□ 楊 洋 □ 呂彥明 □ 鄧 婷 □ 倪明明 □ 張星星

1.江南大學(xué) 江蘇省食品先進(jìn)制造裝備技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 江蘇無(wú)錫 214122

2.無(wú)錫透平葉片有限公司 江蘇無(wú)錫 214023

UG/Open Grip在葉片鍛件工藝余塊自動(dòng)化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

□ 楊 洋1□ 呂彥明1□ 鄧 婷1□ 倪明明2□ 張星星2

1.江南大學(xué) 江蘇省食品先進(jìn)制造裝備技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 江蘇無(wú)錫 214122

2.無(wú)錫透平葉片有限公司 江蘇無(wú)錫 214023

分析了一般汽輪機(jī)葉片工藝余塊設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了汽輪機(jī)葉片鍛件設(shè)計(jì)中工藝余塊的自動(dòng)化生成程序。綜合運(yùn)用UG表達(dá)法及UG二次開(kāi)發(fā)工具UG/Open Menu Script、UG/Open Grip及VC++ 6.0軟件，開(kāi)發(fā)了此模塊。采用了人機(jī)交互的方式，不需要手工繪圖即可完成汽輪機(jī)葉片鍛件工藝余塊的設(shè)計(jì)，提高設(shè)計(jì)人員的工作效率，縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期，為之后葉片鍛模設(shè)計(jì)做好基礎(chǔ)。

汽輪機(jī)葉片 余塊 二次開(kāi)發(fā) UG

葉片是汽輪機(jī)、航空發(fā)動(dòng)機(jī)的重要零件，是汽輪機(jī)、航空發(fā)動(dòng)機(jī)的“心臟”［1］。鍛造成型工藝因其特有的優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)改變零件的微觀組織結(jié)構(gòu)，提高機(jī)械性能，在葉片制造中得到了廣泛的應(yīng)用［2］。由于葉片具有種類多、生產(chǎn)批量少的特點(diǎn)，使葉片鍛件設(shè)計(jì)與模具設(shè)計(jì)任務(wù)繁重。一般葉片由葉身、葉根與葉冠三部分組成，葉片鍛件的設(shè)計(jì)主要包括葉身、葉冠與葉根的設(shè)計(jì)［3］。由于鍛造工藝要求，葉片需要在葉身與葉根、葉冠連接處添加工藝余塊進(jìn)行過(guò)渡，所以在設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員除對(duì)葉身設(shè)計(jì)投入主要的精力與時(shí)間外，工藝余塊的設(shè)計(jì)同樣需要大量繁瑣的工作。

UG是一款功能強(qiáng)大、操作簡(jiǎn)單的CAD/CAM軟件，它具有良好的開(kāi)放性，并提供了強(qiáng)大的二次開(kāi)發(fā)接口，同時(shí)提供了Open Grip開(kāi)發(fā)工具與API二次開(kāi)發(fā)接口，在葉片的造型與加工方面發(fā)揮了巨大作用。為了進(jìn)一步縮短葉片鍛件設(shè)計(jì)時(shí)間，節(jié)省設(shè)計(jì)成本，筆者將UG二次開(kāi)發(fā)技術(shù)應(yīng)用于葉片鍛件工藝余塊的設(shè)計(jì)中，這大大節(jié)省了設(shè)計(jì)人員的工作時(shí)間，提高了整個(gè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)效率。

1 余塊設(shè)計(jì)分析

1.1 目的與結(jié)構(gòu)分析

汽輪機(jī)葉片采用預(yù)制坯在螺桿錘或摩擦壓力機(jī)上進(jìn)行敞開(kāi)式鍛模加工,在摩擦壓力機(jī)上采用切邊模切除鍛件飛邊。在葉身與葉根、葉冠進(jìn)出汽邊轉(zhuǎn)接處會(huì)產(chǎn)生鍛造余塊［4］，葉片工藝余塊的設(shè)計(jì)需要根據(jù)葉身、葉根、葉冠分模面趨勢(shì)來(lái)確定。

