一種制造船用銅合金大側(cè)斜槳葉的方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種制造船用銅合金大側(cè)斜槳葉的方法，通過(guò)精確預(yù)測(cè)槳葉的變形量，在鑄造工藝設(shè)計(jì)中增加反變形量，補(bǔ)償槳葉變形，達(dá)到控制槳葉尺寸的目的，僅增加必要的工藝余量，從而達(dá)到減小工藝余量的目的。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種制造船用銅合金大側(cè)斜槳葉的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于鑄造工藝設(shè)計(jì)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種制造船用銅合金大側(cè)斜槳葉的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]船用銅合金大側(cè)斜槳葉尺寸大(> Im)，側(cè)斜角大，導(dǎo)邊、隨邊長(zhǎng)而薄，中弧線(xiàn)位置的厚度大。在鑄件凝固過(guò)程中，槳葉的導(dǎo)邊、隨邊冷卻速度快，中心冷卻速度慢，因而易導(dǎo)致槳葉變形。為了確保槳葉的加工，通常在鑄造工藝設(shè)計(jì)時(shí)給槳葉加放較大的工藝余量以保證槳葉尺寸，往往造成槳葉后序加工生產(chǎn)周期長(zhǎng)，原材料浪費(fèi)等問(wèn)題。
[0003]為了減小槳葉的工藝余量，根據(jù)槳葉鑄造過(guò)程中的變形趨勢(shì)和變形量，進(jìn)行反變形設(shè)計(jì)，對(duì)槳葉進(jìn)行變形補(bǔ)償。葉片的變形量有三種表示方法，第一種是特征參數(shù)表征法，通過(guò)對(duì)葉片的截面葉型進(jìn)行參數(shù)化表征鑄件的變形量。常用方法有參數(shù)化中弧線(xiàn)和葉片厚度、參數(shù)化內(nèi)弦線(xiàn)等。文獻(xiàn)《大型渦輪葉片精密鑄造尺寸精度控制研究一反變形技術(shù)》(鑄造，1108-1111，2009，58(11)，韓偉，于望生，孔勝?lài)?guó)等)采用以?xún)?nèi)弦線(xiàn)為基準(zhǔn)的參數(shù)表示方法表征變形量。該方法實(shí)施過(guò)程復(fù)雜，對(duì)工藝人員的設(shè)計(jì)水平要求較高，難以推廣使用。第二種是葉片網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)信息法。使用鑄造工藝仿真軟件對(duì)鑄件進(jìn)行應(yīng)力變形模擬，從模擬結(jié)果中直接讀取變形前、后葉片模型的網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)信息，得到變形量。文獻(xiàn)《基于位移場(chǎng)的精鑄渦輪葉片誤差分析系統(tǒng)研究》(西北工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文，15-20，2007,甘露)，應(yīng)用ProCAST軟件對(duì)渦輪葉片進(jìn)行應(yīng)力變形模擬，根據(jù)儲(chǔ)存有渦輪葉片網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)信息的.sm文件、shee Id.dat文件和she I lgd.dat文件找出變形前后對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)。