專利名稱：鍛造復(fù)雜零件的飛邊流道的幾何構(gòu)造工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鍛模型腔的幾何構(gòu)造，并且更準(zhǔn)確地說涉及位于用于鍛造復(fù)雜零件(在本例中為渦輪機(jī)輪片)的型腔周邊上的飛邊流道及其飛邊槽的幾何構(gòu)造。
背景技術(shù)：
通過使用飛邊流道可以在零件鍛造期間確保材料充滿型腔。通過形成適當(dāng)?shù)娘w邊流道，能保證收集到的材料在溢出型腔之前被迫首先填充型腔腔室。飛邊流道允許在型腔的排出口去除過剩的材料。
除了材料的正確流動之外，優(yōu)化飛邊流道的形狀產(chǎn)生了所獲得零件的良好可重復(fù)性以及鍛造力的減小，從而使得沖壓工具的預(yù)期使用壽命增大。
這種優(yōu)化尤其取決于零件和工具的溫度、它們之間的摩擦系數(shù)以及在鍛造工藝之前零件坯料的形狀。
為了確定飛邊流道的幾何形狀，尤其要使用對于鍛造零件形狀的規(guī)范。對于比如渦輪機(jī)輪片之類的復(fù)雜零件，必須限定葉片在厚度方向上的橫向截面特性以及飛邊流道的橫向截面特性，以通過具有上述物理特性的葉片橫向截面的延伸將它們連接。
對于渦輪機(jī)輪片的鍛造工具的設(shè)計，需要計算(對于模具的構(gòu)造要確定數(shù)千個點(diǎn))并且因此工藝成本很高。此外，入口誤差的危險很高并且會導(dǎo)致在限定飛邊流道的表面上出現(xiàn)額外的皺紋。

發(fā)明內(nèi)容
申請人已經(jīng)考慮了來改進(jìn)這個工藝。
為此，本發(fā)明涉及用于根據(jù)具體參數(shù)設(shè)在用于鍛造渦輪機(jī)輪片的模具中的飛邊流道的幾何構(gòu)造工藝，其中輪片具有葉片并且該葉片由預(yù)定平面中的平剖面限定，并且其中飛邊流道和飛邊槽必須根據(jù)所述平面限定以獲得葉片和飛邊流道的平剖面，工藝的特征在于-在相應(yīng)于葉片的根部、中間和末梢的基準(zhǔn)平面中選擇葉片的至少三個基準(zhǔn)剖面，-在所述基準(zhǔn)平面中，確定飛邊流道的長度以及三個基準(zhǔn)剖面的收縮距離，-在所述預(yù)定平面中，通過插值法由所述基準(zhǔn)剖面構(gòu)造飛邊流道和飛邊槽的中間剖面。
較佳地，在計算飛邊流道及其飛邊槽的中間剖面之前，通過改變基準(zhǔn)剖面中的所述參數(shù)來影響飛邊流道參數(shù)的不同確定值。
再較佳地，由于渦輪機(jī)輪片具有前緣和后緣，因此，相應(yīng)于前緣和后緣處的飛邊流道以及飛邊槽的剖面被同時計算。
因而對于絕大多數(shù)部件能自動地計算飛邊流道及其飛邊槽的中間剖面，從而節(jié)省了大量的時間。
有利地是，為了確定飛邊流道及其飛邊槽的橫向中間剖面，使用了多項式插值法。
此外，更佳地，在插值之后，首先進(jìn)行飛邊槽的校正，以避免形成被底切、或者或多或少垂直并能使模具更脆弱的表面，并且隨后減小輪片末梢處的高度差異。


借助于以下對于通過參考附加平面來確定飛邊流道的工藝的描述，能更好地理解本發(fā)明，其中-圖1和2示出了所有平剖面Pi以及選自渦輪機(jī)輪片這些平剖面的基準(zhǔn)剖面和所有在校正(rectification)之前產(chǎn)生的飛邊流道剖面的透視圖；-圖3是示出用于限定渦輪機(jī)輪片前緣或后緣剖面的特征點(diǎn)以及飛邊流道及其飛邊槽與所述邊緣相連接的特征點(diǎn)的幾何圖形，這些點(diǎn)用于根據(jù)本發(fā)明的工藝中，-圖4示出了飛邊流道以及相應(yīng)未校正的并且必要時已校正的渦輪機(jī)飛邊槽的部件的全部剖面的透視圖；-圖5示出了用于鍛造渦輪機(jī)輪片的沖壓工具的視圖，其中示出了飛邊流道以及相應(yīng)飛邊槽的平剖面上未校正和校正過的沖擊軸線、沖擊平面以及飛邊槽角度；-圖6示出了用于鍛造渦輪機(jī)輪片的鍛模面對面的表面、飛邊流道和飛邊槽的透視圖，其中示出了在應(yīng)用本發(fā)明的工藝之后進(jìn)行插值的結(jié)果；和-圖7示出了用于鍛造渦輪機(jī)輪片的模具的定型表面的透視圖。
