一种利用局部温差控制弯孔体积塑性成形畸变的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用局部温差控制弯孔体积塑性成形畸变的方法，在结合钻孔与塑性变形的弯曲孔加工方法的基础上，利用温度越高，材料变形抗力越低的特点，在具有直孔的坯料内部不同区域加热到相应预设温度范围，由此控制坯料塑性变形时内部材料的流动变形，从而减小弯曲内孔的畸变；所述控制方法如下：根据待加工的制件与弯曲孔的几何形状，利用三维造型软件建立具有直孔的坯料模型；利用数值模拟软件在内部具有温差的条件下对坯料进行塑性变形，使直孔成为所需要的弯曲孔形状；本发明专利技术的有益效果是：在结合钻孔与塑性变形的弯曲孔加工方法的基础上，本发明专利技术仅利用材料内部温度差达到减小弯孔体积塑性成形畸变程度的目的，简单易行、成本低廉。

A method of using local temperature difference to control the deformation of curved hole volume plastic forming

【技术实现步骤摘要】
一种利用局部温差控制弯孔体积塑性成形畸变的方法
本专利技术属于金属加工
，具体涉及一种利用局部温差控制弯孔体积塑性成形畸变的方法。
技术介绍
弯孔结构在诸多工业领域有着重要的应用价值。例如，注塑、压铸等成型的模具中，为了提高生产效率、控制产品质量，模块内通常设置有专门的冷却水道系统。为得到最佳效果，冷却水道应尽量沿着型腔的形状进行布置，即采用具有弯曲孔形的所谓“随形冷却”方式。此外，在一些液压元件的油路中，为减少阻力也希望避免90°的直转角。这些情况都涉及到了弯曲孔的加工，但采用传统切削加工的钻孔工艺无法实现弯孔的整体加工。迄今为止，已经提出的弯孔加工方法主要有：电火花加工、3D打印、电解加工、铸造、激光加工以及电子束加工等。但这些弯曲孔加工方法存在很多局限，具体如下：1.实现的弯孔形状极其有限；2.加工的装置复杂，提高了加工的成本；3.存在着加工精度差的问题。申请号为201810382686.3的专利，提出了一种结合钻孔与塑性变形的弯孔加工方法，其原理是：塑性成形可以改变坯料的外形并使材料内部产生流动变形，因此可以结合塑性变形与钻孔的工艺，通过塑性成形方法使利用钻孔得到的材料内部直孔产生变形，改变直孔的走向，从而得到弯曲孔的形状。这种方法利用传统的钻孔与塑性变形工艺方法，可以得到多种类型的弯曲内孔结构，但在该方法中，内孔塑性变形过程时附近的材料受到压应力而趋向于往孔内方向流动，可能造成内孔截面严重的畸变。为减小直孔截面畸变，该专利提出，在带直孔坯料进行塑性成形之前，在孔内增加填充物并将端部密封，塑性变形后再将填充物从坯料的孔内取出。但坯料变形方式属于体积成形，内孔附近材料受到较大静水应力，增加普通填充物后内孔畸变改善并不显著，且成形结束后需要妥善取出填充材料。综上，基于结合钻孔与塑性变形的弯曲孔加工方法，存在着有效控制内孔畸变的问题，需要进一步研究弯孔体积塑性成形过程控制方法。为了控制坯料塑性变形时内部材料的流动变形，减小弯曲内孔的畸变，为此我们提出一种利用局部温差控制弯孔体积塑性成形畸变的方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种利用局部温差控制弯孔体积塑性成形畸变的方法，以解决上述
技术介绍
中提出的基于结合钻孔与塑性变形的弯曲孔加工方法，存在着有效控制内孔畸变的问题，需要进一步研究弯孔体积塑性成形过程控制方法。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种利用局部温差控制弯孔体积塑性成形畸变的方法，在结合钻孔与塑性变形的弯曲孔加工方法的基础上，利用温度越高，材料变形抗力越低的特点，在具有直孔的坯料内部不同区域加热到相应预设温度范围，由此控制坯料塑性变形时内部材料的流动变形，从而减小弯曲内孔的畸变；所述控制方法如下：步骤一：根据待加工的制件与弯曲孔的几何形状，利用三维造型软件建立具有直孔的坯料模型；步骤二：利用数值模拟软件在室温条件下对坯料进行塑性变形，使直孔成为所需要的弯曲孔形状；步骤三：根据弯曲孔截面畸变情况，将原始坯料划分为多个区域并加热到不同的预设温度范围；将每个区域视作一个影响因素，设置四个预设温度范围并作为相应的四个水平数，设计正交试验表；步骤四：利用数值模拟软件在步骤三温度条件下对坯料进行塑性变形，使直孔成为所需要的弯曲孔形状；步骤五：对比步骤二与步骤四得到的弯曲内孔最大畸变处的椭圆度，若步骤四所得结果的椭圆度小于步骤二所得结果的椭圆度，则说明利用材料内部温度差减小弯孔体积塑性成形畸变程度的方法可行；同时，根据步骤四得到的最小椭圆度值获得减小弯曲内孔畸变程度的最优温度差方案组合；若步骤四所得结果的椭圆度大于步骤二所得结果的椭圆度，则在材料锻造温度范围内改变四个预设温度范围，重复步骤三、四，直至小于步骤二所得结果的椭圆度；根据步骤四得到的最小椭圆度值获得减小弯曲内孔畸变程度的最优温度差方案组合。