葉片的加工余量與材料性質(zhì)、尺寸大小、加熱方法、鍛造設(shè)備、加工方法有關(guān)，對(duì)于精鍛葉片葉身來(lái)講，金屬在加熱過(guò)程中，存在表面氧化脫碳、污染和元素?zé)龘p現(xiàn)象。葉片毛坯終鍛變形時(shí)，葉身型面可能會(huì)出現(xiàn)壓坑、劃傷，工序周轉(zhuǎn)過(guò)程中，難免有碰傷等缺陷，必須留有足夠的余量作為機(jī)械加工余量。

制造工藝余塊的目的有兩個(gè)：一是為了葉片鍛件從鍛模型腔中出模及能夠進(jìn)行熱切飛邊,不至于在切邊時(shí)使葉片出現(xiàn)過(guò)切；二是葉身與葉根、葉身與葉冠轉(zhuǎn)接處分型面有落差,為防止鍛造、脫模過(guò)程中造成損壞，鍛造時(shí)需要工藝余塊進(jìn)行過(guò)渡連接［5］。工藝余塊一般是根據(jù)葉身與葉根、葉冠進(jìn)出汽邊轉(zhuǎn)接處分型面相對(duì)位置而定，如圖1所示，一般有三種情況：葉身分型面高于葉根分型面；葉身葉根分型面在同一平面上；葉身分型面低于葉根分型面。由于圖1（a）、（c）的葉身與葉根分型面落差較大，所以需要加放余塊進(jìn)行過(guò)渡，而圖1（b）中分型面處于同一水平面上，所以可直接進(jìn)行過(guò)渡，無(wú)需加放工藝余塊。

工藝余塊的設(shè)計(jì)需要依據(jù)葉根、葉冠與葉身之間的相對(duì)位置。如圖2所示，很多葉片出于工作性能方面的考慮，將葉身嵌入葉根、葉冠一部分，但是邊緣部分卻裸露在葉根、葉冠之外，如果該部分裸露在葉根、葉冠外的葉身邊緣不加以保護(hù),在實(shí)際鍛壓過(guò)程中很容易受到破壞，因此有必要在該葉根、葉冠處設(shè)計(jì)工藝余塊，將突出的葉片完全包裹住。同樣由于葉冠與葉身相交面是斜面，為便于分模，還需要在此處與葉冠端面設(shè)計(jì)一拔模斜度。

1.2 自動(dòng)化設(shè)計(jì)過(guò)程分析

由于葉片種類繁多，形狀各異，葉身與葉冠、葉根的交接情況是多種多樣的，所以到工藝余塊的方法也是多種多樣的，且鍛造工藝會(huì)影響到工藝余塊的結(jié)構(gòu)形狀，設(shè)計(jì)工程師更多需要根據(jù)自身經(jīng)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行判斷

設(shè)計(jì)，所以，不同設(shè)計(jì)人員制作的工藝余塊是有區(qū)別的，這不僅使設(shè)計(jì)人員的大量時(shí)間和精力消耗在工藝余塊的設(shè)計(jì)上，而且還影響了后續(xù)對(duì)葉片鍛模設(shè)計(jì)的工作效率。

▲圖1 葉身與葉根分型面相對(duì)位置

▲圖2 內(nèi)斜面的拔模設(shè)計(jì)

筆者總結(jié)了汽輪機(jī)葉片工藝余塊的加放方法，統(tǒng)一設(shè)計(jì)規(guī)則，利用UG提供的Open Grip工具進(jìn)行編譯，實(shí)現(xiàn)工藝余塊的自動(dòng)化設(shè)計(jì)。工藝余塊設(shè)計(jì)不僅包括傳統(tǒng)意義上的葉身與葉根的過(guò)渡余塊，還包括為之后鍛模設(shè)計(jì)的飛邊拉伸設(shè)計(jì)及便于分模的葉根底面、葉冠頂部的斜度拔模設(shè)計(jì)，如圖3所示。

