[发明专利]薄壁多层高筋构件空间包络金属流动与高筋生长预测方法

权利要求书

1.一种薄壁多层高筋构件空间包络金属流动与高筋生长预测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将薄壁多层高筋构件分解成多个区，Ⅰ区为内层高筋以内的薄底板区，Ⅱ区为内层高筋区，Ⅲ区为内层高筋和外层高筋之间的薄底板区，Ⅳ区为外层高筋区；以汇流面为界限，将Ⅱ区分为Ⅱ_A内层区和Ⅱ_B外层区，以分流面为界限，将Ⅲ区分为Ⅲ_A内环区和Ⅲ_B外环区；

S2、将Ⅱ_B区抽象为转角挤压模型，采用变形功法推导Ⅱ_B区与Ⅲ区界面上的水平挤压力q_n，获得q_n求解方程(1)；将Ⅳ区抽象为转角挤压模型，采用变形功法推导Ⅳ区与Ⅲ区界面上的水平挤压力q_w，获得q_w求解方程(2)；

其中H为包络成形任意瞬时的薄底板厚度，r₂为内层高筋外表面半径，b_w为外层高筋厚度，r_p为包络成形任意瞬时Ⅱ区分流面半径，K为材料屈服强度，m为剪切摩擦系数；

S3、将Ⅲ区抽象为内圆柱面和外圆柱面承受径向约束载荷的圆环镦粗模型，内圆柱面径向约束载荷为步骤S2所求得q_n，外圆柱面径向约束载荷为步骤S2所求得q_w；采用主应力法对内环区Ⅲ_A和外环区Ⅲ_B进行径向应力分析，求得Ⅲ_A区径向应力σ_{r_n}分布方程(3)和Ⅲ_B区径向应力σ_{r_w}分布方程(4)；

其中x为Ⅲ区任意位置到构件轴线的径向距离，r₃为外层高筋内表面半径，r_g为包络成形任意瞬时Ⅲ区分流面半径；

S4、根据内层高筋汇流面两侧Ⅱ_A区和Ⅱ_B区中金属在包络成形任意瞬时必须保持高度相等的条件，建立分流面和汇流面关系方程(5)；

其中r₁为内层高筋内表面半径；

S5、根据分流面r_g处左右两侧径向力大小相等的应力平衡条件，即同时满足步骤S4所建立的分流面和汇流面关系方程(5)，求解薄壁多层高筋构件空间包络成形过程中薄底板厚度为H时分流面位置r_g(H)；

S6、将步骤S5求得r_g(H)带入方程(6)，求得包络成形薄壁多层高筋构件内层高筋高度；将步骤S6求得r_g带入方程(7)，求得包络成形薄壁多层高筋构件外层高筋高度；

其中H₀是坯料初始厚度，H_t为薄底板最终厚度。

2.根据权利要求1所述的薄壁多层高筋构件空间包络金属流动与高筋生长预测方法，其特征在于，采用空间包络成形工艺制造薄壁多层高筋构件，其模具由包络凸模和凹模组成；薄壁多层高筋构件的薄底板底面和外层高筋外表面由凹模成形，其余型面由包络凸模成形，并且凹模必须位于下方，包络凸模位于上方；包络凸模为锥型模体，包络凸模绕自身轴线旋转的同时绕坯料轴线旋转，实现空间包络运动；凹模型腔由薄壁多层高筋构件的薄底板底面和外层高筋外表面决定，凹模沿轴向推动坯料向上运动；在凹模轴向运动和包络凸模空间包络运动作用下，坯料发生塑性变形，逐渐成形薄壁多层高筋构件。

3.根据权利要求2所述的薄壁多层高筋构件空间包络金属流动与高筋生长预测方法，其特征在于，用于薄壁多层高筋构件空间包络成形的坯料为具有均匀厚度的厚板，厚板轴截面形状与薄底板轴截面形状相同，坯料放置于凹模内，且坯料周向型面必须与凹模侧壁接触，坯料底面与凹模底面接触。

4.根据权利要求3所述的薄壁多层高筋构件空间包络金属流动与高筋生长预测方法，其特征在于，在薄壁多层高筋构件空间包络成形过程中，包络凸模与坯料的接触面积不得小于坯料上表面面积的75％。

5.根据权利要求1所述的薄壁多层高筋构件空间包络金属流动与高筋生长预测方法，其特征在于，包络凸模的锥角α不小于178°。