專利名稱：確定二維局部加載成形用不等厚坯料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及熱加工領(lǐng)域中的難變形合金的熱加工鍛造，具體是ー種確定成形過程中具有ニ維變形特征的筋板類構(gòu)件局部加載成形用不等厚坯料的方法。
背景技術(shù)：
采用高性能輕質(zhì)合金材料，如鈦合金，和采用輕量化結(jié)構(gòu)，如薄壁、整體、帶筋等結(jié)構(gòu)，是提高零部件的性能和可靠性、實(shí)現(xiàn)裝備輕量化的有效技術(shù)途徑。具有高筋薄腹結(jié)構(gòu)的筋板類整體構(gòu)件，有效地提高了結(jié)構(gòu)效率、減輕裝備重量并有具有優(yōu)異的服役性能，是航空航天飛行器中重要的輕量化承カ構(gòu)件。此類復(fù)雜構(gòu)件不僅成形材料難變形而且構(gòu)件結(jié)構(gòu)復(fù)雜、投影面積大，采用傳統(tǒng)塑性成形ェ藝整體成形這類構(gòu)件需要巨型壓カ機(jī)，普遍超出現(xiàn)有設(shè)備能力。采用模具分區(qū)實(shí)現(xiàn)局部加載并結(jié)合等溫鍛造能夠有效降低成形載荷、拓展設(shè)備能力。但是由于投影面積大以及結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其塑性成形過程中容易出現(xiàn)折疊、充填不滿等成形缺陷。一般地為了減少無益的材料流動(dòng)，坯料在水平投影形狀應(yīng)當(dāng)接近于鍛件投影形狀。同時(shí)為了保證型腔充填、避免成形缺陷，需要改變坯料厚度分布以獲得初歩的體積分配。對(duì)于筋板類構(gòu)件，一般其預(yù)成形坯料形狀類似于終鍛件，往往是對(duì)終鍛件筋的高、寬、圓角半徑進(jìn)行放縮來確定預(yù)成形坯料(T.阿爾坦等著，陸索譯.現(xiàn)代鍛造一設(shè)備、材料和エ藝[M].北京:國防エ業(yè)出版社，1982 ;J. C. Choi,B. M. Kim, S. W. Kim. Computer-aideddesign of blockers for rib-web type forging[J]. Journal Materials ProcessingTechnology，1995，54 (1-4) :314-321)。采用以上這些方法獲得的預(yù)成形坯料形狀比較復(fù)雜，接近鍛件形狀，難以適用于尺寸大、批量小筋板類構(gòu)件的塑性成形。對(duì)于此類構(gòu)件，采用簡單不等厚坯料能夠降低成本、有效改善型腔充填。楊合等人(孫念光，楊合，孫志超.大型鈦合金隔框等溫閉式模鍛成形ェ藝優(yōu)化[J].稀有金屬與工程，2009，38 (7) :1296-1300 ；Z. C. Sun, H. Yang. Forming quality of titanium alloy丄arge—scale integral components isothermal local loading[J]. The Arabian Journalfor Science and Engineering, 2009, 34 (IC) :35-45)根據(jù)充填效果將構(gòu)件分為難成形區(qū)和易成形區(qū)，根據(jù)不同部分的材料體積設(shè)計(jì)坯料厚度，該不等厚坯料改善了型腔充填，但仍有部分區(qū)域明顯未充滿。張會(huì)等(張會(huì)，姚澤坤，戴亮，郭鴻鎮(zhèn).金屬結(jié)構(gòu)等溫成形過程金屬流動(dòng)規(guī)律與充填性的物理模擬[J].航空制造技術(shù)，2007，(I) =73-76,91)應(yīng)用物理模擬試驗(yàn)方法確定了“Z”型截面的鈦合金筋板類構(gòu)件整體加載鍛造的不等厚坯料形狀，但是沒有考慮到模具分區(qū)的局部加載特征，而且實(shí)驗(yàn)方法周期長費(fèi)用高，特別是對(duì)于大投影面積筋板類整體構(gòu)件，限制了此類方法的應(yīng)用。張大偉等在Journal Materials Processing Technology 第 210 卷，2 期，258-266頁上發(fā)表的 Analysis of local loading forming for titanium-alloy T-shapedcomponents using slab method論文中建立模具分區(qū)導(dǎo)致的局部加載狀態(tài)下的材料分流層處到筋型腔中心的距離計(jì)算公式，具體地如下
