[发明专利]薄壁构件空间包络成形翘曲变形预测方法

说明书

本发明涉及一种薄壁构件空间包络成形翘曲变形预测方法，该方法首先确定空间包络成形过程中包络模和坯料之间时变接触区的几何尺寸，在特定坐标系下，计算坯料接触区部分任意位置的应力，在此基础上计算坯料非接触区部分任意位置的应力，构建坯料非接触区部分翘曲平衡微分方程，结合坯料非接触区部分边界条件，求解翘曲平衡微分方程，获得薄壁构件空间包络成形翘曲量。本发明可以精确预测高性能薄壁构件空间包络成形翘曲变形，进而提高薄壁构件空间包络成形精度，同时为薄壁构件空间包络成形工艺条件优化设计提供依据。

技术领域

本发明涉及薄壁构件制造领域，更具体地说，涉及一种薄壁构件空间包络成形翘曲变形预测方法。

背景技术

薄壁构件具有质量轻、承载力大的特点，广泛应用于机翼、机身、燃料储箱箱体等航空航天领域。目前，薄壁构件的主要制造方法是机械加工方法，但是该方法存在性能差、加工效率低、材料利用率低、生产成本高等问题。

薄壁构件空间包络成形方法是一种薄壁构件成形新方法，具有成形载荷小，成形效率高，构件性能优良等优点。然而，薄壁构件厚度小、直径大，在空间包络成形包络模偏心载荷作用下极易发生翘曲变形，从而影响构件精度，甚至导致构件折叠破裂报废，精确高效预测翘曲变形是实现高性能薄壁构件空间包络成形的前提。目前，还没有关于薄壁构件空间包络成形翘曲变形预测方法的报道。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种薄壁构件空间包络成形翘曲变形预测方法，能够，为高性能薄壁构件空间包络成形精度控制和工艺优化提供依据。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种薄壁构件空间包络成形翘曲变形预测方法，包括以下步骤：

S1、确定空间包络成形过程中坯料和包络模之间时变接触区的几何尺寸；其中，坯料初始厚度为h₀，初始外径为R₀，瞬时进给量h_t的计算公式如方程(1)所示，坯料接触区平均厚度h₁的计算公式如方程(2)所示，坯料非接触区平均厚度h₂的计算公式如方程(3)所示，坯料接触区的瞬时半径R_t计算公式如方程(4)所示，坯料接触区的圆心角计算公式如方程(5)所示；

h₁＝h₀-vt (2)

式中，γ为包络模轴线和z轴夹角；

S2、建立极坐标系，其中极坐标平面和下模的上端面平行，并且位于坯料非接触区部分厚度二分之一处，极坐标原点O是构件和包络模接触区的顶点，极轴Oρ将构件和包络模接触区圆心角平分，极坐标z轴经过原点O并且垂直平面；

S3、计算坯料接触区任意位置应力；根据主应力法，选取接触区中任意单元体进行受力分析，解析出接触区任意位置应力的计算公式如方程(6)所示；其中，为周向应力，σ_ρ1为径向应力，σ_z1为轴向应力；

式中，c是应变速率比，k是构件材料的剪切屈服强度，μ是坯料和模具之间的摩擦系数，σ_s是构件材料的屈服强度；

S4、计算坯料非接触区任意位置应力；以接触区的应力为边界条件，根据应力函数法获得非接触区任意位置应力的计算公式如方程(7)所示；