溫度較低時，在板料的轉運過程中溫度已經下降到材料X2CrNi12合適熱成形溫度區間以下，導致板料拉延不充分而造成成形后最大回彈量較大，但加熱溫度高于840℃時，最大回彈量整體上隨著加熱溫度的升高而降低明顯，因此可以看出840℃是X2CrNi12熱成形的溫度分界點，當高于該溫度時，板料的流動性增強，因此在保持其他參數不變的前提下，板料外表面的主應力不斷增大，且加熱溫度增大時，材料的彈性模量E和屈服強度σs變小在成形空心葉片時材料的塑形增加，使得葉片成形后塑形變形的比例占總體變形比例增加，而彈性變形比例減小，因此保壓冷卻后板料的回彈減小，但加熱溫度也不宜過高，否則會出現材料過熱導致晶粒過分長大或者過燒等問題。綜上所述，為保證葉片背弧熱成形后獲得較小的減薄率和回彈量，較合適的加熱溫度區間840-920℃。

　　2.壓邊力對最小厚度值及最大回彈量的影響

　　對空心葉片熱成形，由于板料較厚且屬于熱成形，因此可以不設拉延筋等方法控制壓邊力，而僅通過控制壓邊力大小的方法進行成形。本文為研究熱沖壓成形葉片過程中不同的壓邊力下對最小厚度值及最大回彈量影響規律，本次模擬保持加熱溫度T=900℃、摩擦系數µ=0.30、保壓時間t=4min，壓邊力按每隔200KN取值，即400K、600KN、800KN、100KN、1200KN，其它模擬參數保持不變進行模擬，得到的最小厚度值及最大回彈量。

　　葉片背弧的最小厚度值隨著壓邊力的增大而呈現出減小的趨勢，最大的減薄率約為7.5%，這是由于葉片背弧成形屬于高溫成形，材料在高溫下硬化性能急劇下降，隨著壓邊力的的增大，葉片背弧成形時的主應變變化的斜率增大，使得最大主應力逐漸增大，而板料的厚度減薄量的敏感度增加，造成板料減薄率增大。另一方面，隨著壓邊力的增大葉片背弧成形后的最大回彈量逐漸減少，但是整體的減少量變化較小，這是由于隨著壓邊力的增大，葉片背弧最外層的主應變逐漸增大但變化趨勢較小，且葉片背弧熱成形與冷成型相比，板料在成形時變形抗力更低，在較小的壓邊力作用下就可以保證葉片進行較大程度的變形，使得塑形變形充分而回彈量較小，同時過大的壓邊力增大了零件減薄傾向和開裂的傾向。因此合適的壓邊力可以有效的控制材料的流動，使零件變形更加均勻化且獲得較小的回彈量，從而提高葉片背弧的成形精度，綜上所述，空心葉片背弧熱成形較合適的壓邊力區間為500-900KN。

　　3.保壓時間對最小厚度值及最大回彈量的影響

　　本文為研究熱沖壓成形葉片過程中不同的保壓時間下對最小厚度值及最大回彈量影響規律，本次模擬保持加熱溫度T=900℃、摩擦系數µ=0.30、壓邊力F=500KN，保壓時間按照每隔3min取值，即3min、6min、9min、12min、15min，其它模擬參數保持不變進行模擬，得到的最小厚度值及最大回彈量結果。

　　葉片背弧成形后的保壓冷卻時間對葉片厚度減薄率的影響較小，隨著保壓時間的增加，葉片背弧成形后的厚度基本上不發生變化，這是由于板料厚度減薄主要與材料塑形流動相關，而保壓過程中基本上不發生塑形流動，只存在溫度降低和板料的熱收縮，但這兩個因素基本上不影響板料厚度的變化。另一方面，葉片背弧的最大回彈量隨著保壓時間的增加而逐漸較小，這是由于隨著保壓時間的增加，葉片背弧出模的溫度則越低，使得板料溫度在空氣中降溫至室溫的過程中釋放的熱應力也越小，因此引起的回彈就越小。但保壓時間越久，葉片的單件生產所用時間則越長，保壓時間過短時葉片表面溫度過高造成實際生產操作不便。為了測量不同保壓時間下的殘余溫度分布，以相同的平均間隔取葉片大頭端與小頭端各5個點測量其殘余溫度，得到的保壓時間與葉片背弧測試點殘余溫度關系。綜上，為保證葉片背弧保壓后獲得較小的回彈和較合適的出模溫度，合適的保壓時間區間為5-9min。

　　參考文獻

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　　作者黃福天陳振強