該方法對(duì)有限元網(wǎng)格信息進(jìn)行處理，由于ProCAST軟件無(wú)二次開(kāi)發(fā)接口，需要編寫(xiě)網(wǎng)格信息處理程序，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的排序和匹配。有限元網(wǎng)格單元數(shù)目巨大，通常都幾十萬(wàn)網(wǎng)格，工作量大，而且還要編寫(xiě)程序，不適用于實(shí)際生產(chǎn)。第三種是參考點(diǎn)匹配法。用模擬得到的鑄件與鑄件要求形狀進(jìn)行對(duì)比，對(duì)比時(shí)在鑄件上未發(fā)生變形或變形相對(duì)較小的部分選取3個(gè)參考點(diǎn)進(jìn)行匹配，即得到鑄件各部位的變形量。文獻(xiàn)《從凝固過(guò)程的位移數(shù)值模擬結(jié)果中提取鑄件的變形》(鑄造技術(shù)，1322-1326，2008，29 (10)，程建國(guó)，康進(jìn)武，張家鋒)應(yīng)用開(kāi)發(fā)的算法對(duì)砂型鑄造應(yīng)力框、軋鋼機(jī)架鑄件進(jìn)行了應(yīng)力變形計(jì)算。使用參考點(diǎn)匹配方法進(jìn)行分析，得到直觀(guān)的變形結(jié)果。該方法容易理解，具有操作簡(jiǎn)單直觀(guān)的優(yōu)點(diǎn)。但使用參考點(diǎn)匹配法表征船用銅合金大側(cè)斜槳葉的變形量，尚未有報(bào)道。
[0004]目前，計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)已應(yīng)用于鑄件成形過(guò)程的應(yīng)力應(yīng)變計(jì)算。常用的應(yīng)力應(yīng)變分析商用軟件有Magmasoft、ProCAST軟件等。模擬的鑄件也有多種，其中包括葉片類(lèi)鑄件的模擬，模擬結(jié)果可以觀(guān)察到鑄件的變形趨勢(shì)、不同方向的變形量。然而，根據(jù)變形結(jié)果進(jìn)行反變形設(shè)計(jì)的研究，僅限于理論研究，針對(duì)精密鑄造渦輪葉片的精度控制，涉及了反變形設(shè)計(jì)研究。但針對(duì)船用銅合金大側(cè)斜槳葉的反變形設(shè)計(jì)研究尚未進(jìn)行。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種制造船用銅合金大側(cè)斜槳葉的方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)中根據(jù)經(jīng)驗(yàn)添加槳葉工藝余量的設(shè)計(jì)方法存在的后序機(jī)加工余量大或機(jī)加工余量不足的問(wèn)題。
[0006]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種制造船用銅合金大側(cè)斜槳葉的方法，具體按照以下步驟實(shí)施:
[0007]步驟1:建模；
[0008]步驟2:根據(jù)模型制備槳葉。
[0009]本發(fā)明的特點(diǎn)還在于，
[0010]其中的步驟I具體按照以下步驟實(shí)施:
[0011](I)對(duì)槳葉材料的熱物性參數(shù)和應(yīng)力數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)試，得到材料的熱物性數(shù)據(jù)；
[0012](2)對(duì)試驗(yàn)鑄件、砂型進(jìn)行溫度測(cè)量，通過(guò)鑄造工藝仿真軟件反求得到鑄件/鑄型的界面?zhèn)鳠嵯禂?shù)；
[0013](3)使用鑄造工藝仿真軟件Magmasoft對(duì)槳葉零件進(jìn)行應(yīng)力變形計(jì)算,輸出變形后的槳葉零件模型；然后使用Geomagic stud1軟件對(duì)該模型進(jìn)行修復(fù)處理，得到槳葉模型；
