[发明专利]一种大型复杂筋板件预锻成形初始毛坯优化设计方法

说明书

本发明公开了一种大型复杂筋板件预锻成形初始毛坯优化设计方法，包括，基于UG三维建模软件对毛坯进行参数化建模；基于Deform‑3D有限元模拟软件设置预锻成型边界条件及构建有限元模型；结合响应面优化方法，设计响应面方案，构建响应面模型；采用极值求解方法确定坯料形状尺寸，通过Deform‑3D有限元模拟模拟验证，再通过物理模拟实验验证优化结果。本发明能够达到优化初始毛坯各关键尺寸以及提高优化效率，可以克服当前预锻成形过程中常见的填充不满、折叠及成形载荷过大等诸多缺陷，并为类似大型复杂构件预锻成形工艺的制定提供参考。

技术领域

本发明涉及飞机大型隔框预锻成形优化方法技术领域，具体涉及一种大型复杂筋板件预锻成形初始毛坯优化设计方法。

背景技术

由于钛合金在成形过程中变形抗力大，材料流动困难，而这种复杂高筋薄腹结构进一步加大了此类钛合金大型构件一体化成形和组织控制的难度，因此即便采用等温成形也难以从简单坯料(棒料、块料等)直接成形出满足几何尺寸精度和组织性能要求的锻件，通常需要进行多工步的锻造成形过程，在终锻工序之前先预锻成形出中间坯料，以此得到最终构件。因此，预锻件质量的优劣直接决定着终锻构件的成形精度和质量，预锻成形工步起到了承上启下的关键作用，已成为钛合金大型筋板构件精确成形的重要步骤。

当前的研究主要在一些小型件和板料成形方面取得了较为理想的优化效果，但对大型复杂构件预锻成形优化需要进一步展开研究，同时针对TA15钛合金大型复杂构件预锻成形优化方法需要进一步发展，所以本发明专利提出结合响应面优化方法对航空大型钛合金复杂筋板件预锻成形初始毛坯进行优化设计，可以克服当前预锻成形过程中常见的填充不满、折叠及成形载荷过大等诸多缺陷，并为类似大型复杂构件预锻成形工艺的制定提供参考。

发明内容

本发明所要解决的问题是：提供一种大型复杂筋板件预锻成形初始毛坯优化设计方法，达到优化初始毛坯各关键尺寸以及提高优化效率，可以克服当前预锻成形过程中常见的填充不满、折叠及成形载荷过大等诸多缺陷，并为类似大型复杂构件预锻成形工艺的制定提供参考。

本发明为解决上述问题所提供的技术方案为：一种大型复杂筋板件预锻成形初始毛坯优化设计方法，所述方法包括以下步骤，

(1)、提取预锻件结构，设计初始毛坯；

(2)、参数化建模，基于UG三维造型软件对预锻模具建模及初始毛坯进行参数化建模，构建初始毛坯关键尺寸参数化模型；

(3)、有限元模型，基于Deform-3D有限元模拟软件设置预锻成型边界条件，在步骤(2)的基础上进一步构建初始毛坯有限元模型；

(4)、找出初始毛坯各尺寸范围，确定优化目标；

(5)、构建响应面模型，采用Box-Benhnken(BBD)实验设计方法，设计响应面试验方案；

(6)、基于Deform-3D有限元软件模拟的基础上对步骤(5)得到的试验样本进行有限元模拟分析计算；

(7)、对模拟充填结果进行分析，建立坯料关键尺寸与充填之间的定量关联关系；

(8)、根据步骤(7)得到的响应值建立坯料关键尺寸与预锻模具之间充填的响应面模型；

(9)、极值求解，采用极值求解方法在步骤(8)建立的响应面模型的基础上确定最佳充填毛坯形状尺寸；

(10)、通过Deform-3D有限元模拟软件验证毛坯优化结果，采用物理缩比实验验证优化后初始毛坯充填情况。

优选的，在确定初始毛坯厚度，模具中的放置位置，摩擦条件温度等工艺参数后，只对初始毛坯关键尺寸进行优化。

优选的，采用UG三维造型软件对预锻模具及毛坯进行参数化建模，步骤(2)预锻模具与初始毛坯模型以stl.的格式导入Deform-3D有限元模拟软件。