一种基于高压转子间螺栓热镦工艺参数优化方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114154258A(43)申请公布日2022.03.08(21)申请号202111312700.0(22)申请日2021.11.08(71)申请人北京航空航天大学地址100191北京市海淀区学院路37号申请人航天精工股份有限公司(72)发明人杨军李琦黎磊许彦伟刘燕樊金桃余邵伟易国杰赵文龙(74)专利代理机构北京慧泉知识产权代理有限公司11232代理人王顺荣唐爱华(51)Int.Cl.G06F30/17(2020.01)G06Q10/06(2012.01)G06Q50/04(2012.01)G06F119/08(2020.01)权利要求书3页说明书14页附图2页(54)发明名称一种基于高压转子间螺栓热镦工艺参数优化方法(57)摘要本发明提供一种基于高压转子间螺栓热镦工艺参数优化方法，步骤如下：一、明确高压转子间螺栓热镦工艺质量衡量指标；二、确定上端面温度为热镦工艺加热温度的测度；三、确定影响上端面温度的工艺参数；四、开展螺栓热镦工艺正交试验设计；五、开展热镦试验，记录试验数据；六、螺栓热镦工艺质量衡量指标与上端面温度间关系量化；七、上端面温度与工艺参数间关系量化；八、利用工艺参数进行上端面温度控制从而实现热镦工艺优化；九、验证试验；通过以上步骤，可实现热镦工艺优化的目标；该方法科学有效，可操作性和实用性较强，解决了现有的高压转子间螺栓热墩工艺难以控制，工艺质量较低的难题。CN114154258ACN114154258A权利要求书1/3页1.一种基于高压转子间螺栓热镦工艺参数优化方法，其特征在于，具体步骤如下：步骤一：明确高压转子间螺栓热镦工艺质量衡量指标；为了对高压转子间螺栓热镦工艺质量进行优化，首先要明确螺栓热镦工艺质量衡量指标；高压转子间螺栓性能由头部上端面硬度和头下支撑面硬度共同决定，上端面硬度与头下支撑面硬度越大，螺栓性能越好；头部上端面采用的衡量指标为洛氏硬度HRC，下端面采用的衡量指标为维氏硬度HV，其中，洛氏硬度HRC是以压痕塑性变形深度来确定硬度值的指标，以0.002毫米作为一个硬度单位；维氏硬度HV是以120kg以内的载荷和顶角为136°的金刚石方形锥压入器压入材料表面，用载荷值除以材料压痕凹坑的表面积，即为维氏硬度值HV；根据航空发动机上盘轴螺纹连接器上螺栓硬度的具体取值要求：上端面硬度HRC≥37，头下支撑面硬度HV≥440；热镦成型后进行车削工艺：上端面车削0.2mm，下端面车削0.2mm，要求车削后应无折叠现象；根据热墩成型后合格品的验收指标要求，同时将上端面硬度和头下支撑面硬度以及整体外观作为高压转子间螺栓热镦工艺质量水平的评价指标；步骤二：确定上端面温度为热镦工艺加热温度的测度；考虑到头部上端面硬度与头下支撑面硬度与其对应部位的温度高度相关，但由于加热设备为感应线圈，头下支撑面位置受感应线圈遮挡，其温度无法精确测量，故将上端面温度作为热镦工艺加热温度的测度，为探索热镦成型质量与加热温度间的量化关系提供数据支持；步骤三：确定影响上端面温度的工艺参数；首先，利用鱼骨图确定影响上端面温度的工艺参数，包括：螺栓自身、热镦机床、加热条件及其他因素；螺栓自身为坯料直径、头部超出线圈高度、变形长度；热镦机床为镦锻力、模具镦锻比；加热条件为加热时间、保温时间、加热功率、线圈直径；其他因素为环境因素、人因、热镦原理误差；根据工程经验以及现场工艺监测手段，确定可控的上端面温度影响因素为：加热功率、加热时间、保温时间以及上端面超出线圈高度，选取以上四个因素为工艺影响试验参数，分别记为{X1，X2，X3，X4}；步骤四：开展螺栓热镦工艺正交试验设计；基于步骤一与步骤三确定的螺栓热镦工艺质量指标与工艺影响参数开展正交试验设计；首先，根据4个因素数，且每个因素取3个水平以保证获取有效的影响因素信息，选用试4验次数最小的正交表L9(3)；其次，确定工艺因素Xi的取值范围[XiL，XiU]，i＝1，2，...，4；最后，基于工艺因素取值范围，设计正交试验方案；步骤五：开展热镦试验，记录试验数据；按照步骤四的正交试验设计方案，开展热镦试验并记录试验数据，记录每组工艺参数的上端面硬度与头下支撑面硬度、整体外观、上端面温度数据；由于上端面硬度需满足HRC≥37，而头下支撑面硬度需满足HV≥440，两种硬度指标的2CN114154258A权利要求书2/3页测量方式不同，热镦成型后的每件螺栓只能测量头部硬度或头下支撑面硬度而不能同时测量，因此，考虑到上端面硬度与头下支撑面硬度需同时满足HRC≥37和HV≥440的要求，且，试验结果具有可重复性，每组工艺参数分别试验2次；步骤六：螺栓热镦工艺质量衡量指标与上端面温度间关系量化；为提升热镦工艺质量，探索螺栓热镦工艺质