模具分區(qū)導(dǎo)致的局部加載狀態(tài)下的下的材料分流層處到筋型腔中心的距離Xk采用公式⑴計(jì)算
權(quán)利要求
1.一種確定二維局部加載成形用不等厚坯料的方法，其特征在于，包括以下步驟 步驟1，簡化構(gòu)件橫截面形狀；對(duì)于上表面或下表面分布有筋條的構(gòu)件，構(gòu)件橫截面即為簡化截面；對(duì)于上表面和下表面對(duì)稱地分布有筋條的橫截面，簡化橫截面時(shí)，以構(gòu)件厚度方向的對(duì)稱中心線一側(cè)的表面為簡化截面；并將該簡化截面內(nèi)的各筋條分別記為第i筋，i = I n ;成形簡化截面的筋條采用局部加載成形，加載中模具分區(qū)位置為分區(qū)筋的中心處；確定第i筋 第i+1筋中的任一位置為分區(qū)位置，所述的i = I n-1 ; 步驟2，根據(jù)簡化截面局部加載成形中的加載狀態(tài)確定分流層位置及筋型腔充填材料體積計(jì)算公式； 通過對(duì)簡化截面進(jìn)行快速分析實(shí)現(xiàn)確定簡化截面處所需不等厚坯料形狀；在對(duì)簡化截面做快速分析時(shí)，取一塊不等厚坯料作為初始坯料，并根據(jù)初始坯料確定簡化截面的坯料形狀；對(duì)簡化截面做快速分析中，有三種局部加載狀態(tài)和一種整體加載狀態(tài)；所述三種局部加載狀態(tài)分別是，由于模具部分加載形成的第一種局部加載狀態(tài)、由不同腹板區(qū)模具的不同深度形成的第二種局部加載狀態(tài)，以及由不等厚坯料的階梯狀表面存在的階梯厚度差A(yù) H導(dǎo)致的第三種局部加載狀態(tài)；對(duì)各簡化截面進(jìn)行快速分析，在整體下模的各筋型腔處建立局部直角坐標(biāo)系；所述局部直角坐標(biāo)系的Y坐標(biāo)位于所處筋型腔寬度的對(duì)稱中心，并且各局部直角坐標(biāo)系的坐標(biāo)原點(diǎn)位于該Y坐標(biāo)與X坐標(biāo)的交點(diǎn)處； 第一種局部加載狀態(tài)；坯料下表面與下模具配合；下模具表面有筋條的成形型腔；所述的第一種局部加載狀態(tài)位于加載區(qū)內(nèi)靠近分模位置的第一個(gè)筋型腔到分模位置之間；當(dāng)這一區(qū)域內(nèi)的坯料同加載上模和下模完全接觸，此時(shí)該區(qū)域的加載狀態(tài)為第一種局部加載狀態(tài)； 第一種局部加載狀態(tài)下，局部加載寬度即為出現(xiàn)第一種局部加載狀態(tài)區(qū)域內(nèi)靠近分模位置的第一個(gè)筋型腔中心到分模位置之間距離的二倍，局部加載寬度I在局部加載階段中不變化，出現(xiàn)第一種局部加載狀態(tài)區(qū)域內(nèi)的坯料厚度H同上模行程之間是線性關(guān)系；采用計(jì)算公式(I)計(jì)算第一種局部加載狀態(tài)下的材料分流層處到筋型腔中心的距離Xk
全文摘要
本發(fā)明公開了一種確定二維局部加載成形用不等厚坯料的方法。本發(fā)明基于局部加載特征結(jié)合解析分析計(jì)算公式，實(shí)現(xiàn)對(duì)多筋構(gòu)件二維成形過程中材料流動(dòng)和型腔充填的快速預(yù)測(cè)，通過快速分析橫截面上的材料流動(dòng)和型腔充填情況，迅速確定二維基本不等厚坯料形狀，然后進(jìn)行數(shù)值模擬，根據(jù)數(shù)值模擬結(jié)果，并考慮局部加載流動(dòng)特征，修改不等厚坯料形狀，經(jīng)過零次或多次的調(diào)整修正獲得最終的不等厚坯料形狀。本發(fā)明確定的不等厚坯料體積分配合理，消除成形過程中存在的充不滿、折疊等缺陷，減少加工余量，降低了成形載荷，并且坯料形狀簡單易于制坯。
文檔編號(hào)B21J5/02GK102632173SQ20121004701
公開日2012年8月15日 申請(qǐng)日期2012年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月28日
發(fā)明者張大偉, 楊合, 樊曉光 申請(qǐng)人:西北工業(yè)大學(xué)