作为本专利技术的一种优选的技术方案，所述步骤一中，三维造型软件为Maya、3dsmax、Rhino、PRO/E中的一种或几种。作为本专利技术的一种优选的技术方案，所述步骤二中，数值模拟软件包括Simufact、DEFOPM-3D、ABAQUS。作为本专利技术的一种优选的技术方案，所述步骤三中，实现原始坯料分区域加热到相应预设温度范围的方式是：利用加热器在待加热区域表面施加热流密度进行加热，同时，在待加热区域表面安置温度传感器，用于采集相应区域表面的当前温度值，根据材料特性结合表面温度值及热传输原理计算相应区域的温度分布，通过控制加热时间实现原始坯料分区域加热到相应预设温度范围的目的。作为本专利技术的一种优选的技术方案，所述步骤三中，实现原始坯料分区域加热到相应预设温度范围的方式还可以是：预设区域目标温度范围T1-T2，在数值模拟软件ABAQUS中，设定待加热区域表面热流密度值QL，输入材料导热系数γ，区域初始温度T0，预设一个分析步时间τ，即加热时间为τ，模拟得到的区域温度范围为T3-T4，若T4<T1，说明加热时间τ不够，则增加τ；若T3<T1，且T4>T2，说明热流密度值QL太小，则增大QL；若T3>T1，且T4>T2，说明热流密度值QL太大，则减小QL；若T3>T2，说明加热时间太长，则减小τ；由此根据模拟结果得到的相应区域温度场反复调节热流密度值QL及加热时间τ，直至达到区域目标温度，即T3≥T1，且T4≤T2。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：在结合钻孔与塑性变形的弯曲孔加工方法的基础上，本专利技术仅利用材料内部温度差达到减小弯孔体积塑性成形畸变程度的目的，简单易行、成本低廉。附图说明图1为本专利技术的根据热传输原理实现区域加热到目标温度方法的流程图；图2为本专利技术的根据ABAQUS模拟反复试错实现区域加热到目标温度方法的流程图；图3为本专利技术的S形坯料内部区域划分示意图；图4为本专利技术的室温下的S形坯料压制模型剖面图；图5为本专利技术的室温下的S形坯料压制结果剖面图；图6为本专利技术内部具有温度差的S形坯料压制模型剖面图；图7为本专利技术内部具有温度差的S形坯料压制结果剖面图；图8为本专利技术的正交表4号试验结果剖面图；图9为本专利技术的正交表8号试验结果剖面图；图10为本专利技术的正交表15号试验结果剖面图；图11为本专利技术的新增试验结果剖面图；图12为本专利技术的控制方法流程图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。请参阅图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9、图10、图11和图12，本专利技术提供一种技术方案：一种利用局部温差控制弯孔体积塑性成形畸变的方法，在结合钻孔与塑性变形的弯曲孔加工方法的基础上，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用局部温差控制弯孔体积塑性成形畸变的方法，其特征在于：在结合钻孔与塑性变形的弯曲孔加工方法的基础上，利用温度越高，材料变形抗力越低的特点，在具有直孔的坯料内部不同区域加热到相应预设温度范围，由此控制坯料塑性变形时内部材料的流动变形，从而减小弯曲内孔的畸变；所述控制方法如下：/n步骤一：根据待加工的制件与弯曲孔的几何形状，利用三维造型软件建立具有直孔的坯料模型；/n步骤二：利用数值模拟软件在室温条件下对坯料进行塑性变形，使直孔成为所需要的弯曲孔形状；/n步骤三：根据弯曲孔截面畸变情况，将原始坯料划分为多个区域并加热到不同的预设温度范围；将每个区域视作一个影响因素，设置四个预设温度范围并作为相应的四个水平数，设计正交试验表；/n步骤四：利用数值模拟软件在步骤三温度条件下对坯料进行塑性变形，使直孔成为所需要的弯曲孔形状；/n步骤五：对比步骤二与步骤四得到的弯曲内孔最大畸变处的椭圆度，若步骤四所得结果的椭圆度小于步骤二所得结果的椭圆度，则说明利用材料内部温度差减小弯孔体积塑性成形畸变程度的方法可行；同时，根据步骤四得到的最小椭圆度值获得减小弯曲内孔畸变程度的最优温度差方案组合；若步骤四所得结果的椭圆度大于步骤二所得结果的椭圆度，则在材料锻造温度范围内改变四个预设温度范围，重复步骤三、四，直至小于步骤二所得结果的椭圆度；根据步骤四得到的最小椭圆度值获得减小弯曲内孔畸变程度的最优温度差方案组合。/n...