具體實施例方式
參考圖1，渦輪機(jī)輪片的葉片10一方面在前緣BA和后緣BF之間具有下表面和上表面兩個表面，另一方面具有葉梢9和葉根8。在下葉片表面和上葉片表面之間，輪片由已經(jīng)借助于鍛造機(jī)(未示出)進(jìn)行鍛造的材料1構(gòu)成，該鍛造機(jī)具有額定功率并且作用于由隨后將描述的兩個模具構(gòu)成的沖壓工具上。
葉片或翼剖面10在幾何形狀上由位于預(yù)定平面Pi中的平剖面Si限定，該平平面位于具有下葉片表面2″和上葉片表面2′的這些平面的交會處。
這些剖面也是當(dāng)模具處于零件或輪片的鍛造位置時以及鍛造工藝過程中的剖面。在本文以下部分中對此不再區(qū)分彼此。
在初始階段期間，必須選擇基準(zhǔn)Pa、Pb和Pc的至少三個平面8、10、9，假定三個剖面Sa、Sb、Sc。這三個基準(zhǔn)剖面用于確定飛邊流道的構(gòu)造參數(shù)。這就是圖2中已經(jīng)做的，其中三個基準(zhǔn)剖面是相應(yīng)于葉片根部、中間和末梢的剖面S2、S6、S11。
在稱作校正階段的第二階段中，在前緣BA和后緣BF上只為截面Sa、Sb和Sc幾何地構(gòu)造飛邊流道5及其相應(yīng)的飛邊槽6。
構(gòu)造基于圖3所示的幾何元素，其中能識別出下葉片表面2″和上葉片表面2′與從Pa、Pb和Pc組中選擇的基準(zhǔn)面Pj的交會，以及在前緣BA或后緣BF的Pj上的痕跡。
以下另外的元素用于此處-骨架曲線3，由同時與上葉片表面(在4′處)和下葉片(在4″處)表面相切的圓4的所有中心點(diǎn)構(gòu)成。
-測量點(diǎn)11，從限定零件的CAD(計算機(jī)輔助設(shè)計)獲得并且用作成品的控制或測量點(diǎn)。
這些元素構(gòu)成了輪片或模具的部件幾何限定，這在CAD格式的計算機(jī)介質(zhì)上可用。
以下另外地限定在Pj面中，切線12在測量點(diǎn)11處與骨架曲線3相連，并且在這個切線上，以下幾何元素-收縮點(diǎn)13，位于測量點(diǎn)11和前緣BA或后緣BF(根據(jù)情況而定)之間，距離測量點(diǎn)11一個收縮距離d，-飛邊槽點(diǎn)14，在收縮點(diǎn)相對于測量點(diǎn)的延伸上并距收縮點(diǎn)13為距離1，該飛邊槽點(diǎn)限定了長度1的段作為飛邊流道的理論長度。
-α是飛邊槽的開口角并且R＝h/2，圓的半徑與飛邊槽相切并限定了模具之間飛邊槽長度和飛邊槽高度。通常，α角的值為60°。
飛邊流道由長度λ和厚度ε這兩個尺寸限定，這通過關(guān)系式λ/ε相關(guān)聯(lián)。它們基于與部件形狀以及所用機(jī)器類型相關(guān)的復(fù)雜標(biāo)準(zhǔn)而固定。舉例來說，對于在螺旋壓力機(jī)上于1050℃鍛造的鋼質(zhì)零件，飛邊流道的實際長度應(yīng)當(dāng)為λ＝(零件最大寬度)1/2對于在940℃鍛造的鈦質(zhì)零件，λ只有一半大。
所有這些元素用于限定飛邊流道和相應(yīng)飛邊槽的由面Pi限定的剖面的理論特征點(diǎn)，即最佳點(diǎn)-理論點(diǎn)13′和13″，分別是曲線2′(上)和2″(下)與直線dr的交點(diǎn)，直線dr與骨架曲線正交并且穿過點(diǎn)13，點(diǎn)13距離葉片前緣或后緣的測量點(diǎn)11一確定距離(即收縮距離)，-平行線T′(上)和T″(下)平行于切線12并分別經(jīng)過13′和13″，-理論點(diǎn)14′和14″，分別是從飛邊槽點(diǎn)14向切線12作出的垂直線N1與平行線T′和T″的交點(diǎn)，-理論點(diǎn)16′和16″，分別是和半徑為h/2的圓相切的平行直線21′和21″與射線20′和20″的交點(diǎn)。