[0014](4)使用參數(shù)點(diǎn)匹配法，將變形前槳葉模型與變形后槳葉模型的法蘭面匹配重合，變形前、后槳葉法蘭中心線(xiàn)對(duì)齊為基準(zhǔn)，使用Geomagic qualify軟件的對(duì)齊擬合功能,進(jìn)行這兩種模型的對(duì)比，得到反變形量；
[0015](5)用不同直徑的同一圓柱面對(duì)這兩個(gè)模型進(jìn)行相交，獲得相交曲線(xiàn)，然后展開(kāi)到與圓柱面相切的平面上，得到變形前、后的展開(kāi)曲線(xiàn)；
[0016](6)根據(jù)變形前、后展開(kāi)曲線(xiàn)的變形量，在法向增加反變形量，得到反變形曲線(xiàn)；然后在反變形曲線(xiàn)的基礎(chǔ)上，增加5?7_的工藝余量，得到最終曲線(xiàn)；
[0017](7)將最終曲線(xiàn)纏繞到對(duì)應(yīng)的圓柱面上，進(jìn)行建模得到槳葉鑄件模型。
[0018]其中的步驟2具體按照以下步驟實(shí)施:
[0019](I)根據(jù)步驟I得到的各截面的最終曲線(xiàn)制作槳葉的截面板；
[0020](2)使用螺距規(guī)工具造型，在下砂型制作槳葉的壓力面，吹CO2硬化砂型，并刷涂料、烘烤；
[0021](3)在砂型的壓力面上，手工將各截面板沿其對(duì)應(yīng)的圓柱面進(jìn)行纏繞，并埋上水玻璃砂；根據(jù)截面板的上端修整型砂，制作吸力面，吹CO2硬化，刷涂料、烘烤；
[0022](4)在砂型的吸力面上，埋上水玻璃砂，吹CO2硬化，待其硬化后，將其吊起，給其型腔刷涂料、烘烤；
[0023](5)將步驟(3)制作的砂型取出來(lái)，將步驟(4)制作的砂型與步驟⑵制作的砂型合型，其內(nèi)部型腔為槳葉的型腔；
[0024](6)制作澆道、冒口。
[0025]本發(fā)明的有益效果是，減小了船用銅合金大側(cè)斜槳葉的工藝余量。針對(duì)某型船用銅合金大側(cè)斜槳葉，工藝余量從原來(lái)的20mm減小到5?7mm。目前，通常在鑄件工藝設(shè)計(jì)時(shí)給葉面、葉背添加足夠的工藝余量，該工藝余量包括必要的工藝余量和鑄件在鑄造過(guò)程中產(chǎn)生的變形量。本發(fā)明通過(guò)精確預(yù)測(cè)槳葉的變形量，在鑄造工藝設(shè)計(jì)中增加反變形量，補(bǔ)償槳葉變形，達(dá)到控制槳葉尺寸的目的，僅增加必要的工藝余量，從而達(dá)到減小工藝余量的目的。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0026]圖1是本發(fā)明建模的流程圖；
[0027]圖2是某型船用槳葉的變形后模型，圖中，I是相交曲線(xiàn)一將圓柱面與槳葉相交得到的曲線(xiàn)，2是展開(kāi)曲線(xiàn)一將相交曲線(xiàn)展開(kāi)到與圓柱面相切的平面上得到的曲線(xiàn)；
[0028]圖3是某型船用槳葉反變形設(shè)計(jì)，圖中，I是變形前曲線(xiàn)一某圓柱面與槳葉零件模型相交，展開(kāi)后的曲線(xiàn)，2是變形后曲線(xiàn)一某圓柱面與槳葉(零件)變形后模型相交，展開(kāi)后的曲線(xiàn)，3是反變形曲線(xiàn)一根據(jù)變形前、后曲線(xiàn)的變形量，在法向增加反變形量得到的曲線(xiàn)，4是最終曲線(xiàn)一在反變形曲線(xiàn)基礎(chǔ)上，增加一定工藝余量得到的曲線(xiàn)。

【具體實(shí)施方式】
[0029]本發(fā)明方法具體實(shí)施步驟如下:
[0030]步驟1:建模；具體按照以下步驟實(shí)施:
[0031](I)對(duì)槳葉材料的熱物性參數(shù)和應(yīng)力數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)試，得到材料的熱物性數(shù)據(jù)；
