[发明专利]一种大型复杂薄壁钛合金构件热成形起皱预测及控制方法

说明书

本发明公开了一种大型复杂薄壁钛合金构件热成形起皱预测及控制方法，属于金属板的基本无切削处理领域，本发明包括步骤一、建立钛合金薄壁构件热压成形起皱预测理论；步骤二、预测板料成形过程可能发生起皱的区域；步骤三、建立钣金零件热成形的有限元仿真模型；步骤四、确定起皱区域及起皱原因；步骤五、优化原始板料形状以及模具结构，再进行模拟仿真分析；步骤六、重复步骤三、四、五，待模拟仿真结果达到产品技术要求后，进行实际钣金零件热成形生产；步骤七、针对实际生产结果进一步优化，再次生产；利用本发明方法能够对大型复杂薄壁热成形钛合金构件起皱进行预测及控制，减少废品率，提高生产效率，降低生产成本。

技术领域

本发明属于金属板或管、棒或型材的基本无切削加工或处理领域，是一种金属板材热校形工艺，具体是一种大型复杂薄壁钛合金构件热成形起皱预测及控制方法。

背景技术

钛合金具有比强度高，耐高温，耐腐蚀等优异性能，因此被广泛应用于航空航天领域。但是，由于钛合金在常温状态下塑性差，变形抗力大，板材冷成形难；因此热压成形是用于制造钛合金钣金零件最常用的工艺方法，尤其能制造大型高精度，结构复杂的钣金零件。

然而，在钣金零件热压成形过程中，当材料在凸模作用下发生变形，部分材料发生径向补料，部分区域将受到径向的压应力，此时如果模具对板料的压力不能有效地抑制压应力引起的位移时，板料就会发生起皱。

虽然许多研究人员对起皱进行了分析并建立了起皱失稳力学模型，但是起皱的预测与控制依然是薄壁构件成形的一大难题，尤其是在钛合金板材热成形过程中，材料的强度受材料的应变速率和温度等因素显著影响，使得钛合金复杂薄壁件的起皱现象更难预测和控制。

发明内容

本发明公开了一种大型复杂薄壁钛合金构件热成形起皱预测及控制方法，本发明通过建立钛合金薄壁构件热压成形起皱预测理论，并基于该理论建立仿真模型，为前期的实际生产进行指导和优化提供依据，进而对大型复杂薄壁热成形钛合金构件起皱进行预测及控制，解决了现有技术中存在的问题。

本发明是这样实现的：

步骤一、建立钛合金薄壁构件热压成形起皱预测理论；

步骤二、获取材料力学参数，结合起皱预测理论获得毛坯板料发生起皱的临界屈曲应力函数，根据实际板料成形过程，预测板料成形过程可能发生起皱的区域；

步骤三、基于上述材料参数模型及板料模具数模，建立钣金零件热成形的有限元仿真模型；

步骤四、将理论预测区域与模拟成形后的钣金件的起皱区域进行对比，确定起皱区域及起皱原因；

步骤五、基于材料的转移特性，优化原始板料形状以及模具结构，再进行模拟仿真分析；

步骤六、重复步骤三、四、五，待模拟仿真结果达到产品技术要求后，进行实际钣金零件热成形生产；

步骤七、针对实际生产结果进一步优化原始板料形状以及模具结构，再次生产。

进一步，所述的步骤一具体为：

1.1，设定板材在一个方向上受到平面内的压缩应力，在另一个方向上受到平面内的拉伸应力和普通约束力作用下的压边力p，对于屈曲板材和完好板材，加载是通过单调且成比例增加的边界位移u_x进行的，拉伸方向应力σ_z与x方向上的压应力σ_x成比例，即σ_z/σ_x＝α，其中应力比α假设为常数；假定在忽略剪应力的情况下，即σ₃/σ₁＝σ_z/σ_x＝α，因此用主应力和应变来描述下面的应力状态；假设在张力的作用下，屈曲板和平板在第三个方向上有相同的应变增量Δε₃；