一种涡轮叶片精铸蜡型陶芯夹紧元件的布局方法技术

本发明专利技术公开一种涡轮叶片精铸蜡型陶芯夹紧元件的布局方法，包括如下步骤：S10，对蜡模充型过程进行流动仿真分析；S20，通过注塑成型仿真计算所述蜡模充型过程中所述陶芯受力的动态变化情况；S30，运动仿真计算所述陶芯在重力、所述第一接触碰撞力、所述第二接触碰撞力、蜡料流动作用力及力矩作用下的动态漂移位移场；S40，在所述陶芯的叶尖和叶根截面处选取若干个监测点，在所述步骤S30建立的动态漂移位移场获得若干个所述监测点的位置矢量，每个所述监测点的位移量为所述蜡模充型过程前后的所述位置矢量之差，每个所述监测点的位移量之和为所述陶芯的运动漂移指示量，通过遗传算法寻找所述运动漂移指示量最小时对应的所述夹紧元件布局。

Layout method of wax casting ceramic mold core clamping element for turbine blade

The layout of the invention discloses a method for turbine blade casting wax type ceramic core clamping device, which comprises the following steps: S10, flow simulation analysis of wax mold filling process; S20, through the injection molding simulation of the wax in the filling process of the dynamic change situation of ceramic core force; S30, motion simulation calculation of the ceramic core in gravity, the first contact force, the contact force, second wax dynamic drift displacement flow force and torque; S40, select some monitoring points in the ceramic core tip and root section, dynamic drift displacement field based on the step S30 to get the position vector of a plurality of the monitoring points of displacement monitoring points for each of the difference of the position vector before and after the wax filling process, the displacement of each of the monitoring points and the The movement drift indicator of the ceramic core is searched, and the layout of the clamping element corresponding to the minimum distance of the movement drift indicator is searched by a genetic algorithm.

