建立辊轧叶片模具型腔的方法

摘要

本发明公开了一种建立辊轧叶片模具型腔的方法，用于解决现有方法设计的辊轧叶片模具型腔精度差的技术问题。技术方案是对叶片设计前后缘添加余量、溢料边、叶尖叶根余量和工艺定位基准，建立辊轧叶片工艺模型。对工艺模型叶盆叶背曲面进行网格划分，分别提取叶盆叶背网格节点建立点集并编码。确定辊轧模具半径，对叶盆叶背曲面点集进行缠绕映射变换，获得辊轧模具凸模凹模型腔点集。基于工艺模型网格节点编码信息，建立模具型腔网格，对网格进行光顺优化，获得辊轧模具型腔曲面。由于从几何变换角度进行辊轧模具型腔设计，实现了辊轧叶片模具型腔自动建模，改变了依靠经验和修模设计辊轧模具的现状，提高了辊轧叶片模具型腔设计精度。

主权项

一种建立辊轧叶片模具型腔的方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1：启动UG NX7.0建模模块，导入压气机叶片模型(3)，叶尖沿着叶身反方向延拓截面线内切圆最大直径的一半即Cmax/2，形成叶尖工艺过渡(2)，建立叶根工艺过渡(4)；提取叶尖工艺过渡(2)尖端截面线将其沿着叶身反向偏移，并通过偏置截面线组建立实体形成叶尖工艺补偿(1)；提取叶根工艺过渡(4)根端截面线将其沿着叶身反向偏移，并通过偏置截面线组建立实体形成叶根工艺补偿(5)；使用布尔和运算将叶片与叶尖工艺过渡(2)、叶尖工艺补偿(1)、叶根工艺过渡(4)和叶根工艺补偿(5)合并，在衔接处进行光顺，形成叶片扩展模型；步骤2：根据叶片设计允许容差，设定截面线间距δ；根据截面线间距δ沿着叶根指向叶尖方向顺次提取叶片扩展模型截面线；使用点集命令对每一个截面线进行点离散，点的数目应保证前后缘附近点的个数超过20个；通过UG二次开发获得圆拟合命令，使用圆拟合命令获取前缘后缘曲线点和叶盆叶背曲线点，使用B‑样条曲线进行拟合获得叶盆叶背和前缘后缘曲线；步骤3：通过UG二次开发获得内切圆迭代程序，使用内切圆迭代程序建立叶盆叶背曲线的内切圆，使圆的直径最大，并定义叶片该截面厚度即Cmax；在Cmax两侧，分别间隔约Cmax建立叶盆叶背曲线的内切圆，且在前后缘处为拟合的圆；使用B‑样条曲线顺次通过各个圆心，建立中弧线；步骤4：将中弧线两端各延伸Cmax；以前后缘处邻家三个圆半径建立等差数列，获得在延伸后的中弧线端点处圆半径并建立圆；将叶盆叶背曲线进行延伸并与建立的圆相切；联结切点，获得封闭曲线，即为辊轧叶片工艺模型截面线；步骤5：使用通过曲线组命令通过封闭的截面线组建立实体；衔接处进行光顺处理，形成B‑样条曲面，建立工艺模型叶身(8)；步骤6：提取工艺模型叶身(8)叶根末端截面线，使用内切圆迭代程序建立叶盆叶背曲线的内切圆，使圆的直径最大即Cmax；以圆心为坐标原点，建立坐标系Z轴垂直于发动机旋转轴心线，且由叶根指向叶尖；X轴在水平方向，即发动机旋转轴心线方向，由叶片界面的进气边指向批排气边，Y轴由迪卡尔坐标系准则确定，由此建立工艺模型坐标系(6)；步骤7：建立一个长方体，相互处置的三个平面为工艺定位基准，长方体与工艺模型叶身(8)之间通过小方块衔接为一体，形成工艺模型定位基准(7)；步骤8：提取叶片工艺模型叶身(8)的叶盆曲面进行三角网格划分，并提取节点建立电集合并编码网格信息，形成叶盆曲面网格和节点(11)；提取叶片工艺模型叶身(8)的叶背曲面进行三角网格划分，并提取节点建立电集合并编码网格信息，形成叶背曲面网格和节点(12)；步骤9：测量二辊辊轧设备轧辊半径R，即轧辊轴距的一半；在工艺模型坐标系(6)中，建立X‑Y平面，在平面内建立一条平行于X轴并Y坐标值为R一条直线，即凸模轧辊轴线(9)；在平面内建立一条平行于X轴并Y坐标值为‑R一条直线，即凹模轧辊轴线(14)；步骤10：对叶盆曲面网格和节点(11)上的点集合使用公式(1)分别进行点坐标变换；对叶背曲面网格和节点(12)上的点集合使用公式(2)分别进行点坐标变换；$\left[\begin{array}{c}{X}^{\prime }\\ Y^{\prime }\\ Z^{\prime }\\ ϵ\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cccc}1& 0& 0& 0\\ 0& \cos \left(\frac{Z}{R}\right)& 0& R·[1-\cos \left(\frac{Z}{R}\right)]\\ 0& 0& 0& R·\sin \left(\frac{Z}{R}\right)\\ 0& 0& 0& ϵ\end{array}\right]·\left[\begin{array}{c}\alpha ·X\\ \beta ·Y\\ \gamma ·Z\\ 1\end{array}\right]---\left(1\right)$$\left[\begin{array}{c}{X}^{\prime }\\ Y^{\prime }\\ Z^{\prime }\\ ϵ\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cccc}1& 0& 0& 0\\ 0& -\cos \left(\frac{Z}{R}\right)& 0& -R·[1-\cos \left(\frac{Z}{R}\right)]\\ 0& 0& 0& R·\sin \left(\frac{Z}{R}\right)\\ 0& 0& 0& ϵ\end{array}\right]·\left[\begin{array}{c}\alpha ·X\\ \beta ·Y\\ \gamma ·Z\\ 1\end{array}\right]---\left(2\right)$其中，R为一对轧辊半径，(X，Y，Z)为叶盆叶背曲面上点的坐标，(X',Y',Z')为辊轧模具型腔曲面点的坐标，α,β,γ,ε分别为为X方向，Y方向，Z方向及其整体大小放缩比例，由于辊轧叶片沿着辊轧方向存在前滑和后滑，因此α,β,ε分别为1，γ取为前滑系数；步骤11：叶盆曲面点集使用公式(1)进行变换后，形成凸模型腔曲面点，提取叶盆曲面网格和节点(11)曲面的网格划分信息，编码节点序列和节点间网格序列，进行曲面重构建立凸模曲面网格和节点(10)；对凸模曲面进行光顺，建立辊轧模具凸模型腔曲面；步骤12：叶背曲面点集使用公式(2)进行变换后，形成凹模型腔曲面点，提取叶背曲面网格和节点(12)曲面的网格划分信息，编码节点序列和节点间网格序列，进行曲面重构建立凸模曲面网格和节点(13)；对凹模曲面进行光顺，建立辊轧模具凹模型腔曲面。