[发明专利]高筋薄壁构件空间包络成形精度预测方法

说明书

本发明涉及一种高筋薄壁构件空间包络成形精度预测方法，包括以下步骤：S1、建立高筋薄壁构件空间包络成形精度有限元预测模型；S2、确定高筋薄壁构件空间包络成形形状偏差；S3、确定高筋薄壁构件空间包络成形尺寸偏差；S4、确定高筋薄壁构件空间包络成形几何偏差。本发明中所提出的高筋薄壁构件空间包络成形精度预测方法能够精确预测热力耦合、多变形区协调下的高筋薄壁构件空间包络成形精度，为实现高筋薄壁构件的精密成形奠定基础。

技术领域

本发明涉及高筋薄壁构件成形制造技术领域，更具体地说，涉及一种高筋薄壁构件空间包络成形精度预测方法。

背景技术

为了提高航空航天装备的轻量化水平，在航空航天装备中广泛采一种薄壁板上分布多条纵横高筋的高筋薄壁构件，例如火箭舱体、燃料储箱、飞机机翼等均为高筋薄壁构件。高筋薄壁构件具有壁板面积大、厚度薄、筋条高且窄等几何特征，显著增大了该类构件的成形制造难度。目前高筋薄壁构件主要采用铣削、焊接、铆接等工艺制造，不仅制造效率低、成本高，而且难以获得高性能高筋薄壁构件。空间包络成形工艺是通过包络模的空间包络运动和凹模的进给运动对构件进行连续局部包络辗压变形，从而实现复杂构件整体塑性成形的先进制造工艺。该工艺能够显著降低成形载荷和提高金属填充能力，特别适用于成形高筋薄壁构件。

在高筋薄壁构件空间包络成形过程中，包络模对构件进行连续多道次局部辗压，该过程是一个热力耦合、多变形区协调的非对称、非稳态、非线性、时变、三维复杂不均匀变形过程。在复杂不均匀变形条件下，包络模具的弹性变形和热膨胀变形、锻件脱模后回弹变形和冷却收缩变形均十分不均匀，使得高筋薄壁构件空间包络成形精度预测十分困难。为了实现高筋薄壁构件高性能、高精度、低成本制造，亟待建立高筋薄壁构件空间包络成形精度预测方法。目前尚无关于高筋薄壁构件空间包络成形精度预测方法的相关报道。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种高筋薄壁构件空间包络成形精度预测方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种高筋薄壁构件空间包络成形精度预测方法，包括以下步骤：

S1、建立高筋薄壁构件空间包络成形精度有限元预测模型；

S2、确定高筋薄壁构件空间包络成形形状偏差；

S3、确定高筋薄壁构件空间包络成形尺寸偏差；

S4、确定高筋薄壁构件空间包络成形几何偏差。

上述方案中，所述步骤S1包括以下步骤：

S11、建立高筋薄壁构件空间包络成形几何模型：以高筋薄壁构件底板上表面中心O为坐标原点，底板上表面法线为z轴，过点O且平行于一条高筋的直线为x轴，建立高筋薄壁构件坐标系Oxyz；在坐标系Oxyz中，以点O为基准，将高筋薄壁构件等比例放大(T₀-20)×g倍，获得高筋薄壁构件热锻件，其中g为高筋薄壁构件材料热膨胀系数，T₀为高筋薄壁构件热锻件温度；将热锻件高筋型面点集F(x,y,z)按向量进行偏移，向量由方程(1)计算所得；以偏移后的点集为基准，构建高筋薄壁构件空间包络成形包络模；用于成形热锻件外型面的凹模型腔尺寸与热锻件外型面尺寸一致；用于高筋薄壁构件空间包络成形的坯料为板坯，板坯的截面形状与热锻件底板截面形状一致，将板坯置入凹模型腔后，板坯整个周向型面与凹模型腔发生全周接触；

其中，δ为包络模圆锥角；

S12、建立模具与板坯预热变形有限元模型：在步骤S11所设计的几何模型基础上，赋予包络模、凹模和板坯相应的热膨胀材料参数和预热温度参数；将包络模和凹模设置为弹性体，板坯设置为弹塑性体；选定包络模锥顶点、凹模型腔底面中心和板坯底面中心为预热变形基准点，在预热变形基准点上设置3个平动自由度约束和3个转动自由度约束，确保预热变形基准点不发生空间平动和转动；以预热变形基准点为参考，通过有限元模拟计算预热变形所致包络模、凹模和板坯的节点位移量；