[發明專利]一種異形構筑坯料的設計方法

有效

• 申請號: 201910003085.1
• 申請日: 2019-01-02
• 公開（公告）號: CN109807269B
• 公開（公告）日: 2020-06-23
• 發明（設計）人: 李雅平;燕春光;徐海濤;王明政;楊紅義
• 申請（專利權）人: 中國原子能科學研究院
• 主分類號: B21J1/00
• 分類號: B21J1/00;B21J5/08;G06F30/23;G06F30/17
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本發明涉及一種異形構筑坯料的設計方法，采用有限元模擬對沙漏形坯料的外形進行設計，包括：(1)從初始狀態開始，計算坯料的下壓過程，把坯料壓至一定變形量，然后切除坯料側面由于下壓產生的鼓肚；(2)沿切面的縱向中心線取若干參考點，進行反向計算，求得切面所取各參考點在初始狀態時對應的位置，以這些參考點的初始位置作為坯料外形的設計依據；(3)對依據參考點的初始位置設計好的坯料外形進行建模計算，驗證在相同壓下量時的鼓肚情況；(4)根據初次建模計算的鼓肚情況，對坯料外形設計尺寸進行修正，使坯料外形在變形至相同壓下量時，不會產生明顯鼓肚現象。該方法可有效避免坯料鍛造過程中可能產生的失穩、折疊、開裂等缺陷。

技術領域

本發明涉及金屬材料的制造技術，具體涉及一種異形構筑坯料的設計方法。

背景技術

在制備大型金屬材料或復合金屬材料時，現有方法提出以鑄坯、鍛坯、軋坯為基元，通過表面加工和清潔后，將多個基元封裝在一起，并使界面內部保持高真空狀態，然后施加以鐓粗變形、鍛間保溫、多向鍛造為特點的鍛焊工藝，最終制備大型金屬器件。在這些方法中，預制坯的形狀為長方體形狀或圓柱體形狀，在構筑過程中，長方體形狀或圓柱體形狀的坯料在最大鼓肚位置(坯料側面中心位置)焊縫容易開裂。這是因為最大鼓肚位置(坯料側面中心位置)的應力會隨變形量的增加，壓應力不斷減小，最終變為0，如果繼續變形該位置的應力將轉化為拉應力。表面的應力狀態是受鼓肚程度控制的。鼓肚越嚴重，表面拉應力越大。表面拉應力大于焊縫強度時，就會造成焊縫開裂。

異形構筑坯具有其自身優勢，中國專利申請201710837992.7公開了一種異形金屬構筑成形方法，通過將預制坯制成沙漏形模塊，然后對沙漏形模塊加熱后實施沿高度方向的鐓粗變形和鍛間保溫，將預制坯鍛焊成毛坯，最后可將毛坯加工成部件或零件。沙漏形的構筑坯料可以使鐓粗過程的變形集中于界面位置，且避免了表面拉應力的產生，使坯料均勻地受到較大壓應力，明顯改善坯料表面的拉應力狀態。可見，異形構筑坯具有界面位置面積小，變形集中，所需壓力較小，對設備要求低的特點，在較小的壓力下，即可實現構筑坯料的界面結合。但由于異形構筑坯的外形是一種異形結構，與傳統坯料外形差異很大，如果坯料外形設計不當會導致局部應力集中，鍛造過程中產生失穩、折疊等問題，或在鍛造中出現裂紋，因此，必須研究一種準確性和可靠性高的異形構筑坯料外形的設計方法。

發明內容

本發明的目的是針對異形構筑坯料的外形特點，提供一種異形構筑坯料的設計方法，從而有效避免坯料在鐓粗過程中的鼓肚變形，防止開裂。

本發明的技術方案如下：一種異形構筑坯料的設計方法，采用有限元模擬的方法對沙漏形坯料的外形進行設計，包括如下步驟：

(1)從初始狀態開始，計算初始坯料的下壓過程，把初始坯料壓至一定變形量，然后切除變形后坯料側面由于下壓產生的鼓肚；

(2)沿切面的縱向中心線取若干參考點，進行反向計算，求得切面所取各參考點在初始狀態時對應的位置，以這些參考點的初始位置作為沙漏形坯料外形的設計依據；

(3)對依據參考點的初始位置設計好的沙漏形坯料外形進行建模計算，驗證在與步驟(1)相同壓下量時的鼓肚情況；

(4)根據初次建模計算的鼓肚情況，對沙漏形坯料外形設計尺寸進行修正，使沙漏形坯料外形在變形至相同壓下量時，不會產生明顯鼓肚現象，從而確定沙漏形坯料最終的外形尺寸。

進一步，如上所述的異形構筑坯料的設計方法，其中，步驟(1)中所述初始坯料初始狀態時為方形坯料或圓柱形坯料或六棱柱形坯料或八棱柱形坯料。

進一步，如上所述的異形構筑坯料的設計方法，其中，步驟(1)中初始坯料的所述變形量為20％-35％。

進一步，如上所述的異形構筑坯料的設計方法，其中，步驟(2)中進行沙漏形坯料外形設計時，以所述參考點的初始位置為基準，將坯料的側面進行對稱設計，形成沙漏形坯料。