[发明专利]基于仿真的高温合金非标紧固件塑性成形逆向设计方法

摘要

本发明属于金属材料加工技术领域，涉及一种基于仿真的高温合金非标紧固件塑性成形逆向设计方法。本发明通过数值模拟方法逆向设计非标紧固件成形模具及工艺，克服非标紧固件模具正向设计周期长、反复试制费用高、耗时长等缺点，采用逆向设计，综合运用有限元分析技术与CAD三维建模技术，以非标紧固件产品为基础，逆向推算设计其成形模具几何特征，设计模具型腔具体尺寸以及飞边槽的位置、形状、尺寸等；建立紧固件塑性成形数值分析模型，分析非标紧固件模锻成形工艺，计算给出成形过程中材料的流动规律与应力应变特征；基于数值模拟结果对成形模具与工装进行修正与优化，最终得到最优的模具几何特征参数及其塑性成形过程关键工艺参数。

主权项

1.一种基于仿真的高温合金非标紧固件塑性成形逆向设计方法，其特征在于它包括以下步骤：1)首先利用数字图像处理技术提取高温合金非标紧固件产品的几何尺寸与特征，运用三维造型软件建立该紧固件的三维几何模型，运用三维造型软件计算非标紧固件的体积数值；2)基于高温合金非标紧固件的几何尺寸与特征以及步骤1)中计算的紧固件体积数值，逆向设计模具的形腔尺寸与几何特征，并计算初始坯料尺寸、飞边槽尺寸与形状，运用三维造型软件建立紧固件锻造模具三维模型以及初始坯料的三维几何模型；3)将步骤2)中建立的紧固件锻造模具三维模型以及初始坯料的三维几何模型导入体积成形数值分析软件Deform中进行几何检查，根据锻造过程中上模、下模以及初始坯料的空间几何定位关系建立三者之间的装配关系，设定初始几何接触条件，采用有限元法离散坯料弹塑性体，设定模具为刚体，其中坯料采用四面体或六面体单元，定义网格重划分与自适应特征，在材料特性中定义紧固件初始坯料为高温合金材料，定义材料应力‑应变曲线、热导率、热扩散率、比热容、线膨胀系数、弹性性能、氧化速率相关参数的函数关系，定义热交换边界条件，并设置运动几何特征，计算紧固件成形过程；4)基于上述数值模拟计算结果，分析高温合金非标紧固件的成形过程，给出成形过程中材料流动规律，从给出的成形过程中材料流动规律中提取高温合金非标紧固件的整体及中心截面的速度场、温度场、应力场的分布状况进行对比分析；5)利用上述数值分析模型并参考上述步骤4)中的计算结果，修正紧固件成形模具，优化初始坯料尺寸，从而建立优化的高温合金非标紧固件成形过程数值分析模型，重复步骤3)，4)，直到给出最优的成形模具及工艺设计方案。