[发明专利]一种基于有限元技术考虑热膨胀的超塑成形模具设计方法

摘要

一种基于有限元技术考虑热膨胀的超塑成形模具设计方法，它有四大步骤：一、在有限元仿真软件中进行超塑成形仿真，计算得到超塑成形零件；二、采用零件材料的热膨胀性能，对步骤一得到的超塑成形零件单独进行热膨胀仿真；三、将步骤二得到的热膨胀后的零件的外轮廓导出，依据该导出结果，在三维建模软件中设计超塑成形模具的模面以及对应的模具三维整体模型；四、采用模具材料的热膨胀性能，对步骤三设计得到的高温下的超塑成形模具在有限元仿真软件中进行降温收缩仿真，得到最终模具。本发明大大提高了超塑成形零件的成形精度，为模具设计方法及零件制造方带来了直接的经济效益。

主权项

1.一种基于有限元技术考虑热膨胀的超塑成形模具设计方法，其特征在于：它包括如下步骤：步骤1)在有限元仿真软件中进行超塑成形仿真，计算得到超塑成形零件；步骤2)采用零件材料的热膨胀性能，对步骤1)得到的超塑成形零件单独进行热膨胀仿真；步骤3)将步骤2)得到的热膨胀后的零件的外轮廓导出，依据该导出结果，在三维建模软件中设计超塑成形模具的模面以及对应的模具三维整体模型；步骤4)采用模具材料的热膨胀性能，对步骤3)设计得到的高温下的超塑成形模具在有限元仿真软件中进行降温收缩仿真，得到最终模具；其中，步骤1)中所述的“有限元仿真软件”，是指ABAQUS CAE；其中，步骤1)中所述的“超塑成形仿真”，是为了获取由超塑成形导致的零件减薄情况，模型不考虑材料的热膨胀及各种热交换过程，所用模具的模面直接根据零件数模设计，不进行缩放补偿，板料采用体单元建模，材料的力学性能采用超塑成形温度下的参数，经过计算得到超塑成形零件，该超塑成形零件包括各部分的形状、厚度；其中，步骤2)中所述的“零件材料的热膨胀性能”，是指零件材料的热膨胀系数，热膨胀系数应包括从室温到超塑成形温度的各温度区间的值，每个温度区间温差为20℃；其中，步骤2)中所述的“热膨胀仿真”，其输入模型为步骤1)得到的零件输出结果，温度由室温升至超塑成形温度，其余参数按实际零件材料性能设置；在仿真模型中需要设一个不动的基点，选在零件的几何中心，经过计算得到热膨胀后的超塑成形零件；其中，步骤3)中所述的“将步骤2)得到的热膨胀后的零件的外轮廓导出”，其步骤如下：首先在ABAQUS里新建Model，然后将步骤2)的仿真结果.odb文件导入，再建立Job，写入input文件，便生成一个.inp文件，此文件包含了热膨胀后的零件各节点的终点坐标信息；将各坐标值与零件数模对应点的初始坐标值做差，得到各节点的增量坐标；之后将各节点初始坐标和增量坐标写入一个.txt文件，以备导入三维建模软件；最后将零件数模导入CATIA，然后打开创成式外形设计里的Digitized Morphing，导入得到的.txt文件，之后CATIA自动计算出热膨胀后的零件模型；通过此过程，即将ABAQUS里的热膨胀后的零件导入到了三维建模软件中；其中，步骤3)中所述的“三维建模软件”，是指CATIA；其中，步骤3)中所述的“设计超塑成形模具的模面以及对应的模具三维整体模型”，其过程如下：提取热膨胀后的零件的贴模面作为高温下的超塑成形模具的模面，根据模具设计标准，依据得到的模面设计出高温下的超塑成形模具；其中，步骤4)中所述的“模具材料的热膨胀性能”，是指模具材料的热膨胀系数，热膨胀系数应包括从室温到超塑成形温度的各温度区间的值，每个温度区间温差为20℃；其中，步骤4)中所述的“降温收缩仿真”，其输入模型为步骤3)得到的高温下的超塑成形模具，设置为体单元，其余参数按实际模具材料性能设置；在仿真模型中需要设一个不动的基点，选在零件的几何中心，经过计算得到最终模具。