专利名称：确定二维局部加载成形用不等厚坯料的方法
技术领域：
本发明涉及热加工领域中的难变形合金的热加工锻造，具体是ー种确定成形过程中具有ニ维变形特征的筋板类构件局部加载成形用不等厚坯料的方法。
背景技术：
采用高性能轻质合金材料，如钛合金，和采用轻量化结构，如薄壁、整体、带筋等结构，是提高零部件的性能和可靠性、实现装备轻量化的有效技术途径。具有高筋薄腹结构的筋板类整体构件，有效地提高了结构效率、减轻装备重量并有具有优异的服役性能，是航空航天飞行器中重要的轻量化承カ构件。此类复杂构件不仅成形材料难变形而且构件结构复杂、投影面积大，采用传统塑性成形ェ艺整体成形这类构件需要巨型压カ机，普遍超出现有设备能力。采用模具分区实现局部加载并结合等温锻造能够有效降低成形载荷、拓展设备能力。但是由于投影面积大以及结构复杂，其塑性成形过程中容易出现折叠、充填不满等成形缺陷。一般地为了减少无益的材料流动，坯料在水平投影形状应当接近于锻件投影形状。同时为了保证型腔充填、避免成形缺陷，需要改变坯料厚度分布以获得初歩的体积分配。对于筋板类构件，一般其预成形坯料形状类似于终锻件，往往是对终锻件筋的高、宽、圆角半径进行放缩来确定预成形坯料(T.阿尔坦等著，陆索译.现代锻造一设备、材料和エ艺[M].北京:国防エ业出版社，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)。采用以上这些方法获得的预成形坯料形状比较复杂，接近锻件形状，难以适用于尺寸大、批量小筋板类构件的塑性成形。对于此类构件，采用简单不等厚坯料能够降低成本、有效改善型腔充填。杨合等人(孙念光，杨合，孙志超.大型钛合金隔框等温闭式模锻成形ェ艺优化[J].稀有金属与工程，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)根据充填效果将构件分为难成形区和易成形区，根据不同部分的材料体积设计坯料厚度，该不等厚坯料改善了型腔充填，但仍有部分区域明显未充满。张会等(张会，姚泽坤，戴亮，郭鸿镇.金属结构等温成形过程金属流动规律与充填性的物理模拟[J].航空制造技术，2007，(I) =73-76,91)应用物理模拟试验方法确定了“Z”型截面的钛合金筋板类构件整体加载锻造的不等厚坯料形状，但是没有考虑到模具分区的局部加载特征，而且实验方法周期长费用高，特别是对于大投影面积筋板类整体构件，限制了此类方法的应用。张大伟等在Journal Materials Processing Technology 第 210 卷，2 期，258-266页上发表的 Analysis of local loading forming for titanium-alloy T-shapedcomponents using slab method论文中建立模具分区导致的局部加载状态下的材料分流层处到筋型腔中心的距离计算公式，具体地如下
模具分区导致的局部加载状态下的下的材料分流层处到筋型腔中心的距离Xk采用公式⑴计算
权利要求
1.一种确定二维局部加载成形用不等厚坯料的方法，其特征在于，包括以下步骤 步骤1，简化构件横截面形状；对于上表面或下表面分布有筋条的构件，构件横截面即为简化截面；对于上表面和下表面对称地分布有筋条的横截面，简化横截面时，以构件厚度方向的对称中心线一侧的表面为简化截面；并将该简化截面内的各筋条分别记为第i筋，i = I n ;成形简化截面的筋条采用局部加载成形，加载中模具分区位置为分区筋的中心处；确定第i筋 第i+1筋中的任一位置为分区位置，所述的i = I n-1 ; 步骤2，根据简化截面局部加载成形中的加载状态确定分流层位置及筋型腔充填材料体积计算公式； 通过对简化截面进行快速分析实现确定简化截面处所需不等厚坯料形状；在对简化截面做快速分析时，取一块不等厚坯料作为初始坯料，并根据初始坯料确定简化截面的坯料形状；对简化截面做快速分析中，有三种局部加载状态和一种整体加载状态；所述三种局部加载状态分别是，由于模具部分加载形成的第一种局部加载状态、由不同腹板区模具的不同深度形成的第二种局部加载状态，以及由不等厚坯料的阶梯状表面存在的阶梯厚度差A H导致的第三种局部加载状态；对各简化截面进行快速分析，在整体下模的各筋型腔处建立局部直角坐标系；所述局部直角坐标系的Y坐标位于所处筋型腔宽度的对称中心，并且各局部直角坐标系的坐标原点位于该Y坐标与X坐标的交点处； 第一种局部加载状态；坯料下表面与下模具配合；下模具表面有筋条的成形型腔；所述的第一种局部加载状态位于加载区内靠近分模位置的第一个筋型腔到分模位置之间；当这一区域内的坯料同加载上模和下模完全接触，此时该区域的加载状态为第一种局部加载状态； 第一种局部加载状态下，局部加载宽度即为出现第一种局部加载状态区域内靠近分模位置的第一个筋型腔中心到分模位置之间距离的二倍，局部加载宽度I在局部加载阶段中不变化，出现第一种局部加载状态区域内的坯料厚度H同上模行程之间是线性关系；采用计算公式(I)计算第一种局部加载状态下的材料分流层处到筋型腔中心的距离Xk
全文摘要
本发明公开了一种确定二维局部加载成形用不等厚坯料的方法。本发明基于局部加载特征结合解析分析计算公式，实现对多筋构件二维成形过程中材料流动和型腔充填的快速预测，通过快速分析横截面上的材料流动和型腔充填情况，迅速确定二维基本不等厚坯料形状，然后进行数值模拟，根据数值模拟结果，并考虑局部加载流动特征，修改不等厚坯料形状，经过零次或多次的调整修正获得最终的不等厚坯料形状。本发明确定的不等厚坯料体积分配合理，消除成形过程中存在的充不满、折叠等缺陷，减少加工余量，降低了成形载荷，并且坯料形状简单易于制坯。
文档编号B21J5/02GK102632173SQ20121004701
公开日2012年8月15日 申请日期2012年2月28日 优先权日2012年2月28日
发明者张大伟, 杨合, 樊晓光 申请人:西北工业大学