钛合金大型筋板构件等温局部加载成形不等厚坯料优化研究
发布时间：2021-11-15 18:34
钛合金大型筋板构件可从材料和结构两方面实现高性能轻量化,已成为航空航天领域高端装备的必然选择。等温局部加载技术融合了等温成形和局部加载两方面的工艺优势,可有效降低成形载荷、拓宽构件成形尺寸和设备成形能力,实现钛合金大型筋板构件的成形成性一体化制造,是迫切需要研究发展的先进塑性成形技术。然而,由于局部加载中材料流动和大型不规则多筋构件结构的双重复杂性,使如何优化设计预成形坯料及控制成形缺陷成为具有挑战性的难题。为此,本文采用有限元数值模拟、理论分析和物理模拟实验相结合的方法,对钛合金大型筋板构件局部加载中的预成形坯料优化设计进行了系统深入的研究,主要研究内容及结果如下:通过分析局部加载的材料流动特征和应变场演化历程,揭示了各加载区交互作用下的近程转移效应:因加载区材料的往复转移,分模线至未加载区首根筋之间会出现局部复合变形,即在第一加载步发生翘曲,第二加载步出现筋错移,且翘曲和筋错移的严重程度与材料转移量呈正相关;邻近分模线区域的坯料体积分配过多会增加材料转移量,是导致折叠的关键原因。通过与整体加载应变场对比观察到:分模线至未加载区首根筋之间会产生一个附加应变场;远离分模线区域的应变与整...
【文章来源】：西北工业大学陕西省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：150 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
局部加载过程示意图
第 1 章 绪 论料转移的关联关系。最后，基于逐步减小上模压下量的方法，获取避免折叠的坯料几何参数可行域，为实现过渡区的坯料优化提供约束条件。（4）研究在局部加载实际生产过程中摩擦、变形温度、上模压下量和坯料加工误差的波动对过渡区成形质量的影响，并进行显著性分析。以改善过渡区充填和变形均匀性，并提高这两个目标的稳定性为优化目标，并将过渡区折叠约束下的坯料几何参数可行域作为约束条件，建立过渡区多目标稳健控制下的不等厚坯料优化模型，结合双响应面法与 NSGA-II 多目标优化算法对模型进行优化求解，所得结果进一步采用实验和模拟相结合的方法，验证局部加载过渡区不等厚坯料稳健优化的可靠性及有效性。
双动压力机是由主、辅两个液压控制系统组成，辅助液压系统对工件施加的载荷较低，难以满足复杂构件对成形载荷的需求。图2-1 双动压力机上的局部加载示意图[98]Fig.2-1 Illustration of local loading on double-action press[98]（2）单动压力机虽然只有一套液压系统，但通过在分块模具与模座之间置入垫块，也可实现局部加载过程。以下模分区为例（图 2-2 所示），在第一加载步中，下模 1（Bottom die 1）下方放置垫块，使坯料在垫块的投影面上方先发生变形。在第二加载步前移除垫块，各分块模具保持在同一水平面，再成形下模 2（Bottom die 2）对应的加载区域。虽然增加垫块调整模具位置较为复杂，且需多火次完成整个局部加载过程
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于响应面法的Inconel 625合金大型厚壁管挤压加工窗口确定（英文）[J]. 郭良刚,党利,杨合,张君,郑文达. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2016(07)
[2]3D打印技术研究现状和关键技术[J]. 张学军,唐思熠,肇恒跃,郭绍庆,李能,孙兵兵,陈冰清. 材料工程. 2016(02)
[3]响应面法在试验设计与优化中的应用[J]. 李莉,张赛,何强,胡学斌. 实验室研究与探索. 2015(08)
[4]筋板类构件成形技术研究进展[J]. 叶景申,张宝红,于建民,祁威. 锻压装备与制造技术. 2015(02)
[5]复杂框梁整体成形的坯料设计与评价方法[J]. 郑勇,赵兴东,杨艳慧,刘东,胡阳. 热加工工艺. 2014(23)
[6]高性能大型金属构件激光增材制造:若干材料基础问题[J]. 王华明. 航空学报. 2014(10)
[7]模锻省力的原理与途径[J]. 王仲仁,张琦. 机械工程学报. 2013(18)
[8]体积成形预成形设计及优化方法的研究与应用[J]. 邵勇,陆彬,陈军,郭平义. 塑性工程学报. 2012(06)
[9]大型铝合金航空模锻件局部加载成形工艺研究[J]. 邓文卫,易幼平,湛利华,黄明辉. 热加工工艺. 2011(11)
[10]大国重器力推大国崛起[J]. 刘云,刘卿新. 装备制造. 2011(06)
博士论文
[1]钛合金复杂大件等温局部加载成形极限研究[D]. 高鹏飞.西北工业大学 2015
[2]高强铝合金复杂筋板构件整体成形技术研究[D]. 李旭斌.中北大学 2015
[3]钛合金等温锻用K403模具材料特性及失效研究[D]. 刘君.西北工业大学 2015
[4]叶片精锻成形规律的三维有限元分析[D]. 刘郁丽.西北工业大学 2001
