[發(fā)明專(zhuān)利]高筋薄壁構(gòu)件空間包絡(luò)成形精度預(yù)測(cè)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110401540.0
• 申請(qǐng)日: 2021-04-14
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113076598B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-06-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 韓星會(huì);華林;莊武豪
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 武漢理工大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G06F30/15
• 分類(lèi)號(hào): G06F30/15;G06F30/23;G06F113/22;G06F113/24;G06F113/28;G06F119/08
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專(zhuān)利代理有限公司 42102
• 代理人: 朱宏偉

本發(fā)明涉及一種高筋薄壁構(gòu)件空間包絡(luò)成形精度預(yù)測(cè)方法，包括以下步驟：S1、建立高筋薄壁構(gòu)件空間包絡(luò)成形精度有限元預(yù)測(cè)模型；S2、確定高筋薄壁構(gòu)件空間包絡(luò)成形形狀偏差；S3、確定高筋薄壁構(gòu)件空間包絡(luò)成形尺寸偏差；S4、確定高筋薄壁構(gòu)件空間包絡(luò)成形幾何偏差。本發(fā)明中所提出的高筋薄壁構(gòu)件空間包絡(luò)成形精度預(yù)測(cè)方法能夠精確預(yù)測(cè)熱力耦合、多變形區(qū)協(xié)調(diào)下的高筋薄壁構(gòu)件空間包絡(luò)成形精度，為實(shí)現(xiàn)高筋薄壁構(gòu)件的精密成形奠定基礎(chǔ)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及高筋薄壁構(gòu)件成形制造技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說(shuō)，涉及一種高筋薄壁構(gòu)件空間包絡(luò)成形精度預(yù)測(cè)方法。

背景技術(shù)

為了提高航空航天裝備的輕量化水平，在航空航天裝備中廣泛采一種薄壁板上分布多條縱橫高筋的高筋薄壁構(gòu)件，例如火箭艙體、燃料儲(chǔ)箱、飛機(jī)機(jī)翼等均為高筋薄壁構(gòu)件。高筋薄壁構(gòu)件具有壁板面積大、厚度薄、筋條高且窄等幾何特征，顯著增大了該類(lèi)構(gòu)件的成形制造難度。目前高筋薄壁構(gòu)件主要采用銑削、焊接、鉚接等工藝制造，不僅制造效率低、成本高，而且難以獲得高性能高筋薄壁構(gòu)件。空間包絡(luò)成形工藝是通過(guò)包絡(luò)模的空間包絡(luò)運(yùn)動(dòng)和凹模的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)對(duì)構(gòu)件進(jìn)行連續(xù)局部包絡(luò)輾壓變形，從而實(shí)現(xiàn)復(fù)雜構(gòu)件整體塑性成形的先進(jìn)制造工藝。該工藝能夠顯著降低成形載荷和提高金屬填充能力，特別適用于成形高筋薄壁構(gòu)件。

在高筋薄壁構(gòu)件空間包絡(luò)成形過(guò)程中，包絡(luò)模對(duì)構(gòu)件進(jìn)行連續(xù)多道次局部輾壓，該過(guò)程是一個(gè)熱力耦合、多變形區(qū)協(xié)調(diào)的非對(duì)稱(chēng)、非穩(wěn)態(tài)、非線(xiàn)性、時(shí)變、三維復(fù)雜不均勻變形過(guò)程。在復(fù)雜不均勻變形條件下，包絡(luò)模具的彈性變形和熱膨脹變形、鍛件脫模后回彈變形和冷卻收縮變形均十分不均勻，使得高筋薄壁構(gòu)件空間包絡(luò)成形精度預(yù)測(cè)十分困難。為了實(shí)現(xiàn)高筋薄壁構(gòu)件高性能、高精度、低成本制造，亟待建立高筋薄壁構(gòu)件空間包絡(luò)成形精度預(yù)測(cè)方法。目前尚無(wú)關(guān)于高筋薄壁構(gòu)件空間包絡(luò)成形精度預(yù)測(cè)方法的相關(guān)報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于，提供一種高筋薄壁構(gòu)件空間包絡(luò)成形精度預(yù)測(cè)方法。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：構(gòu)造一種高筋薄壁構(gòu)件空間包絡(luò)成形精度預(yù)測(cè)方法，包括以下步驟：

S1、建立高筋薄壁構(gòu)件空間包絡(luò)成形精度有限元預(yù)測(cè)模型；

S2、確定高筋薄壁構(gòu)件空間包絡(luò)成形形狀偏差；

S3、確定高筋薄壁構(gòu)件空間包絡(luò)成形尺寸偏差；

S4、確定高筋薄壁構(gòu)件空間包絡(luò)成形幾何偏差。

上述方案中，所述步驟S1包括以下步驟：

S11、建立高筋薄壁構(gòu)件空間包絡(luò)成形幾何模型：以高筋薄壁構(gòu)件底板上表面中心O為坐標(biāo)原點(diǎn)，底板上表面法線(xiàn)為z軸，過(guò)點(diǎn)O且平行于一條高筋的直線(xiàn)為x軸，建立高筋薄壁構(gòu)件坐標(biāo)系Oxyz；在坐標(biāo)系Oxyz中，以點(diǎn)O為基準(zhǔn)，將高筋薄壁構(gòu)件等比例放大(T₀-20)×g倍，獲得高筋薄壁構(gòu)件熱鍛件，其中g(shù)為高筋薄壁構(gòu)件材料熱膨脹系數(shù)，T₀為高筋薄壁構(gòu)件熱鍛件溫度；將熱鍛件高筋型面點(diǎn)集F(x,y,z)按向量進(jìn)行偏移，向量由方程(1)計(jì)算所得；以偏移后的點(diǎn)集為基準(zhǔn)，構(gòu)建高筋薄壁構(gòu)件空間包絡(luò)成形包絡(luò)模；用于成形熱鍛件外型面的凹模型腔尺寸與熱鍛件外型面尺寸一致；用于高筋薄壁構(gòu)件空間包絡(luò)成形的坯料為板坯，板坯的截面形狀與熱鍛件底板截面形狀一致，將板坯置入凹模型腔后，板坯整個(gè)周向型面與凹模型腔發(fā)生全周接觸；

其中，δ為包絡(luò)模圓錐角；

S12、建立模具與板坯預(yù)熱變形有限元模型：在步驟S11所設(shè)計(jì)的幾何模型基礎(chǔ)上，賦予包絡(luò)模、凹模和板坯相應(yīng)的熱膨脹材料參數(shù)和預(yù)熱溫度參數(shù)；將包絡(luò)模和凹模設(shè)置為彈性體，板坯設(shè)置為彈塑性體；選定包絡(luò)模錐頂點(diǎn)、凹模型腔底面中心和板坯底面中心為預(yù)熱變形基準(zhǔn)點(diǎn)，在預(yù)熱變形基準(zhǔn)點(diǎn)上設(shè)置3個(gè)平動(dòng)自由度約束和3個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度約束，確保預(yù)熱變形基準(zhǔn)點(diǎn)不發(fā)生空間平動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)；以預(yù)熱變形基準(zhǔn)點(diǎn)為參考，通過(guò)有限元模擬計(jì)算預(yù)熱變形所致包絡(luò)模、凹模和板坯的節(jié)點(diǎn)位移量；