▲圖3 葉根底部拔模斜度

筆者根據(jù)葉身與葉根、葉冠的相互關(guān)系，以及葉根、葉冠的結(jié)構(gòu)來(lái)確定工藝余塊的加放方法，設(shè)計(jì)流程如圖4所示。首先選擇葉身、葉根，使程序識(shí)別葉身與葉根的結(jié)構(gòu)，確定其分型面與飛邊方向。然后分別對(duì)葉片進(jìn)汽邊一側(cè)與出汽邊一側(cè)的分型線進(jìn)行判斷，確定葉身與葉冠、葉根連接處需要用什么樣的工藝余塊進(jìn)行連接過(guò)渡。因?yàn)椴煌~片大小不一，所以需要輸入工藝余塊參數(shù)來(lái)生成工藝余塊，最后在底面處根據(jù)葉冠、葉根形狀進(jìn)行拔模斜度的自動(dòng)設(shè)計(jì)。

▲圖4 工藝余塊加放設(shè)計(jì)流程圖

2 余塊生成程序的實(shí)現(xiàn)

選用UG軟件作為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，借助其強(qiáng)大的二次開(kāi)發(fā)功能，混合VC編程共同開(kāi)發(fā)了汽輪機(jī)葉片工藝余塊自動(dòng)化設(shè)計(jì)模塊。UG軟件的二次開(kāi)發(fā)工具主要有OPEN GRIP編程語(yǔ)言和API函數(shù)［6］，這種基于CAD/CAM軟件平臺(tái)的二次開(kāi)發(fā)，開(kāi)發(fā)周期短，見(jiàn)效快，功能強(qiáng)，穩(wěn)定性好。相比于C語(yǔ)言，Grip具有語(yǔ)言簡(jiǎn)單、適用性強(qiáng)的特點(diǎn)，但是同樣有其可視化與人機(jī)交互運(yùn)用的不足之處，所以采用了Grip與C語(yǔ)言共同開(kāi)發(fā)的模式。

2.1 UG軟件應(yīng)用開(kāi)發(fā)環(huán)境設(shè)置

設(shè)置環(huán)境變量的目的是使UG軟件能找到需要開(kāi)發(fā)的內(nèi)容,并在啟動(dòng)UG軟件時(shí)加載必要的信息。設(shè)置方法為:右鍵點(diǎn)擊我的電腦→屬性→高級(jí)→環(huán)境變量。新建一個(gè)如UG_USER_DIR=D:mujucad的環(huán)境變量,并在設(shè)置的環(huán)境變量所指向的文件夾下,建立application和startup 2個(gè)目錄文件夾。Startup目錄文件夾用來(lái)放置菜單文件 “*.men”，application目錄文件夾用來(lái)存放 “*.dll”和“*.grx”開(kāi)發(fā)文件，并且將“*.dll”文件鏈接到該目錄下。

2.2 UG/Open Menuscript菜單制作

使用記事本文檔編輯菜單腳本程序，保存后綴名為“*.men”的文件存入startup目錄文件夾，啟動(dòng)UG軟件，能顯示如圖5所示的菜單。

▲圖5 葉片余塊自動(dòng)化設(shè)計(jì)菜單

菜單腳本文件程序部分代碼如下：

2.3 葉片余塊自動(dòng)造型功能實(shí)現(xiàn)

工藝余塊造型采用UG/Open Grip語(yǔ)言編寫(xiě)程序，并利用VC++6.0的MFC模塊制作人機(jī)交互模塊，然后采用Grip調(diào)用VC.dll的方式實(shí)現(xiàn)可視化功能，使設(shè)計(jì)人員在工藝余塊的設(shè)計(jì)過(guò)程中更加方便地運(yùn)用。利用Grip程序?qū)崿F(xiàn)：分型線、過(guò)渡邊界的選擇與參數(shù)的輸入，主要利用以下語(yǔ)句：

“e1:IDENT/′葉根出汽邊分型線 ',lfxx,cnt,lfnum, resp

JUMP/e1:,term:,,resp”

語(yǔ)句實(shí)現(xiàn)分型線、過(guò)渡邊界的選取；“param/′輸入?yún)?shù)′,′點(diǎn)偏移距離l=′,dis1,resp”語(yǔ)句實(shí)現(xiàn)參數(shù)的輸入 。 Grip調(diào) 用 DLL格 式 為 ：XSPAWN/ufun,′D: mujuCADapplication*.dll′。