硕士论文
[1]体积分配不均匀铝合金框体挤压成形工艺模拟研究[D]. 贾杨.中北大学 2014
[2]基于响应面法的锻造预成形优化设计方法研究[D]. 曹品金.山东大学 2013
[3]某飞机结构件TC4钛合金框等温锻成形工艺数值模拟研究[D]. 臧朝利.南昌航空大学 2012
[4]TA15、TC11钛合金热变形材料本构模型研究[D]. 沈昌武.西北工业大学 2007
[5]材料成形过程的类等势场法模拟与预成形设计[D]. 肖军.西北工业大学 2006
本文编号：3497296
【文章来源】：西北工业大学陕西省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：150 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
局部加载过程示意图
第 1 章 绪 论料转移的关联关系。最后，基于逐步减小上模压下量的方法，获取避免折叠的坯料几何参数可行域，为实现过渡区的坯料优化提供约束条件。（4）研究在局部加载实际生产过程中摩擦、变形温度、上模压下量和坯料加工误差的波动对过渡区成形质量的影响，并进行显著性分析。以改善过渡区充填和变形均匀性，并提高这两个目标的稳定性为优化目标，并将过渡区折叠约束下的坯料几何参数可行域作为约束条件，建立过渡区多目标稳健控制下的不等厚坯料优化模型，结合双响应面法与 NSGA-II 多目标优化算法对模型进行优化求解，所得结果进一步采用实验和模拟相结合的方法，验证局部加载过渡区不等厚坯料稳健优化的可靠性及有效性。
双动压力机是由主、辅两个液压控制系统组成，辅助液压系统对工件施加的载荷较低，难以满足复杂构件对成形载荷的需求。图2-1 双动压力机上的局部加载示意图[98]Fig.2-1 Illustration of local loading on double-action press[98]（2）单动压力机虽然只有一套液压系统，但通过在分块模具与模座之间置入垫块，也可实现局部加载过程。以下模分区为例（图 2-2 所示），在第一加载步中，下模 1（Bottom die 1）下方放置垫块，使坯料在垫块的投影面上方先发生变形。在第二加载步前移除垫块，各分块模具保持在同一水平面，再成形下模 2（Bottom die 2）对应的加载区域。虽然增加垫块调整模具位置较为复杂，且需多火次完成整个局部加载过程
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于响应面法的Inconel 625合金大型厚壁管挤压加工窗口确定（英文）[J]. 郭良刚,党利,杨合,张君,郑文达. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2016(07)
[2]3D打印技术研究现状和关键技术[J]. 张学军,唐思熠,肇恒跃,郭绍庆,李能,孙兵兵,陈冰清. 材料工程. 2016(02)
[3]响应面法在试验设计与优化中的应用[J]. 李莉,张赛,何强,胡学斌. 实验室研究与探索. 2015(08)
[4]筋板类构件成形技术研究进展[J]. 叶景申,张宝红,于建民,祁威. 锻压装备与制造技术. 2015(02)
[5]复杂框梁整体成形的坯料设计与评价方法[J]. 郑勇,赵兴东,杨艳慧,刘东,胡阳. 热加工工艺. 2014(23)
[6]高性能大型金属构件激光增材制造:若干材料基础问题[J]. 王华明. 航空学报. 2014(10)
[7]模锻省力的原理与途径[J]. 王仲仁,张琦. 机械工程学报. 2013(18)
[8]体积成形预成形设计及优化方法的研究与应用[J]. 邵勇,陆彬,陈军,郭平义. 塑性工程学报. 2012(06)
[9]大型铝合金航空模锻件局部加载成形工艺研究[J]. 邓文卫,易幼平,湛利华,黄明辉. 热加工工艺. 2011(11)
[10]大国重器力推大国崛起[J]. 刘云,刘卿新. 装备制造. 2011(06)
博士论文
[1]钛合金复杂大件等温局部加载成形极限研究[D]. 高鹏飞.西北工业大学 2015
[2]高强铝合金复杂筋板构件整体成形技术研究[D]. 李旭斌.中北大学 2015
[3]钛合金等温锻用K403模具材料特性及失效研究[D]. 刘君.西北工业大学 2015
[4]叶片精锻成形规律的三维有限元分析[D]. 刘郁丽.西北工业大学 2001
硕士论文
[1]体积分配不均匀铝合金框体挤压成形工艺模拟研究[D]. 贾杨.中北大学 2014
[2]基于响应面法的锻造预成形优化设计方法研究[D]. 曹品金.山东大学 2013
[3]某飞机结构件TC4钛合金框等温锻成形工艺数值模拟研究[D]. 臧朝利.南昌航空大学 2012
[4]TA15、TC11钛合金热变形材料本构模型研究[D]. 沈昌武.西北工业大学 2007
[5]材料成形过程的类等势场法模拟与预成形设计[D]. 肖军.西北工业大学 2006
本文编号：3497296
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