[0032](2)對(duì)試驗(yàn)鑄件、砂型進(jìn)行溫度測(cè)量，通過(guò)鑄造工藝仿真軟件反求得到鑄件/鑄型的界面?zhèn)鳠嵯禂?shù)；
[0033](3)使用鑄造工藝仿真軟件Magmasoft對(duì)槳葉零件進(jìn)行應(yīng)力變形計(jì)算,輸出變形后的槳葉零件模型(stl格式)；然后使用Geomagic stud1軟件對(duì)該模型進(jìn)行修復(fù)處理，得到槳葉模型(prt格式)；
[0034](4)使用參數(shù)點(diǎn)匹配法，將變形前槳葉模型(即零件模型)與變形后槳葉模型的法蘭面匹配重合，變形前、后槳葉法蘭中心線(xiàn)對(duì)齊為基準(zhǔn)，使用Geomagic qualify軟件的對(duì)齊擬合功能，進(jìn)行這兩種模型的對(duì)比，得到反變形量；
[0035](5)用不同直徑的同一圓柱面對(duì)這兩個(gè)模型進(jìn)行相交，獲得相交曲線(xiàn)，然后展開(kāi)到與圓柱面相切的平面上，得到變形前、后的展開(kāi)曲線(xiàn)；
[0036](6)根據(jù)變形前、后展開(kāi)曲線(xiàn)的變形量，在法向增加反變形量，得到反變形曲線(xiàn)。然后在反變形曲線(xiàn)的基礎(chǔ)上，增加5?7mm的工藝余量，得到最終曲線(xiàn)；
[0037](7)將最終曲線(xiàn)纏繞到對(duì)應(yīng)的圓柱面上，進(jìn)行建模得到槳葉鑄件模型。
[0038]步驟2:根據(jù)模型制備槳葉。
[0039](I)根據(jù)步驟I得到的各截面的最終曲線(xiàn)制作槳葉的截面板；
[0040](2)使用螺距規(guī)等工具造型，在下砂型制作槳葉的壓力面，吹CO2硬化砂型，并刷涂料、烘烤；
[0041](3)在砂型的壓力面上，手工將各截面板沿其對(duì)應(yīng)的圓柱面進(jìn)行纏繞，并埋上水玻璃砂；根據(jù)截面板的上端修整型砂，制作吸力面，吹CO2硬化，刷涂料、烘烤；
[0042](4)在砂型的吸力面上，埋上一定厚度的水玻璃砂，吹CO2硬化，待其硬化后，將其吊起，給其型腔刷涂料、烘烤；
[0043](5)將(3)制作的砂型取出來(lái)，將(4)制作的砂型與⑵制作的砂型合型，其內(nèi)部型腔即為槳葉的型腔。
[0044](6)制作澆道、冒口。
[0045]實(shí)施例
[0046]某型船用大側(cè)斜槳葉零件，鑄造成形。槳葉鑄件建模過(guò)程如圖1所示。首先用Magmasoft軟件模擬槳葉零件(含澆冒口)在凝固過(guò)程中的應(yīng)力變形，輸出變形后的槳葉零件模型。將該模型與槳葉零件模型進(jìn)行對(duì)比，以變形前、后槳葉的法蘭面重合，法蘭中心線(xiàn)對(duì)齊為基準(zhǔn)。然后使用不同半徑的同一圓柱面與變形前、后的槳葉零件模型相交，然后將相交曲線(xiàn)展開(kāi)到與對(duì)應(yīng)圓柱面相切的平面，得到展開(kāi)曲線(xiàn)，如圖2所示。根據(jù)變形前、后的展開(kāi)曲線(xiàn)，在法向添加反變形量和余量，得到最終曲線(xiàn)，如圖3所示。根據(jù)最終曲線(xiàn)進(jìn)行槳葉鑄件的建模。同時(shí)，最終曲線(xiàn)還用來(lái)制作截面板，在槳葉造型時(shí)使用。
[0047]本發(fā)明使用數(shù)值模擬軟件對(duì)槳葉零件的應(yīng)力變形進(jìn)行計(jì)算，以槳葉法蘭面重合，法蘭中心線(xiàn)對(duì)齊為基準(zhǔn)進(jìn)行變形量的比較和提取，在展開(kāi)曲線(xiàn)的法向進(jìn)行反變形量和工藝余量的添加，得到槳葉鑄件的截面板曲線(xiàn)，用于鑄件建模和造型生產(chǎn)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于通過(guò)預(yù)測(cè)槳葉零件的變形量，在槳葉鑄件設(shè)計(jì)時(shí)增加了反變形量，減小了槳葉鑄件的工藝余量和機(jī)加工量；在槳葉鑄件加工劃線(xiàn)時(shí)，以槳葉法蘭面和法蘭中心線(xiàn)為基準(zhǔn)，方便了槳葉加工前的劃線(xiàn)操作。
