[发明专利]锻件预成形设计方法

说明书

本发明公开了一种锻件预成形设计方法，涉及锻造领域，包括根据终锻件的形状尺寸确定预锻件的第一截面的形状尺寸，选取能够表征第一截面轮廓形状的M个形状参数及其取值范围；获得终锻件的第二截面，在第二截面均选n个数据采集点；在形状参数的取值范围内用正交试验法获得多组形状参数数据，通过数值模拟获得各组形状参数数据对应的所有数据采集点的应变数据；获得终锻件的变形均匀性函数和变形程度函数并对两者进行归一化，获得综合目标函数；通过每组形状参数数据对应的应变数据和公式1‑3获得每组形状参数数据对应的综合目标函数值，根据综合目标函数的数值最小时对应的形状参数值获得优化后的第一截面。使设计流程数字化、定量化。

技术领域

本发明涉及锻造技术领域，特别是涉及一种锻件预成形设计方法。

背景技术

目前，国内对飞机轮毂成形的研究主要集中在铝合金轮毂的等温模锻成形工艺，其中，《起落架轮毂等温模锻工艺》(洪慎章，航空制造技术，2002(2)：59-61)公开了飞机轮毂一次锻造成形方式，通过数值模拟的等温模锻与理论计算的普通模锻进行比较分析，介绍了等温模锻工艺的优点，实现了复杂薄壁件的少切削、精密成形。然而，为了使锻件简单易加工，锻件的结构被大大简化和缩小，这与锻件的实际尺寸有很大的不同。此外，部分金属在锻造成形中的变形较大，金属流线的分布紊乱且变形均匀性差。《某飞机轮毂挤压成形及热处理工艺研究》(于洋，中北大学，2014)选用7A04铝合金对飞机轮毂进行等温挤压成形工艺的研究，通过“下料—镦粗—冲孔制坯—反挤压—翻边—机械加工—热处理”等工艺，获得了成形质量良好的飞机轮毂终锻件。由于采用冲孔的方式获得环状预制坯，其材料变形均匀性相对较差，锻件主截面变化大，若坯料形状尺寸不合适极易出现锻件各部位变形不均匀的现象。

对于轮毂锻件的预成形有部分学者进行了研究，中国专利CN108580778A公开了一种薄壁深腔飞机轮毂模锻件的锻造方法，其公开了借助于DEFORM数值模拟软件确定预锻件的最佳形状，具体方法是：分别对不同预锻件形状进行终锻成形的模拟，观察其材料流动和金属填充情况，并结合后处理中等效应变、流动速度、温度分布以及行程载荷等参数变化，判断和确定最佳的预锻件形状。根据该方法确定预锻件形状，可使预锻件各部分的体积分布合理且与终锻件各部分的体积分布相一致，从而使预锻件各部位的材料能够就近充满终锻模膛的各个型腔，材料流动距离减少，而且能够确保终锻件尤其是轮毂内外壁充填饱满，无穿流和折叠缺陷；《7085高强铝合金锻造成形和组织性能研究》(于洋，中南大学，2013)利用DEFORM-3D软件模拟7085高强铝合金飞机轮毂的成形过程，并分析不同形状坯料等温模锻成形过程中金属流动情况、等效应变场，确定了比较合适的坯料形状。中国专利CN108580778A和《7085高强铝合金锻造成形和组织性能研究》提供的轮毂类锻件预成形设计及优化过程均是预先设计不同预锻件形状，再通过有限元模拟软件进行终锻成形的模拟，然后基于设计或优化目标进行筛选，其思路与传统的试错法基本一致，导致初期设计及计算工作量较大，设计效率与设计人员经验有很大关系，具有一定的盲目性。

发明内容

本发明的目的是提供一种锻件预成形设计方法，以解决上述现有技术存在的问题，使设计流程数字化、定量化，对轮毂等锻件的设计具有指导意义。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供了一种锻件预成形设计方法，包括：根据终锻件的形状和尺寸确定所述预锻件的第一截面的形状和尺寸，选取能够表征所述第一截面的轮廓形状的M个形状参数并确定各形状参数的取值范围；获得所述终锻件的第二截面，在所述第二截面上均匀选取n个数据采集点；所述第一截面和所述第二截面均为锻造时施加于所述预锻件上的压力方向的截面，当所述预锻件和所述终锻件为环形或扇环形的轴对称件时，所述第一截面和所述第二截面共面或过同一轴线；当所述预锻件和所述终锻件为条状轴对称件时，所述第一截面为垂直于所述预锻件长度方向的截面，且所述预锻件上所有垂直于自身长度方向的截面均为相同的截面，所述第二截面为垂直于所述终锻件长度方向的截面，且所述终锻件上所有垂直于自身长度方向的截面均为相同的截面，所述第一截面和所述第二截面相互平行或共面；