[发明专利]一种提高薄壁高筋构件空间包络成形高筋成形极限的方法

说明书

本发明涉及一种提高薄壁高筋构件空间包络成形高筋成形极限的方法，在薄壁高筋构件腹板内外两侧设计多台阶飞边得到薄壁高筋锻件，多台阶飞边的拐角区数目通过以下方法确定：A、圆弧上均匀选取1‑N个点依次相连，以弦代弧得到N个不同的拐角区充填模型；B、确定不同拐角区模型下各个剪切面的剪切面面积B_i；C、利用速端图确定不同拐角区模型下各个剪切面的剪切速度V_i；D、利用上限定理计算不同的拐角区数目对应的多台阶飞边拐角区阻力；E、根据不同的拐角区数目对应的多台阶飞边拐角区阻力的计算结果确定多台阶飞边的最优选拐角区数目。本发明方法可以提高薄壁高筋构件空间包络成形高筋板成形极限，实现薄壁高筋构件空间包络近净成形。

技术领域

本发明涉及薄壁高筋构件制造方法，更具体地说，涉及一种提高薄壁高筋构件空间包络成形高筋成形极限的方法。

背景技术

薄壁高筋构件具有形状复杂、轴向体积分配不均匀的几何特征，其轻量化、承载能力强，是飞机等航空航天装备的关键承力构件，该类构件的制造加工是国际制造领域研究热点。对于此类构件，目前主要采用对预制坯直接机械加工的方法制造，不仅材料利用率低，生产效率低，成本高，而且不能制造高性能的薄壁高筋构件。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种提高薄壁高筋构件空间包络成形高筋成形极限的方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种提高薄壁高筋构件空间包络成形高筋成形极限的方法，所述薄壁高筋构件包括腹板和筋板，包括以下步骤：

通过空间包络成形上模和空间包络成形下模来成形薄壁高筋构件，空间包络成形上模为非对称锥体，其绕竖直轴线上固定点作回转摇摆运动，空间包络成形下模和空间包络成形上模沿竖直轴线靠近对空间包络成形下模内的坯料进行反复辗轧，且空间包络成形上模的任一母线与薄壁高筋构件对应位置的母线重合，并保证空间包络成形上模每回转一周都回到其初始位置；空间包络成形上模与坯料接触区面积小于下模与坯料接触区面积，薄壁高筋构件高筋部分由空间包络成形上模成形，与构件筋板相对的部分由空间包络成形下模成形腹板内外两侧设计环形多台阶飞边，空间包络成形上模和空间包络成形下模对应位置设有与薄壁高筋构件多台阶飞边相同尺寸的多台阶；空间包络成形前期，金属径向流动阻力较小，金属首先主要径向流动使薄壁高筋构件腹板减薄并形成多台阶飞边；当多台阶飞边完全形成时，金属轴向流动充填筋板；

多台阶飞边的拐角区数目通过以下方法确定：

A、圆弧上均匀选取1-N个点依次相连，以弦代弧得到N个不同的拐角区充填模型；

B、确定不同拐角区模型下各个剪切面的剪切面面积B_i；

C、利用速端图确定不同拐角区模型下各个剪切面的剪切速度V_i；

D、利用上限定理计算不同的拐角区数目对应的多台阶飞边拐角区阻力；

E、根据不同的拐角区数目对应的多台阶飞边拐角区阻力的计算结果确定多台阶飞边的最优选拐角区数目，多台阶飞边拐角区阻力最大值对应的拐角区数目即为最优选的拐角区数目。

上述方法中，多台阶飞边拐角区阻力P^*的计算公式如方程(1)所示：

式中，K为剪切屈服极限，f为摩擦因子，n为拐角区数目，h为飞边厚度，V_i为各个剪切面的剪切速度，i为剪切面的个数，n_min和n_max为该分段函数的两个临界值，i＝1，2，3……N。

上述方法中，N＝3，模型一若干个剪切面面积分别为s、模型二若干个剪切面面积分别为s、模型三剪切面面积为0。