[发明专利]一种改善多筋薄腹件终锻模槽充填一致性的坯料设计方法

说明书

本发明公开了一种改善多筋薄腹件终锻模槽充填一致性的坯料设计方法，即达到终锻模具模槽中各筋槽近乎同时充满的效果。首先，基于NX三维建模软件，对多筋薄腹构件终锻用的坯料进行建模，其中坯料的形状设计为简易的不等厚形式；其次，转换成STL格式文件并导入至Deform‑3D有限元软件；随后，通过有限元模拟观测各个筋槽充填一致性效果，判断该坯料形状尺寸在终锻成形后的充填一致性是否满足要求，如若不满足，根据模拟结果中不同筋槽的充填顺序反馈修改坯料尺寸，直至达到理想充填一致性效果；最后，通过实验验证模拟结果。本发明能在终锻模槽内减少筋槽中材料的逆向流动，克服多筋薄腹构件在终锻成形过程中常见的充填不满、流线紊乱及成形载荷过大等缺陷。

技术领域

本发明涉及航空航天制造领域，尤其涉及一种改善多筋薄腹件终锻模具筋槽充填一致性的坯料设计方法。

背景技术

多筋薄腹构件常用在航空航天领域中，以实现飞行器装备的高性能轻量化特征。但此类构件的结构比较复杂，如若采用一步成形，变形量较大，对设备吨位的要求比较高，金属流动较为剧烈，模具所受应力比较大，模具磨损严重，同时在筋的根部易出现折叠、穿流等缺陷，筋的端部易出现充填不满，充填高度不够等。即使采用了等温成形技术也难以直接从简单的坯料(如棒状、块状等)锻造成形获得满足尺寸精度高、组织性能优良的锻件。

目前，对于性能要求不高的大型多筋薄腹类构件，国内外企业多数采用铸造的方法进行加工；而对于性能要求较高的航空大型多筋薄腹类多筋构件，则通常采用的是锻造方式获得终成形锻件，但因为此类构件的筋宽、筋高及筋间距等尺寸大小不一致，可能使某根易充填的筋槽先充满，随着模具下压，此区域材料可能发生逆向流动，易导致构件充填不满、流线紊乱、成形载荷及模具受力过高等问题。因此，为改善多筋薄腹类构件终锻模槽的充填效果，其中各筋槽的充填一致性及相应坯料设计方法有待进一步研究。

本发明专利提出了一种改善多筋薄腹构件终锻模槽中各筋槽充填一致性的坯料设计方法。本发明专利可以克服当前多筋薄腹构件终锻成形过程中常见的充填不满、流线紊乱以及成形载荷过大等诸多缺陷，有效缓解了模锻过程中载荷激增的现象，并对类似复杂构件终锻成形坯料的设计提供参考。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中存在的技术问题，提供一种改善多筋薄腹构件终锻模槽中各筋槽充填一致性的坯料设计方法。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：一种改善多筋薄腹构件终锻模槽充填一致性的坯料设计方法，包含以下步骤：

(1)分析构件的几何参数，设计终锻用的坯料形状参数；

(2)进行参数化建模，基于NX三维软件对终锻模槽建模，依照等体积原则将坯料进行参数化设计，获得坯料关键尺寸的参数化几何模型；

(3)确定几何模型，通过NX转化STL格式文件并导入Deform-3D 有限元模拟软件；

(4)设置有限元模拟的边界条件，利用Deform-3D有限元模拟软件设置终锻成形的边界条件，包括终锻模具的结构尺寸、坯料与模具之间的摩擦因子、上模的下压速度及压下量、坯料和模具的工作温度；

(5)以构件腹板中心位置划分区域，基于等体积原则计算出坯料在构件各区域投影下的厚度，以此设计出初始不等厚坯料；

(6)基于Deform-3D有限元模拟，对筋槽充填结果进行定量分析，获得不同筋槽的充填顺序，观察充填一致性的效果；

(7)如果充填一致性效果满足各筋槽同时充满的要求，则此坯料为最佳；如若不满足要求，则根据各个筋槽充填的先后顺序及剩余压下量反馈修改坯料不同区域的厚度；