[發(fā)明專利]一種基于局部加載成形筋板件預(yù)制坯的優(yōu)化方法

有效

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• 申請日: 2017-03-10
• 公開（公告）號: CN106971029B
• 公開（公告）日: 2020-06-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 樊曉光;詹梅;魏科
• 申請（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/15;G06F113/28;G06F113/22
• 代理公司: 西北工業(yè)大學(xué)專利中心 61204
• 代理人: 慕安榮

一種基于局部加載成形筋板件預(yù)制坯的優(yōu)化方法，通過控制過渡區(qū)的材料流動和宏觀缺陷以實現(xiàn)等溫局部加載成形。本發(fā)明所優(yōu)化設(shè)計的預(yù)制坯，可有效改善材料流動的均勻性，減少過渡區(qū)內(nèi)跨筋的橫向材料流動，提高筋型腔的充填能力。在工程運用上，改善了構(gòu)件的使用性能，降低了生產(chǎn)成本，為實現(xiàn)鈦合金大型復(fù)雜構(gòu)件的成形一體化制造奠定基礎(chǔ)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及熱加工領(lǐng)域中難變形合金的熱加工鍛造，具體是在局部加載成形方法制造筋板件的條件下，一種用于局部加載過渡區(qū)預(yù)制坯形狀的優(yōu)化方法。

背景技術(shù)

航空宇航構(gòu)件日益要求大型整體化、薄壁輕量化、形狀復(fù)雜化。采用鈦合金等高性能輕質(zhì)合金材料和薄壁、整體、帶筋的輕量化結(jié)構(gòu)是提高零部件的性能和可靠性、實現(xiàn)裝備輕量化的有效途徑。由于鈦合金變形抗力大，且構(gòu)件結(jié)構(gòu)復(fù)雜、投影面積大，采用傳統(tǒng)鍛造工藝整體成形此類構(gòu)件不僅對設(shè)備噸位有很高的要求，而且容易出現(xiàn)材料充填困難、鍛件質(zhì)量難以保證等問題。因此，要求不斷發(fā)展精確塑性成形新原理、新方法，研究開發(fā)先進(jìn)的塑性成形技術(shù)以實現(xiàn)此類大型整體構(gòu)件的成形制造。等溫成形技術(shù)可顯著降低材料流動應(yīng)力，局部加載工藝不僅可有效降低鍛造載荷，還可拓展成形構(gòu)件的尺寸范圍。等溫局部加載成形技術(shù)將二者有機(jī)結(jié)合，為鈦合金大型整體筋板構(gòu)件的成形制造提供了一條新的有效途徑，能夠解決航空航天用高性能輕量化構(gòu)件成形制造的難題，是迫切需要研究發(fā)展的先進(jìn)塑性成形技術(shù)。在局部加載成形過程中，僅對工件某個局部區(qū)域施加載荷，然后通過變換加載位置、累積局部變形，從而成形整個構(gòu)件。因此，構(gòu)件上存在著加載區(qū)、未加載區(qū)和連接二者的過渡區(qū)。然而在成形過程中，過渡區(qū)會發(fā)生非常復(fù)雜的不均勻變形和材料流動，可能會產(chǎn)生折疊及充填不滿等宏觀成形缺陷。

高鵬飛等在The International Journal of Advanced ManufacturingTechnology，2014年，第76卷，5-8期，1339–1347頁上發(fā)表的Quantitative analysis ofthe material flow in transitional region during isothermal local loadingforming of Ti-alloy rib-web component論文中研究發(fā)現(xiàn)在局部加載過渡區(qū)，成形過程中存在跨筋的橫向材料轉(zhuǎn)移，材料會由加載區(qū)轉(zhuǎn)移至未加載區(qū)，這種材料轉(zhuǎn)移是導(dǎo)致過渡區(qū)產(chǎn)生折疊缺陷的本質(zhì)原因。而且，隨著材料橫向轉(zhuǎn)移量的增加，折疊的嚴(yán)重程度呈線性關(guān)系增加。另外，張大偉等在Journal of Materials Processing Technology，2010年，第210卷，2期，258–266頁上發(fā)表的Analysis of local loading forming for titanium-alloyT-shaped components using slab method論文中研究了筋板構(gòu)件在局部加載過程中的材料流動和充填情況，發(fā)現(xiàn)如果在上模行程完成前筋型腔若已充填完畢，當(dāng)上模繼續(xù)壓下，型腔無法容納繼續(xù)充填的金屬，這樣將迫使充填型腔的金屬沿腹板向外流動，造成大量金屬沿一個方向快速移動，容易導(dǎo)致相鄰已成形筋條產(chǎn)生折疊、穿筋、流線紊亂等缺陷，并造成鍛造載荷急劇上升，減少模具使用壽命。相反地，如果在局部加載成形結(jié)束后，若筋型腔未充滿，則會使筋高達(dá)不到要求。由于這些缺陷的控制難度較大，嚴(yán)重制約了等溫局部加載這種先進(jìn)成形工藝的發(fā)展與應(yīng)用。上述論文雖然從成形工藝上分析了材料流動和成形缺陷的原因，并根據(jù)摩擦、壓下量等工藝參數(shù)提出了一定的缺陷改進(jìn)方法，但其未考慮預(yù)制坯形狀對成形缺陷的影響。對于形狀復(fù)雜的筋板件，即使采用優(yōu)化的工藝參數(shù)，過渡區(qū)的宏觀缺陷未必能完全消除，所制造筋板件的成形質(zhì)量仍可能存在一定問題。