【技术实现步骤摘要】
一种涡轮叶片精铸蜡型陶芯夹紧元件的布局方法
本专利技术涉及蜡模充型
，尤指一种涡轮叶片精铸蜡型陶芯夹紧元件的布局方法。
技术介绍
目前空心涡轮叶片通常采用熔模精密铸造的成型方法制备。该制备方法通常在模具内放置陶瓷型芯以制备空心蜡模，并经过制壳、脱蜡、浇注以及去壳脱芯等步骤，形成具有内腔型面的空心叶片。空心涡轮叶片内、外型面之间的壁厚是保证其强度以及冷却效率的重要指标，也是保证其服役寿命的重要参数。相关学者对不同型号的涡轮叶片失效原因的研究表明，“壁厚”是导致叶片失效的最主要原因之一。因此，确保涡轮叶片壁厚合格成为我国航空发动机技术亟待解决的问题之一。研究发现，精密铸造蜡模的壁厚精度对铸件最终的壁厚精度有着直接而主要的影响，因此，制备壁厚精度合格的蜡模是制备壁厚合格叶片的首要条件。精铸蜡模壁厚主要通过蜡模成型过程中陶芯与模具之间精确独一的位置匹配关系进行保证，通常在模具中设计定位元件和夹紧元件以约束陶芯在蜡料流动过程中的空间位姿。针对陶芯夹紧元件的位置布局，工程实践中通常采用与定位元件对称分布的方式。由于国内陶芯制备尺寸偏差大，若夹紧元件与陶芯采用接触的方式以约束陶芯位置，合模时可能导致陶芯被压碎或无法合模。工程中在批量化压制蜡模时，通常人工手动下调夹紧元件直至与陶芯接触，然后再回退一定的距离，一般为陶芯制造的上公差限，以避免符合制造公差的陶芯被压碎，即夹紧元件与陶芯型面之间有一定的间隙。而正是由于该间隙的存在，使得陶芯在蜡料填充型腔时受蜡料流动影响在狭小的空间内易产生运动漂移，从而引起蜡模壁厚偏差。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种涡轮叶片精铸蜡型陶芯夹紧元件的布局方法，实现陶芯夹紧元件的优化布局。本专利技术提供的技术方案如下：一种涡轮叶片精铸蜡型陶芯夹紧元件的布局方法，陶芯被夹紧元件以及定位元件约束，以维持所述陶芯在蜡模充型过程中的位置。S10，对蜡模充型过程进行流动仿真分析；S20，从所述流动仿真分析结果中提取所述蜡模充型过程中的蜡料与所述陶芯接触面处的有限元节点ID及其坐标，通过注塑成型仿真计算所述蜡模充型过程中所述陶芯受力的动态变化情况；S30，将所述陶芯、所述定位元件、所述夹紧元件均视为刚体，采用弹簧阻尼模型计算所述陶芯与所述定位元件之间的第一接触碰撞力以及所述陶芯与所述夹紧元件之间的第二接触碰撞力；然后通过运动仿真计算所述陶芯在重力、所述第一接触碰撞力、所述第二接触碰撞力、蜡料流动作用力及力矩作用下的动态漂移位移场；S40，在所述陶芯的叶尖和叶根截面处选取若干个监测点，在所述步骤S30建立的动态漂移位移场获得若干个所述监测点的位置矢量，每个所述监测点的位移量为所述蜡模充型过程前后的所述位置矢量之差，每个所述监测点的位移量之和为所述陶芯的运动漂移指示量，通过遗传算法寻找所述运动漂移指示量最小时对应的所述夹紧元件布局。通过流动仿真分析、注塑成型仿真计算受力，运动仿真获得动态漂移位移场，最终基于动态漂移位移场通过应用遗传算法确定所述运动漂移指示量最小时所述夹紧元件的位置，这一系列连续步骤，实现了夹紧元件布局位置的优选，有效控制蜡模充型过程中陶芯的漂移，使得精铸叶片蜡型的壁厚偏差得到有效的把控。优选的，所述步骤S40中，所述遗传算法选用排序的赌轮盘选择算子、自适应的交叉、变异算子以及引入精英策略中的一种或几种进行优化。如此可以提高遗传算法的搜索效率。优选的，还包括步骤S01，即结合工艺要求规划所述夹紧元件的候选布局位置。具体的，所述步骤S30的所述运动仿真计算过程以及所述步骤S40通过UGmotion实现。所述步骤S10中使用Moldflow有限元分析软件进行流动仿真分析。所述步骤S20包括以下分步骤：S21，从Moldflow有限元分析软件获得的流动仿真分析结果中提取所述蜡模充型过程中使用的蜡料与所述陶芯的接触面处的有限元节点ID及其坐标，其中提取的有限元为三角形单元，设定三角形单元的个数为k个,将第i个三角形单元表示为三角形单元i，i＝1、2、3、4……k；S22，针对所述蜡模充型过程中的某一时刻，提取所述三角形单元i上节点的坐标及压力值(pi1，pi2，pi3)；S23，根据形函数插值法计算三角形单元i内部任一点的压力值，通过积分计算得三角形单元i上的力fi，并将其作用在所述三角形单元i的重心处；S24，计算所述三角形单元i的重心坐标，并根据所述重心坐标从几何模型中提取法向矢量ni，即力fi的方向；S25，所述三角形单元i上的等效力矢量fi＇＝fini。将全部k个三角形单元上的等效力合成至所述陶芯质心处即得所述某一时刻所述陶芯受到的合力FC＝∑fi＇及合力矩MC＝∑MC(fi＇)。S26，根据Moldflow提供的时间间隔，重复步骤S22、步骤S23、步骤S24、步骤S25计算所述蜡模充型过程中每一时刻所述陶芯所受的力，获得所述陶芯在所述蜡模充型过程中的受力动态变化情况。具体的，所述步骤S30中包括以下分步骤：S31，创建运动分析物理模型，将被视为刚体所述陶芯、所述定位元件、所述夹紧元件赋予质量属性；S32，对所述陶芯质心处施加随时间变化的力、力矩以及重力；S33，设置求解器参数，其中：解算方案为常规驱动，分析类型为运动学；时间为蜡料填充时间；步数为填充时间x100；S34，进行刚体动力学分析得到所述陶芯的动态运动漂移位移场，并分析得出所述蜡模充型过程中所述陶芯的最终漂移量。通过本专利技术提供的种涡轮叶片精铸蜡型陶芯夹紧元件的布局方法，能够带来以下至少一种有益效果：1、实现了夹紧元件布局位置的优选，有效控制蜡模充型过程中陶芯的漂移，使得精铸叶片蜡型的壁厚偏差得到有效的把控。2、利用遗传算法并选用排序的赌轮盘选择算子、自适应的交叉、变异算子以及引入精英策略中的一种或几种进行优化。提高搜索效率，加速工作进程。附图说明下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对一种涡轮叶片精铸蜡型陶芯夹紧元件的布局方法的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。图1为空心涡轮叶片1的示意图。图2为形成空心涡轮叶片1内腔的陶芯2的示意图。图3为蜡模充型某一时刻对陶芯作用力的计算流程图。图4为优化前陶芯2与定位元件和夹紧元件的装配关系示意图。图5为夹紧元件布局优化的遗传算法流程。图6为考虑工艺要求的夹紧元件候选点区域及监测点分布截面。图7为优化后陶芯2与定位元件和夹紧元件装配关系示意图。图8为优化前后叶尖截面处叶片壁厚偏差对比示意图。附图标号说明：1、空心涡轮叶片，2、陶芯，3-8、定位元件，9-13、夹紧元件，A、夹紧元件12候选点区域，B、夹紧元件9候选点区域，C、夹紧元件10、11、13候选点区域，D、监测点分布在叶尖处的截面，E、监测点分布在叶根处的截面，F、蜡模型腔内表面设计截面线，G、优化前蜡模型腔内表面截面线，H、优化后蜡模型腔内表面截面线。具体实施方式为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本专利技术的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本专利技术相关的部分，它们并不代表其本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种涡轮叶片精铸蜡型陶芯夹紧元件的布局方法，陶芯被夹紧元件以及定位元件约束，以维持所述陶芯在蜡模充型过程中的位置；其特征在于，包括如下步骤：S10，对蜡模充型过程进行流动仿真分析；S20，从所述流动仿真分析结果中提取所述蜡模充型过程中的蜡料与所述陶芯界面处的有限元节点I D及其坐标，通过注塑成型仿真计算所述蜡模充型过程中所述陶芯受力的动态变化情况；S30，将所述陶芯、所述定位元件、所述夹紧元件均视为刚体，采用弹簧阻尼模型计算所述陶芯与所述定位元件之间的第一接触碰撞力以及所述陶芯与所述夹紧元件之间的第二接触碰撞力；然后通过运动仿真计算所述陶芯的动态漂移位移场；S40，在所述陶芯的叶尖和叶根截面处选取若干个监测点，在所述步骤S30建立的动态漂移位移场获得若干个所述监测点的位置矢量，每个所述监测点的位移量为所述蜡模充型过程前后的所述位置矢量之差，每个所述监测点的位移量之和为所述陶芯的运动漂移指示量，通过遗传算法寻找所述运动漂移指示量最小时对应的所述夹紧元件布局。

