一种高温合金F型截面环件的异形坯料设计方法与流程

技术特征：

1.一种高温合金F型截面环件的异形坯料设计方法，其特征在于，包括：

步骤一，按照F型环件的体积分布特征曲线确定F型环件的坯料形状，根据环件台阶高度确定理想坯料台阶处圆弧半径；

R₁₁＝0.75B₁+0.5R₀₀

R₀₀＝R₀

式中，R₀表示环件的圆角半径，R₀₀表示理想坯料的圆角半径，R₁₁表示理想坯料台阶处圆弧半径，B₁表示F型环件的台阶高度；

步骤二，根据环件轧制过程中的金属轴向流动的特性，设定理想坯料总高度与环件总高度相等，不同部位的轴向尺寸B₁₁、B₂₂、B₃₃、B₄由以下公式确定

B₁₁＝1.5B₁+R₀₀

B₂₂＝B₂-R₁₁+R₀₀

B₃₃＝B₃+R₁₁-R₀₀

B₄₄＝(0.98-1.0)B₄

其中，B₁、B₂、B₃、B₄分别表示F型环件不同部位的轴向尺寸；R₀₀、R₁₁分别表示理想坯料的圆角半径和台阶处的圆弧半径；

步骤三，根据选取的轧制比λ和体积守恒定律V_B＝V_R建立数学模型，确定理想坯料的内圆和外圆直径

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\λ}=\frac{S_B}{S_R}\\ V_B=V_R\end{array}\right.$

式中

$S_R=(D_2-D_1)\×B_4+2(D_5-D_2)\×(B_3-B_2)-4({R_{00}}^2-\frac{1}{4}{{\mathrm{\πR}}_{00}}^2)$

$\begin{array}{c}{V}_B=\[\mathrm{\π}{\left(\frac{D_{22}}{2}\right)}^2-\mathrm{\π}{\left(\frac{D_{11}}{2}\right)}^2\]\×B_{44}-{\∫}_{-R_{00}}^0\mathrm{\π}{\left(\frac{D_{22}}{2}\right)}^2-\mathrm{\π}{\[(\frac{D_{22}}{2}+\sqrt{{R_{00}}^2-X^2}-R_{00})\]}^{2}dx\\ +2({\∫}_{-R_{11\cos \mathrm{\α}}}^{R_{11\cos \mathrm{\α}}}\mathrm{\π}{(\sqrt{{R_{11}}^2-x^2}+\frac{D_{22}}{2})}^2-\mathrm{\π}{\left(\frac{D_{22}}{2}\right)}^{2}dx\\ +4{\∫}_0^{R_{00}Cos\mathrm{\α}}\mathrm{\π}{(\frac{D_{22}}{2}+R_{00}-\sqrt{{R_{00}}^2-x^2})}^2-\mathrm{\π}{\left(\frac{D_{22}}{2}\right)}^{2}dx)\end{array}$

$\begin{array}{c}{V}_R=\[\mathrm{\π}{\left(\frac{D_2}{2}\right)}^2-\mathrm{\π}{\left(\frac{D_1}{2}\right)}^2\]\×B_4-{\∫}_{-R_0}^0\mathrm{\π}{\left(\frac{D_2}{2}\right)}^2-\mathrm{\π}{\[(\frac{D_2}{2}+\sqrt{{R_0}^2-X^2}-R_0)\]}^{2}dx+2\mathrm{\π}\[{\left(\frac{D_4}{2}\right)}^2-\\ {\left(\frac{D_2}{2}\right)}^2\](B_3-B_2)+3({\∫}_0^{R_0}\mathrm{\π}{\[\left(\frac{D_3}{2}-\sqrt{{R_0}^2-x^2}\right)\]}^2-\mathrm{\π}{\left(\frac{D_2}{2}\right)}^{2}dx)+4({\∫}_{-R_0}^0\mathrm{\π}{\[(\frac{D_4}{2}+\sqrt{{R_0}^2-X^2})\]}^2-\\ \mathrm{\π}{\left(\frac{D_4}{2}\right)}^{2}dx+{\∫}_0^{\frac{R_3-R_2}{2}-R_0}\mathrm{\π}{\left(\frac{D_5}{2}\right)}^2-\mathrm{\π}{\left(\frac{D_4}{2}\right)}^{2}dx)\end{array}$

式中，D₁₁、D₂₂分别为理想坯料的内、外圆直径；D₁、D₂分别为环件的内、外圆直径；R₀、R₀₀分别为环件、理想坯料的圆角半径；R₁₁为理想坯料台阶处的圆弧半径；α表示理想坯料台阶处圆弧与圆角切点与圆心连线和竖直方向的夹角，并且

步骤四，沿轴线方向切割两台阶处的圆弧，使切下的两台阶圆弧体积(分别记为V_A、V_C，且V_A＝V_C)与两台阶中间空余部分的体积V_B满足：

V_A+V_C＝0.8V_B，即V_A＝0.4V_B

式中

$\begin{array}{c}{V}_B=2({\∫}_0^{\frac{B_{22}-B_{11}}{2}}\mathrm{\π}\[{(\frac{D_{22}}{2}+R_{11}Sin\mathrm{\θ})}^2-{\left(\frac{D_{22}}{2}\right)}^2\]dx+{\∫}_{-R_{00}}^0\mathrm{\π}\[{(\frac{D_{22}}{2}+R_{11}Sin\mathrm{\θ})}^2-(\frac{D_{22}}{2}+R_{00}-\\ \sqrt{{R_{00}}^2-x^2}{)}^2\]dx)\end{array}$

θ表示分割后直线与圆弧交点和圆心的连线与竖直方向的夹角

解得θ的值，则：

D₃₃₃＝D₂₂₂+2R₁₁Sinθ

B₁₁₁＝B₂₂+R₀₀+2R₁₁Cosθ

式中D₃₃₃表示实际坯料外台阶的直径，B₁₁₁表示实际坯料中分割线和上台阶的上交点与下台阶底部之间的距离；

步骤五，由有限元模拟得到的截面填充情况优化坯料中圆角的大小。