本文關鍵詞：大型空心葉片背弧熱沖壓成形工藝優(yōu)化及回彈補償研究

  更多相關文章： 空心葉片 熱沖壓成形 工藝參數(shù) 響應面法 粒子群優(yōu)化算法 回彈補償

【摘要】：葉片是汽輪機的核心組成部件,其主要起著能量轉換作用,葉片的安全運行對汽輪機的安全運行具有決定性作用。隨著大型核電機組輕量化戰(zhàn)略的提出,核電汽輪機末級大型長靜葉片空心結構開始逐步推廣應用,其中,鋼板熱沖壓成形工藝結合焊接裝配工藝制造空心葉片具有生產(chǎn)周期短、成本較低以及重量輕等特點,使得該工藝受到全球各大汽輪機制造商成形大型低壓空心靜葉片的青睞。為了改變國產(chǎn)大型核電汽輪機空心靜葉片主要依賴國外核電廠的成熟技術的現(xiàn)狀,本文以重慶大學與某汽輪機廠合作開發(fā)的熱沖壓成形某型號大型核電汽輪機空心靜葉片背弧為研究對象,利用有限元模擬軟件分析熱成形葉片背弧時出現(xiàn)的成形質量缺陷,如回彈、厚度不均、減薄等,設計并優(yōu)化熱沖壓成形工藝參數(shù),最后通過模面回彈補償以及生產(chǎn)試制得到了合格的熱成形葉片背弧件。基于以上論文主要開展了以下幾個方面的研究:(1)首先對汽輪機葉片成形技術的國內外研究現(xiàn)狀進行了介紹;隨后分析了葉片背弧的零件結構特點與變形行為,并進行了板料尺寸優(yōu)化與工藝面補充設計;最后,設計了葉片背弧的工藝成形方案。(2)基于工廠經(jīng)驗參數(shù)建立了葉片背弧熱沖壓有限元模型,并根據(jù)模擬結果重點分析研究了葉片背弧的成形極限圖、板料厚度變化情況、成形時的溫度場分布以及回彈量變化情況,并針對成形質量較差情況,采用控制變量法,分析了葉片背弧熱成形工藝參數(shù):加熱溫度、摩擦系數(shù)、壓邊力以及保壓時間對葉片成形后板料的最小厚度值和最大回彈量的影響規(guī)律,確定了每個成形工藝參數(shù)合適的取值范圍。(3)將平均回彈量和平均減薄量通過加權處理構造新的目標函數(shù),首先利用中心復合實驗設計和歸一化實驗數(shù)據(jù)處理,基于響應面法建立了新的目標函數(shù)與加熱溫度、摩擦系數(shù)、壓邊力以及保壓時間的二階響應面回歸模型,并分析了模型的顯著性與模型精度;然后利用MATLAB中的粒子群優(yōu)化算法工具箱對模型進行了求解,得到了一組最優(yōu)的葉片背弧熱成形工藝參數(shù)組合:加熱溫度x1=872.44℃、摩擦因數(shù)x2=0.30、壓邊力x3=577.92KN以及保壓時間x4=7.75min,并將模擬獲得優(yōu)化結果進行了有限元模擬驗證。(4)研究了優(yōu)化工藝參數(shù)后的Auto Form數(shù)值模擬軟件模面回彈補償和SINOVATION軟件的模面回彈補償。首先根據(jù)優(yōu)化的工藝參數(shù)的模擬結果,采用Auto Form軟件的回彈補償模塊進行回彈補償后試模,通過零件檢具以及藍光掃描方法獲得了成形后葉片背弧型面的尺寸偏差情況;然后利用SINOVATION軟件對掃描結果進行第二次模面補償,并進行模面的調整加工;最后進行零件試制生產(chǎn),獲得藍光掃描數(shù)據(jù)以及檢具實測數(shù)據(jù)都驗證了模面回彈補償?shù)目尚行耘c可靠性。
【關鍵詞】：空心葉片 熱沖壓成形 工藝參數(shù) 響應面法 粒子群優(yōu)化算法 回彈補償
【學位授予單位】：重慶大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TG306
【目錄】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-9
• 1 緒論9-21
• 1.1 引言9-11
• 1.2 汽輪機葉片制造方法國內外研究現(xiàn)狀11-16
• 1.2.1 汽輪機葉片成形國內外現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢11-15
• 1.2.2 數(shù)值模擬在葉片成形過程中的應用15-16
• 1.3 回彈控制問題國內外研究現(xiàn)狀16-18
• 1.4 課題來源與研究目的、意義18-20
• 1.4.1 課題來源18
• 1.4.2 課題研究的目的18-19
• 1.4.3 課題研究的意義19-20
• 1.5 課題主要研究內容20-21
• 2 空心葉片熱沖壓成形材料性能及有限元理論分析21-27
• 2.1 材料性能研究21-22
• 2.2 空心葉片熱沖壓成形有限元理論分析22-27
• 3 空心葉片熱沖壓成形工藝設計及全工序模擬仿真27-39
• 3.1 空心葉片熱沖壓工藝分析27-32
• 3.1.1 零件結構特點和變形分析27-28
• 3.1.2 板料尺寸優(yōu)化與工藝補充設計28-30
• 3.1.3 工藝方案設計30-32
• 3.2 汽輪機空心葉片工序建模及成形性分析32-38
• 3.2.1 熱沖壓成形工序建模32-35
• 3.2.2 空心葉片成形性分析35-38
• 3.3 本章小結38-39
• 4 工藝參數(shù)對空心葉片背弧熱沖壓成形質量的影響39-47
• 4.1 加熱溫度對最小厚度值及最大回彈量的影響39-41
• 4.2 摩擦系數(shù)對最小厚度值及最大回彈量的影響41-43
• 4.3 壓邊力對最小厚度值及最大回彈量的影響43-44
• 4.4 保壓時間對最小厚度值及最大回彈量的影響44-46
• 4.5 本章小結46-47
• 5 基于響應面的空心葉片熱沖壓成形工藝多目標優(yōu)化47-65
• 5.1 響應面法介紹47-48
• 5.2 CCD抽樣介紹48-49
• 5.3 變量和目標函數(shù)設計49-52
• 5.3.1 參數(shù)變量的設計49-50
• 5.3.2 目標函數(shù)的數(shù)字化表征50-52
• 5.4 實驗設計與數(shù)學建模52-58
• 5.4.1 實驗設計52-55
• 5.4.2 數(shù)學模型建立55-58
• 5.5 模型參數(shù)優(yōu)化58-61
• 5.6 優(yōu)化值模擬驗證61-63
• 5.7 本章小結63-65
• 6 葉片背弧回彈補償機制研究65-81
• 6.1 基于有限元的回彈補償65-66
• 6.2 基于藍光掃描的空心葉片回彈補償研究66-76
• 6.2.1 實驗設計66-69
• 6.2.2 試驗結果分析與討論69-75
• 6.2.3 基于SINOVATION回彈補償研究75-76
• 6.3 試模實驗研究76-80
• 6.3.1 調整后的模具加工和試模實驗76-79
• 6.3.2 葉片背弧成形質量檢測與型面修正79-80
• 6.4 本章小結80-81
• 7 總結與展望81-85
• 7.1 總結81-82
• 7.2 展望82-85
• 致謝85-87
• 參考文獻87-91
• 附錄91-92
• A. 作者在攻讀學位期間發(fā)表的論文與專利91
• B. 作者在攻讀學位期間參加的科研項目91-92

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本文編號：979204