一方面由點(diǎn)13′-14′限定的段15′、由點(diǎn)14′-16′限定的20′以及射線21′，以及另一方面由點(diǎn)13″-14″限定的段15″、由點(diǎn)14″-16″限定的20″以及射線21″，確定了飛邊流道5以及相應(yīng)飛邊槽6在面Pj內(nèi)的剖面，即理論最佳剖面。
為了獲得實際上用于沖壓工具的模具制造中的飛邊流道和飛邊槽的最佳剖面的特征幾何點(diǎn)，這些點(diǎn)在上葉片側(cè)上標(biāo)識為字母A′、B′、C′、OF、E′、F′，在下葉片側(cè)上標(biāo)識為字母A″、B″、C″、OF′、E″、F″，分別引入了如圖3所示的三個連接半徑R1、R2、R3，以及上述幾何點(diǎn)的坐標(biāo)。必要地，R1在一方面不應(yīng)當(dāng)過大，以使得其不會接觸到測量點(diǎn)，但是另一方面足夠大以使得在飛邊流道和葉片之間沒有尖緣。換句話說，在圖3中，A′和A″垂直于法線N。最終獲得了等于長度λ的有用飛邊流道長度B′C′或B″C″。
以這樣的方式對每個基準(zhǔn)面Pa、Pb、Pc進(jìn)行處理并且能獲得整體上的平剖面，這樣稱謂是因為零件、飛邊流道和飛邊槽在這些基準(zhǔn)面中的剖面連接起來，并且因此基準(zhǔn)剖面Sa、Sb、Sc以及飛邊流道及其飛邊槽的最佳剖面的組合也連接起來。
在第三階段，即選擇階段，確定參數(shù)1和d，然后是剖面Pa、Pb、Pc中的連接R1和R2。這些可變參數(shù)將用于獲得最適于零件的飛邊流道的長度λ。
當(dāng)參數(shù)已經(jīng)指定時，隨后轉(zhuǎn)到插值階段，以獲得飛邊流道及其飛邊槽在所有平面Pi中的最佳剖面。
自動插值可以是線性的、二次的、三次的或通常所用的多項式的，并且因而獲得了圖2中用于所有面Pi的最佳剖面5和6。這些最佳剖面也在圖4中由面Pi的段15′、15″、20′、20″的細(xì)節(jié)圖示出。
相應(yīng)于前緣和后緣的飛邊流道的剖面能同時計算出，但是要使用不同的參數(shù)，比如飛邊流道的理論長度l、限定其厚度ε的收縮距離、高度h、角度α等。
參考圖5，然而，對于i的某些極端值，例如在葉根附近，自動插值的結(jié)果是不可接受的并且可能提供這樣的段，比如C13，其相對于鍛造機(jī)的沖擊方向Fo嚴(yán)重地偏向。在附圖的例子中，模具不能將材料鍛造成飛邊槽角。
在第四階段中，即校正階段，根據(jù)段C″12、C″11和C″10，對不正確定向的段C11、C12和C13進(jìn)行校正。
為了形成飛邊槽，必須選擇葉根和葉梢處的基準(zhǔn)剖面BA和BF。通過選擇四個基準(zhǔn)剖面，前緣BA處兩個葉根處的s3和葉梢處的s9，后緣BF處兩個葉根處的s4和葉梢處的s8，以校正飛邊槽的朝向，構(gòu)造工藝允許我們獲得完全平滑的表面。
基準(zhǔn)剖面的段C10和C20突出到在前的段或隨后的段(用C′10表示)上，取決于其定位朝向葉根還是葉梢。通過圖3中的點(diǎn)18′和18″(圖5中也有重復(fù))，分別作出平行于C′10和C′20的線，并且隨后首先構(gòu)造位于C11和平行于C′10的C″10之間并且經(jīng)過點(diǎn)18的等分線，并且然后以同樣的方式構(gòu)造位于C21和C″20之間并且經(jīng)過點(diǎn)18″的等分線。這些段是新飛邊槽并且因此是基準(zhǔn)段，突出到在前的段或隨后的段上，等等。
為此目的設(shè)計的程序能用來進(jìn)行若干次試驗以選擇將得出最好結(jié)果的基準(zhǔn)剖面。飛邊槽的校正因而在一次操作中完成。
在校正飛邊槽的定向之后，隨后進(jìn)行對限定理論飛邊流道和相關(guān)飛邊槽的表面的構(gòu)造，這些表面將用于創(chuàng)建如圖6和7所示的沖壓工具。
