【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于锻造领域。
技术介绍
1、为了实现更快的飞行速度、更远的射程以及更低的能耗，航空航天飞行器越来越向着轻量化设计与整体化制造方向发展。轻量化设计促使零部件的结构越来越复杂，而整体化制造则增大了构件的尺寸，提高了加工制造难度。大尺寸变截面ω形件是一种航天器关键承力构件，其横截面主要由u形或v形的腹板以及腹板两侧的法兰构成，沿长度方向截面形状尺寸不断变化，构型较为复杂，直接机械加工成形会造成大量的材料与工时耗费，成本极高；复杂的深腔带法兰构型也使得普通的锻造成形难以控制缺陷的产生，且由于构件整体尺寸较大，大变形量锻造成形的载荷需求也难以满足。
技术实现思路
1、本专利技术要解决现有大尺寸变截面ω形件加工制造难度大、成本高的问题，进而提供大尺寸变截面ω形件的预制坯设计方法及锻造成形方法。
2、大尺寸变截面ω形件的预制坯设计方法，它是按以下步骤进行：
3、一、在三维建模软件中，沿ω形件长度方向的对称面d构建ω形件半模型；
4、所述的ω形件为大尺寸、左右对称的变截面ω形结构，且所述的ω形件由锻件腹板及锻件法兰构成，锻件腹板开口两侧设置锻件法兰，锻件腹板与锻件法兰连接处设置锻件圆角；设ω形件沿开口宽度方向的最大宽度为b1，ω形件中垂直长度方向的不同横截面的b1相同，且锻件法兰沿ω形件长度方向的侧表面f为平面，且侧表面f的上边缘位于同一直线k上；
5、所述的锻件腹板为u形和v形中的一种或两种组合，u形时锻件腹板中的直壁部分与对称面d平行
6、二、在三维建模软件中，在ω形件半模型上设置一平面e，平面e垂直于对称面d，平面e将ω形件半模型分为以锻件腹板为主的部分ⅰ和以锻件法兰为主的部分ⅱ，设平面e与直线k的垂直距离为be，设ω形件的锻件圆角最大半径为(r13)max，be:(r13)max＝(0.5～1):1，然后在平面e上绘制预制坯腹板纵截面轮廓；所述的预制坯腹板纵截面轮廓覆盖ω形件半模型在平面e上的截面轮廓；
7、设ω形件半模型在平面e上的截面轮廓厚度为t1e，设预制坯腹板纵截面轮廓的厚度为t2e，则相同位置下，t1e:t2e＝(0.6～1):1；设ω形件半模型在平面e上的截面轮廓厚度中心线到预制坯腹板纵截面轮廓厚度中心线的距离为h12，则相同位置下，h12:t1e＝(0～0.2):1；
8、三、在三维建模软件中，将预制坯腹板纵截面轮廓沿垂直于长度方向的方向进行单向拉伸凸台，得到预制坯腹板半模型；
9、设预制坯腹板半模型的宽度为b21，设预制坯腹板半模型垂直于长度方向的横截面积为s21，设ω形件半模型部分ⅰ垂直于长度方向的横截面积为sⅰ，则在垂直于长度方向的在垂直于长度方向的相同截面下，s21＝(1.1～1.4)sⅰ；
10、四、在三维建模软件中，在沿预制坯腹板半模型长度方向的边缘上方设置一平面g，在平面g上绘制预制坯法兰轮廓，将预制坯法兰轮廓沿垂直于长度方向且平行于平面e的方向进行拉伸凸台，直至预制坯法兰模型与预制坯腹板半模型的底面共面，然后针对v形部分的锻件腹板直壁部分与对称面d之间的夹角，对预制坯法兰模型与预制坯腹板半模型的共底面进行相应位置的切除，形成切口，得到预制坯腹板—法兰半模型；
11、设预制坯法兰模型垂直于长度方向的横截面积为s22；设ω形件半模型的对称面d到锻件圆角外边缘的距离为br，b21≥br；
12、五、在三维建模软件中，在预制坯法兰模型与预制坯腹板半模型之间增加预制坯圆角，得到预制坯半模型；
13、设所述的预制坯圆角半径为r23，r23>(r13)max；
14、设预制坯圆角垂直于长度方向的横截面积为s23，设预制坯半模型的宽度为b3，设ω形件半模型部分ⅱ垂直于长度方向的横截面积为sⅱ，则在垂直于长度方向的在垂直于长度方向的相同截面下，s22+s23＝(1.0～1.3)sⅱ；
15、设预制坯腹板半模型的厚度为t21，设ω形件半模型内壁的总弧长为设ω形件半模型外壁的总弧长为设ω形件的锻件圆角半径为r13，则在垂直于长度方向的在垂直于长度方向的相同截面下，当r13>t21时，当r13<t21时，
16、六、在三维建模软件中，对预制坯半模型以平面e为对称面进行镜像，得到预制坯模型，即完成大尺寸变截面ω形件预制坯的设计方法。
17、利用预制坯进行ω形件锻造成形的方法，它是按以下步骤进行：
18、根据预制坯模型制备预制坯，将预制坯开口向下放在下模上，然后将上模压下一步成形，即完成利用预制坯进行ω形件锻造成形的方法。
19、本专利技术的有益效果是：
