一种改善多筋薄腹件终锻模槽充填一致性的坯料设计方法技术

本发明专利技术公开了一种改善多筋薄腹件终锻模槽充填一致性的坯料设计方法，即达到终锻模具模槽中各筋槽近乎同时充满的效果。首先，基于NX三维建模软件，对多筋薄腹构件终锻用的坯料进行建模，其中坯料的形状设计为简易的不等厚形式；其次，转换成STL格式文件并导入至Deform

【技术实现步骤摘要】
一种改善多筋薄腹件终锻模槽充填一致性的坯料设计方法
[0001][0002]

[0003]本专利技术涉及航空航天制造领域，尤其涉及一种改善多筋薄腹件终锻模具筋槽充填一致性的坯料设计方法。

技术介绍

[0004]多筋薄腹构件常用在航空航天领域中，以实现飞行器装备的高性能轻量化特征。但此类构件的结构比较复杂，如若采用一步成形，变形量较大，对设备吨位的要求比较高，金属流动较为剧烈，模具所受应力比较大，模具磨损严重，同时在筋的根部易出现折叠、穿流等缺陷，筋的端部易出现充填不满，充填高度不够等。即使采用了等温成形技术也难以直接从简单的坯料(如棒状、块状等)锻造成形获得满足尺寸精度高、组织性能优良的锻件。
[0005]目前，对于性能要求不高的大型多筋薄腹类构件，国内外企业多数采用铸造的方法进行加工；而对于性能要求较高的航空大型多筋薄腹类多筋构件，则通常采用的是锻造方式获得终成形锻件，但因为此类构件的筋宽、筋高及筋间距等尺寸大小不一致，可能使某根易充填的筋槽先充满，随着模具下压，此区域材料可能发生逆向流动，易导致构件充填不满、流线紊乱、成形载荷及模具受力过高等问题。因此，为改善多筋薄腹类构件终锻模槽的充填效果，其中各筋槽的充填一致性及相应坯料设计方法有待进一步研究。
[0006]本专利技术专利提出了一种改善多筋薄腹构件终锻模槽中各筋槽充填一致性的坯料设计方法。本专利技术专利可以克服当前多筋薄腹构件终锻成形过程中常见的充填不满、流线紊乱以及成形载荷过大等诸多缺陷，有效缓解了模锻过程中载荷激增的现象，并对类似复杂构件终锻成形坯料的设计提供参考。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于解决现有技术中存在的技术问题，提供一种改善多筋薄腹构件终锻模槽中各筋槽充填一致性的坯料设计方法。
[0008]为实现上述目的，本专利技术提供的技术方案是：一种改善多筋薄腹构件终锻模槽充填一致性的坯料设计方法，包含以下步骤：
[0009](1)分析构件的几何参数，设计终锻用的坯料形状参数；
[0010](2)进行参数化建模，基于NX三维软件对终锻模槽建模，依照等体积原则将坯料进行参数化设计，获得坯料关键尺寸的参数化几何模型；
[0011](3)确定几何模型，通过NX转化STL格式文件并导入Deform
‑
3D 有限元模拟软件；
[0012](4)设置有限元模拟的边界条件，利用Deform
‑
3D有限元模拟软件设置终锻成形的边界条件，包括终锻模具的结构尺寸、坯料与模具之间的摩擦因子、上模的下压速度及压下量、坯料和模具的工作温度；
[0013](5)以构件腹板中心位置划分区域，基于等体积原则计算出坯料在构件各区域投影下的厚度，以此设计出初始不等厚坯料；
[0014](6)基于Deform
‑
3D有限元模拟，对筋槽充填结果进行定量分析，获得不同筋槽的充填顺序，观察充填一致性的效果；
[0015](7)如果充填一致性效果满足各筋槽同时充满的要求，则此坯料为最佳；如若不满足要求，则根据各个筋槽充填的先后顺序及剩余压下量反馈修改坯料不同区域的厚度；
[0016](8)通过模拟验证所改进坯料的充填一致性效果，如若满足要求，则此坯料为最佳；如若不满足要求，则进一步按照步骤(7)反馈修改坯料，直至获得最佳的坯料；
[0017](9)采用实验验证有限元模拟结果。
[0018]优选的，通过等体积原则确定不等厚形式的坯料形状尺寸后，只改变不同区域厚度的尺寸参数，从而达到优化设计坯料的目的。
[0019]本专利技术有益效果：
[0020]本专利技术以多筋薄腹构件终锻模槽中各筋槽的充填一致性改善为目标，探究了不等厚结构形式的坯料在厚度方向尺寸与充填一致性关系，专利技术了一种高筋薄腹构件终锻成形的坯料优化方法，从而丰富航空航天领域用的大型复杂多筋薄腹类承力构件终锻成形工艺方法。使其趋于有效、可靠和合理。本专利技术可以克服目前终锻成形过程中常见的筋槽材料逆流、充填不满、流线紊乱及成形载荷过大等缺陷，同时提供类似复杂构件终锻成形工艺的参考。