在圖6中，用于鍛造渦輪機(jī)輪片的模具的兩個接觸表面面對面地示出，并且我們能看到模具表面110和120-101′，葉片，-102′，連接半徑R1，-103′，有效飛邊流道，-104′，連接半徑R2，-105′，飛邊槽，-106′，連接半徑R3，-107′，工具的飛邊槽，相應(yīng)于射線21′模具120在這里由同樣的相應(yīng)元素表示，并具有相應(yīng)于X′的表面，在這里示出為X″。
圖7示出了模具120，其元素已經(jīng)在圖6中示出。
權(quán)利要求
1.根據(jù)確定參數(shù)(l，d，ε，α，h)的飛邊流道(5)的幾何構(gòu)造，該飛邊流道設(shè)在用于鍛造渦輪機(jī)輪片的模具(110，120)中，其中輪片包括葉片(10)，該葉片由根據(jù)預(yù)定平面(Pi)的平剖面(Si)限定，并且飛邊流道(5)及其飛邊槽必須根據(jù)所述預(yù)定平面限定以獲得葉片和飛邊流道的平剖面，其特征在于-在相應(yīng)于葉片的根部、中間和末梢的基準(zhǔn)平面(Pa，Pb，Pc)中選擇葉片的至少三個基準(zhǔn)剖面(Sa，Sb和Sc)，-在所述基準(zhǔn)平面(Pa，Pb，Pc)中，在相應(yīng)于葉片的根部、中間和末梢的基準(zhǔn)平面中選擇葉片的至少三個基準(zhǔn)剖面，-在所述基準(zhǔn)平面中，確定飛邊流道的長度λ以及三個基準(zhǔn)剖面的收縮距離d，-在所述預(yù)定平面中，通過插值法由所述基準(zhǔn)剖面構(gòu)造飛邊流道和飛邊槽的中間剖面。
2.如權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于，在計算飛邊流道及其飛邊槽的中間剖面之前，通過改變基準(zhǔn)剖面中的所述參數(shù)來實現(xiàn)飛邊流道參數(shù)的不同確定值。
3.如權(quán)利要求1或2所述的工藝，其特征在于，在前緣(BA)和后緣(BF)處的飛邊流道以及相應(yīng)的飛邊槽的剖面被同時計算。
4.如權(quán)利要求1至3中的任何一項權(quán)利要求所述的工藝，其特征在于，為了確定飛邊流道和飛邊槽的中間剖面，使用了多項式插值法。
5.如權(quán)利要求1至4所述的工藝，其特征在于，在插值之后，校正飛邊流道(20′，20″)的剖面的定向以移除或多或少的垂直底切或壁。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于根據(jù)確定參數(shù)(l，d，ε，α，h)的飛邊流道(5)的幾何構(gòu)造工藝，該飛邊流道設(shè)在用于鍛造渦輪機(jī)輪片的模具(110，120)中，其中輪片具有葉片(10)并且該葉片由預(yù)定平面(Pi)中的平剖面(Si)限定，其中飛邊流道(5)及其飛邊槽必須限定在所述預(yù)定平面中以獲得葉片和飛邊流道的平剖面，該工藝的特征在于一在相應(yīng)于葉片的根部、中間和末梢的基準(zhǔn)平面(Pa，Pb，Pc)中選擇葉片的至少三個基準(zhǔn)剖面(Sa，Sb和Sc)，一在所述基準(zhǔn)平面(Pa，Pb，Pc)中，在相應(yīng)于葉片的根部、中間和末梢的基準(zhǔn)平面中選擇葉片的至少三個基準(zhǔn)剖面，一在所述基準(zhǔn)平面中，確定飛邊流道的長度λ以及三個基準(zhǔn)剖面的收縮距離d，一在所述預(yù)定平面(Pa，Pb，Pc)中，通過插值法由所述基準(zhǔn)剖面構(gòu)造飛邊流道和飛邊槽的中間剖面。
文檔編號B21K3/04GK1772410SQ20051009816
公開日2006年5月17日 申請日期2005年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月9日
發(fā)明者J-C·普拉哲內(nèi)特, Y·M·J·路斯頓 申請人:斯內(nèi)克馬公司