【權(quán)利要求】
1.一種制造船用銅合金大側(cè)斜槳葉的方法，其特征在于，具體按照以下步驟實(shí)施: 步驟1:建模； 步驟2:根據(jù)模型制備槳葉。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造船用銅合金大側(cè)斜槳葉的方法，其特征在于，所述的步驟I具體按照以下步驟實(shí)施: (1)對(duì)槳葉材料的熱物性參數(shù)和應(yīng)力數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)試，得到材料的熱物性數(shù)據(jù)； (2)對(duì)試驗(yàn)鑄件、砂型進(jìn)行溫度測(cè)量，通過(guò)鑄造工藝仿真軟件反求得到鑄件/鑄型的界面?zhèn)鳠嵯禂?shù)； (3)使用鑄造工藝仿真軟件Magmasoft對(duì)槳葉零件進(jìn)行應(yīng)力變形計(jì)算，輸出變形后的槳葉零件模型；然后使用Geomagic stud1軟件對(duì)該模型進(jìn)行修復(fù)處理,得到槳葉模型； (4)使用參數(shù)點(diǎn)匹配法，將變形前槳葉模型與變形后槳葉模型的法蘭面匹配重合，變形前、后槳葉法蘭中心線(xiàn)對(duì)齊為基準(zhǔn)，使用Geomagic qualify軟件的對(duì)齊擬合功能，進(jìn)行這兩種模型的對(duì)比，得到反變形量； (5)用不同直徑的同一圓柱面對(duì)這兩個(gè)模型進(jìn)行相交，獲得相交曲線(xiàn)，然后展開(kāi)到與圓柱面相切的平面上，得到變形前、后的展開(kāi)曲線(xiàn)； (6)根據(jù)變形前、后展開(kāi)曲線(xiàn)的變形量，在法向增加反變形量，得到反變形曲線(xiàn)；然后在反變形曲線(xiàn)的基礎(chǔ)上，增加5?7mm的工藝余量，得到最終曲線(xiàn)； (7)將最終曲線(xiàn)纏繞到對(duì)應(yīng)的圓柱面上，進(jìn)行建模得到槳葉鑄件模型。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造船用銅合金大側(cè)斜槳葉的方法，其特征在于，所述的步驟2具體按照以下步驟實(shí)施: (1)根據(jù)步驟I得到的各截面的最終曲線(xiàn)制作槳葉的截面板； (2)使用螺距規(guī)等工具造型，在下砂型制作槳葉的壓力面，吹CO2硬化砂型，并刷涂料、烘烤； (3)在砂型的壓力面上，手工將各截面板沿其對(duì)應(yīng)的圓柱面進(jìn)行纏繞，并埋上水玻璃砂；根據(jù)截面板的上端修整型砂，制作吸力面，吹CO2硬化，刷涂料、烘烤； (4)在砂型的吸力面上，埋上水玻璃砂，吹CO2硬化，待其硬化后，將其吊起，給其型腔刷涂料、烘烤； (5)將步驟(3)制作的砂型取出來(lái)，將步驟(4)制作的砂型與步驟(2)制作的砂型合型，其內(nèi)部型腔即為槳葉的型腔； (6)制作澆道、冒口。
【文檔編號(hào)】B22C9/12GK104384447SQ201410742298
【公開(kāi)日】2015年3月4日 申請(qǐng)日期:2014年12月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月3日
【發(fā)明者】李高峰, 黃引平, 張威, 王劍, 錢(qián)樺 申請(qǐng)人:中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第十二研究所