20、本专利技术针对大尺寸变截面ω形件大塑性变形成形困难的问题，提出了平直腹板带法兰预制坯弯曲锻造成形工艺。在成形过程中，预制坯腹板仅发生弯曲变形和少量减薄，预制坯腹板两侧的预制坯法兰先弯曲，然后再产生较大的镦粗变形，这使得锻件的成形载荷大大降低；同时避免了常规大塑性变形成形时由于锻件形状的复杂性导致的法兰处难以聚料的问题，大大降低了成形难度。本专利技术给出了预制坯的具体设计方法，尤其涉及了关键尺寸的确定，确保了在弯曲锻造成形过程中不会出现由于弯曲不到位导致充填不满的情况。
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1.大尺寸变截面Ω形件的预制坯设计方法，其特征在于它是按以下步骤进行：
2.根据权利要求1所述的大尺寸变截面Ω形件的预制坯设计方法，其特征在于步骤一中设Ω形件的长度为L1，L1≥800mm。
3.根据权利要求1所述的大尺寸变截面Ω形件的预制坯设计方法，其特征在于步骤一中设Ω形件沿U形开口高度方向上的最大高度为(H1)max，B1:(H1)max＝(0.5～4):1。
4.根据权利要求1所述的大尺寸变截面Ω形件的预制坯设计方法，其特征在于步骤一中设锻件腹板的最小厚度为(T11)min，B1:(T11)min＝(5～25):1。
5.根据权利要求1所述的大尺寸变截面Ω形件的预制坯设计方法，其特征在于步骤四中设预制坯腹板—法兰半模型垂直于长度方向的横截面积为S2，则在垂直于长度方向的相同截面下，S2＝S21+S22；设预制坯腹板—法兰半模型的宽度为B2，设预制坯法兰模型的宽度为B22，则在垂直于长度方向的相同截面下，B2＝B21+B22。
6.根据权利要求5所述的大尺寸变截面Ω形件的预制坯设计方法，其特征在于步骤五中设预制坯半
7.根据权利要求1所述的大尺寸变截面Ω形件的预制坯设计方法，其特征在于步骤四中V形部分，设锻件腹板两边内壁与对称面D之间的夹角为θ1，设切口与预制坯腹板半模型的底面夹角为θ2，则同一截面下，θ2＝(0.7～1.3)θ1。
8.根据权利要求1所述的大尺寸变截面Ω形件的预制坯设计方法，其特征在于步骤四中设锻件法兰沿Ω形件长度方向的侧表面F与Ω形件对称面D的二面夹角为θFD，0°≤θFD≤60°，设平面G与平面E的二面夹角为θGE，θGE＝(90°-θFD)；设垂直于Ω形件半模型长度方向的横截面与Ω形件半模型部分Ⅱ中平面F的交线长度为BF，设预制坯法兰模型对应位置的横截面与预制坯法兰模型平面G的交线长度为BG，BG＝(1～2.5)BF。
9.根据权利要求1所述的大尺寸变截面Ω形件的预制坯设计方法，其特征在于步骤七中所述的预制坯为左右对称的变截面结构，所述的预制坯由预制坯腹板及预制坯法兰构成，所述的预制坯腹板的横截面为矩形，预制坯腹板两侧沿预制坯腹板厚度方向设置单向凸起的预制坯法兰，且预制坯腹板与预制坯法兰连接处设置预制坯圆角。
10.利用权利要求1设计的预制坯进行Ω形件锻造成形的方法，其特征在于它是按以下步骤进行：
...【技术特征摘要】
1.大尺寸变截面ω形件的预制坯设计方法，其特征在于它是按以下步骤进行：
2.根据权利要求1所述的大尺寸变截面ω形件的预制坯设计方法，其特征在于步骤一中设ω形件的长度为l1，l1≥800mm。
3.根据权利要求1所述的大尺寸变截面ω形件的预制坯设计方法，其特征在于步骤一中设ω形件沿u形开口高度方向上的最大高度为(h1)max，b1:(h1)max＝(0.5～4):1。
4.根据权利要求1所述的大尺寸变截面ω形件的预制坯设计方法，其特征在于步骤一中设锻件腹板的最小厚度为(t11)min，b1:(t11)min＝(5～25):1。
5.根据权利要求1所述的大尺寸变截面ω形件的预制坯设计方法，其特征在于步骤四中设预制坯腹板—法兰半模型垂直于长度方向的横截面积为s2，则在垂直于长度方向的相同截面下，s2＝s21+s22；设预制坯腹板—法兰半模型的宽度为b2，设预制坯法兰模型的宽度为b22，则在垂直于长度方向的相同截面下，b2＝b21+b22。
6.根据权利要求5所述的大尺寸变截面ω形件的预制坯设计方法，其特征在于步骤五中设预制坯半模型垂直于长度方向的横截面积为s3，设预制坯圆角垂直于长度方向的横截面积为s23，则在垂直于长度方向的相同截面下，s3＝s21+s22+s23；设预制坯半模...
【专利技术属性】
技术研发人员：宗影影，王琪伟，邵斌，万升祥，单德彬，郭斌，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：
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