基于响应面法的7050铝合金筋板类锻件热模锻成形工艺优化

发布时间：2020-05-17 15:55

【摘要】：针对某铝合金航空锻件热锻成形中出现的充填不满、流线穿流、变形不均匀等缺陷问题,以x_1(坯料高宽比)、x_2(坯料温度)、x_3(成形速度)、x_4(摩擦因数)为优化变量,采用响应面法结合有限元数值模拟对锻件成形多目标工艺参数优化进行研究。根据试验设计结果分别建立3个目标函数的二阶分析模型,得到的回归模型预测精度较高,能较好地描述3个目标函数关于设计变量的响应。通过分析建立的响应面3D和2D优化图,采用MATLAB软件对试验参数进行进一步的优化。研究结果表明:锻件成形最优工艺参数如下:x_1为1.3、x_2为450℃、x_3为6 mm/s、x_4为0.3。将优化后的最优工艺参数应用到后续的实际生产验证,锻件成形缺陷得到有效消除,证明该优化方法有效。
【图文】：

示意图,热模锻,锻件,示意图

thod,RSM)的优化方法。该方法是一种能够同时确保锻件充填饱满、锻件不出现穿流缺陷以及锻件组织变形均匀的协同优化方法，是一种典型的多学科设计方法[1112]，可以把锻件充填性能、组织流线、成形均匀性等各个指标进行多目标的平衡和优化。1锻件成形缺陷锻造试验在某铝加工厂300MN水压机上进行，坯料材料为7050铝合金，锻件成形工艺的步骤为自由锻制坯—预锻—终锻。坯料初始温度为450℃，模具预热温度为350℃，液压机工作速度为8mm/s，保压时间5min。锻造后，对锻件进行T6热处理，热处理完后锻件局部示意图如图1所示。从图1(a)可知：在锻件中间加强筋部位出现充填不满缺陷。沿锻件筋板处将锻件分成两半，对锻件剖面进行打磨，用NaOH溶液及HNO3溶液进行碱蚀、酸洗得到如图1(b)所示锻件流线，图1(c)所示为剖面局部示意图。结合图1(b)和图1(c)可知：锻件在H形筋的根部圆角与腹板间形成了穿出流线，沿水平方向流向飞边槽的金属切断原有金属流线，造成穿流缺陷。在锻件剖面不同位置选择7个采样点，取金相试样进行粗磨、抛光，用配方比(体积比)为V(HF):V(HCl):V(HNO3):V(H2O)=(a)锻件充填情况；(b)锻件剖面组织流线；(c)锻件穿流区域放大图；(d)取样点晶粒粒径图1热模锻后锻件示意图Fig.1Typicallocalschematicdiagramsofcomponentafterhotforging

等值线图,变量,目标函数,等值线图

４油?可以看出：当变量x2=0，x4=0时，组织流线γ的响应值随变量x1，x3的变化情况，随着变量x1的增加，目标γ的响应值降低，但是当变量x1＞1后，目标响应值又开始增加。对于变量x3，在x1＜0时，目标响应值随着变量x3的增加而减小；在x1＞0时，目标响应值随着变量x3的增加而增加。当1＜x1＜1，1＜x3＜1时，响应值可将至1.6左右。图4所示为x2=0，，x3=0时响应目标函数ξ关于变量x1和x4的三维曲面图和等值线图。从图4可知：成形均匀性ξ的响应值随着变图2x1=0，x3=0时目标函数η关于变量x2和x4的等值线图Fig.2Contourmapofresponsevalueofηwhenx1=0,x3=0图3x2=0，x4=0时目标函数γ关于变量x1和x3的等值线图Fig.3Contourmapofresponsevalueofγwhenx2=0,x4=0图4x2=0，x3=0时目标函数ξ关于变量x1和x4的等值线图Fig.4Contourmapofresponsevalueofξwhenx2=0,x3=0

【参考文献】