3 實(shí)例應(yīng)用

開(kāi)發(fā)此葉片工藝余塊自動(dòng)化設(shè)計(jì)模塊，是實(shí)現(xiàn)葉片鍛模智能化系統(tǒng)中重要的一環(huán)。此模吸收了葉片廠工程師長(zhǎng)期積累的經(jīng)驗(yàn)，具有操作簡(jiǎn)單、工作效率高的特點(diǎn)。以無(wú)錫葉片廠W285葉片的葉根的工藝余塊生成為例，具體步驟如下。

打開(kāi)菜單“葉片余塊設(shè)計(jì)”，點(diǎn)擊“葉根余塊設(shè)計(jì)”，彈出工藝余塊設(shè)計(jì)的交互界面，如圖6所示，按照提示選擇進(jìn)出汽邊處葉根的分型線與過(guò)渡邊界，并根據(jù)葉片大小輸入工藝余塊的設(shè)計(jì)參數(shù)，最終生成工藝余塊，如圖7所示。

▲圖6 葉根工藝余塊設(shè)計(jì)可視界面

▲圖7 W285鍛件生成整體

4 結(jié)論

筆者主要針對(duì)汽輪機(jī)葉片工藝余塊設(shè)計(jì)的二次開(kāi)發(fā)軟件進(jìn)行了研究，編寫(xiě)了能夠針對(duì)不同類型葉片工藝余塊自動(dòng)化設(shè)計(jì)的模塊。該設(shè)計(jì)模塊大大提高了葉片鍛件的設(shè)計(jì)效率，并為之后葉片鍛模的設(shè)計(jì)做好基礎(chǔ)，縮短了整個(gè)葉片鍛模設(shè)計(jì)的工作周期，在實(shí)際應(yīng)用中有明顯效果。但是隨著汽輪機(jī)葉片的發(fā)展，結(jié)構(gòu)形狀在不斷變化，此模塊較難實(shí)現(xiàn)所有葉片工藝余塊生成的完全通用化，還需要不斷總結(jié)設(shè)計(jì)專家經(jīng)驗(yàn)方法進(jìn)行補(bǔ)充。在今后的研究中，以此模塊為基礎(chǔ)，將知識(shí)驅(qū)動(dòng)作為研究重點(diǎn)，完成一個(gè)具有自動(dòng)化、更具有智能化的工藝余塊設(shè)計(jì)系統(tǒng)。

［1］任國(guó)棟，鄭峰，葛春榮，等.基于UG的汽輪機(jī)葉片CAD系統(tǒng)二次開(kāi)發(fā) ［J］.組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)，2015（1）：46-48.

［2］呂彥明,倪明明,邵燃,等.基于專家知識(shí)的汽輪機(jī)葉片鍛模設(shè)計(jì)系統(tǒng)［J］.熱加工工藝，2009，38（5）：76-79.

［3］王鋒鋒，陳光明.UG二次開(kāi)發(fā)在汽輪機(jī)葉片造型中的應(yīng)用［J］.中國(guó)制造業(yè)信息化，2010,39（11）：39-41.

［4］張國(guó)新.汽輪機(jī)葉片無(wú)余塊鍛造 ［J］.鍛壓技術(shù)，2008，33（5）：28-30.

［5］李湘軍.哈汽1000汽輪機(jī)葉片鍛模設(shè)計(jì)及鍛造工藝［C］.山西太原：第九屆全國(guó)塑性工程學(xué)術(shù)年會(huì)暨第二屆全球華人先進(jìn)塑性加工技術(shù)研討會(huì)，2005.

［6］謝崴，王高潮，魏科，等.UG二次開(kāi)發(fā)在葉片鍛模設(shè)計(jì)中的應(yīng)用［J］.熱加工工藝，2013，42（11）：111-114.

（編輯 平 平）

TG315.2

A

1000-4998（2015）10-0079-03

2015年4月