附图说明
[0021]此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本专利技术的一部分，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0022]图1是本专利技术终锻多筋薄腹构件特征结构模具正向剖视图，模具结构及初始等厚坯料放置位置如图所示；
[0023]图2是本专利技术实例多筋薄腹构件特征结构坯料(等厚)各区域划分图；
[0024]图3是本专利技术终锻前最佳坯料形状图及放置位置示意图；
[0025]图4是本专利技术整体步骤流程框图。
具体实施方式
[0026]本部分将详细描述本专利技术的具体实施例，本专利技术之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本专利技术的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本专利技术保护范围的限制。
[0027]参照图1
‑
图4，本专利技术的优选实施例，一种改善多筋薄腹构件终锻模槽充填一致性的坯料设计方法，其特征在于：包含以下步骤：
[0028](1)分析多筋薄腹构件结构参数，设计终锻用的坯料形状参数；
[0029](2)进行参数化建模，基于NX三维软件对终锻模槽建模，依照等体积原则将坯料进行参数化设计，获得坯料关键尺寸的参数化几何模型；设计坯料结构形状尺寸，坯料采用简易的不等厚坯料形式，基于多筋薄腹构件不同筋条的分布情况，基于NX三维建模软件，以腹板中心位置划分坯料的区域，将这些区域与构件投影对应的区域设置为相等体积，并计算
出坯料上相应区域的厚度值，以此获得坯料几何造型。这里仅对坯料所划分区域的厚度进行修正，坯料的划分区域保持不变。
[0030](3)确定几何模型，通过NX转化STL格式文件并导入Deform
‑
3D 有限元模拟软件，创建有限元模型；
[0031](4)设置有限元模拟的边界条件，利用Deform
‑
3D有限元模拟软件设置终锻成形的边界条件，包括终锻模槽的结构尺寸、坯料与模具之间的摩擦因子、上模的下压速度及压下量、坯料和模具的工作温度；
[0032](5)以构件腹板中心位置划分区域，基于等体积原则计算出坯料在构件各区域投影下的厚度，以此设计出初始不等厚坯料；
[0033](6)基于Deform
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3D有限元模拟，对筋槽充填结果进行定量分析，获得不同筋槽的充填顺序，观察充填一致性的效果；
[0034](7)如果充填一致性效果满足各筋槽同时充满的要求，则此坯料为最佳；如若不满足要求，则根据各个筋槽充填的先后顺序及剩余压下量反馈修改坯料不同区域的厚度；
[0035](8)通过模拟验证所改进坯料的充填一致性效果，如若满足要求，则此坯料为最佳；如若不满足要求，则进一步按照步骤(7)反馈修改坯料，直至获得最佳的坯料；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改善多筋薄腹构件终锻模槽充填一致性的坯料设计方法，其特征在于：包含以下步骤：(1)分析多筋构件结构参数，设计终锻用的坯料结构形状；(2)进行参数化建模，基于NX三维软件对终锻模具建模，依照等体积原则将坯料进行参数化设计，其中坯料设计为简易的不等厚形式，并获得坯料关键尺寸的参数化几何模型；(3)确定几何模型，通过NX转化STL格式文件并导入Deform
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3D有限元模拟软件；(4)设置有限元模拟的边界条件，利用Deform
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3D有限元模拟软件设置终锻成形的边界条件，包括终锻模具的结构尺寸、坯料与模具之间的摩擦因子、上模的下压速度及压下量、坯料和模具的工作温度；(5)以多筋薄腹构件的腹板中心位置划分区域，基于等体积原则计算出坯料在该构件各区域投影下...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁潼，魏科，唐海兵，何国云，
申请(专利权)人：南昌航空大学，
类型：发明
国别省市：