【技术特征摘要】
1.一种利用局部温差控制弯孔体积塑性成形畸变的方法，其特征在于：在结合钻孔与塑性变形的弯曲孔加工方法的基础上，利用温度越高，材料变形抗力越低的特点，在具有直孔的坯料内部不同区域加热到相应预设温度范围，由此控制坯料塑性变形时内部材料的流动变形，从而减小弯曲内孔的畸变；所述控制方法如下：
步骤一：根据待加工的制件与弯曲孔的几何形状，利用三维造型软件建立具有直孔的坯料模型；
步骤二：利用数值模拟软件在室温条件下对坯料进行塑性变形，使直孔成为所需要的弯曲孔形状；
步骤三：根据弯曲孔截面畸变情况，将原始坯料划分为多个区域并加热到不同的预设温度范围；将每个区域视作一个影响因素，设置四个预设温度范围并作为相应的四个水平数，设计正交试验表；
步骤四：利用数值模拟软件在步骤三温度条件下对坯料进行塑性变形，使直孔成为所需要的弯曲孔形状；
步骤五：对比步骤二与步骤四得到的弯曲内孔最大畸变处的椭圆度，若步骤四所得结果的椭圆度小于步骤二所得结果的椭圆度，则说明利用材料内部温度差减小弯孔体积塑性成形畸变程度的方法可行；同时，根据步骤四得到的最小椭圆度值获得减小弯曲内孔畸变程度的最优温度差方案组合；若步骤四所得结果的椭圆度大于步骤二所得结果的椭圆度，则在材料锻造温度范围内改变四个预设温度范围，重复步骤三、四，直至小于步骤二所得结果的椭圆度；根据步骤四得到的最小椭圆度值获得减小弯曲内孔畸变程度的最优温度差方案组合。


2.根据权利要求1所述的一种利用局部温差控制弯孔体积塑性成形畸变的方法，其特征在于：所述步骤一中，三维造型软件为Maya、3dsmax、Rhi...

【专利技术属性】
技术研发人员：周银，陈霞，温彤，刘克帆，洪意飞，游建豪，吴颖，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50