【技术特征摘要】
1.一种涡轮叶片精铸蜡型陶芯夹紧元件的布局方法，陶芯被夹紧元件以及定位元件约束，以维持所述陶芯在蜡模充型过程中的位置；其特征在于，包括如下步骤：S10，对蜡模充型过程进行流动仿真分析；S20，从所述流动仿真分析结果中提取所述蜡模充型过程中的蜡料与所述陶芯界面处的有限元节点ID及其坐标，通过注塑成型仿真计算所述蜡模充型过程中所述陶芯受力的动态变化情况；S30，将所述陶芯、所述定位元件、所述夹紧元件均视为刚体，采用弹簧阻尼模型计算所述陶芯与所述定位元件之间的第一接触碰撞力以及所述陶芯与所述夹紧元件之间的第二接触碰撞力；然后通过运动仿真计算所述陶芯的动态漂移位移场；S40，在所述陶芯的叶尖和叶根截面处选取若干个监测点，在所述步骤S30建立的动态漂移位移场获得若干个所述监测点的位置矢量，每个所述监测点的位移量为所述蜡模充型过程前后的所述位置矢量之差，每个所述监测点的位移量之和为所述陶芯的运动漂移指示量，通过遗传算法寻找所述运动漂移指示量最小时对应的所述夹紧元件布局。2.根据权利要求1所述的涡轮叶片精铸蜡型陶芯夹紧元件的布局方法，其特征在于：所述步骤S40中，所述遗传算法选用排序的赌轮盘选择算子、自适应的交叉、变异算子以及引入精英策略中的一种或几种进行优化。3.根据权利要求1所述的涡轮叶片精铸蜡型陶芯夹紧元件的布局方法，其特征在于：还包括步骤S01，结合工艺要求规划所述夹紧元件的候选布局位置。4.根据权利要求1所述的涡轮叶片精铸蜡型陶芯夹紧元件的布局方法，其特征在于：所述步骤S30的所述运动仿真计算过程以及所述步骤S40均通过UGmotion实现。5.根据权利要求1-4任一所述的涡轮叶片精铸蜡型陶芯夹紧元件的布局方法，其特征在于，所述步骤S10中使用Moldflow有限元分析软件进行流动仿真分析。6.根据权利要求5所述的涡轮叶片...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱金焰，
申请(专利权)人：朱金焰，
类型：发明
国别省市：上海,31