申请/专利权人：武汉理工大学

申请日：2022-05-27

公开（公告）日：2022-09-02

公开（公告）号：CN114985544A

主分类号：B21D17/02

分类号：B21D17/02;B21D37/10

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2023.04.07#授权;2022.09.20#实质审查的生效;2022.09.02#公开

摘要：本发明涉及一种纵横筋薄壁筒体多自由度包络成形包络模具设计方法，包括以下步骤：S1、多自由度包络成形装置设计；S2、多自由度包络模具运动设计：S3、包络芯模纵向高筋型腔设计：S4、包络芯模横向高筋型腔设计：S5、包络约束筒模设计。本发明所提出的通过纵向高筋内轮廓线反向包络芯模纵向高筋型腔轮廓线的方法，能够有效保证纵横薄壁筒体多自由度包络成形过程中芯模与坯料之间精确匹配，提高纵横薄壁筒体多自由度包络成形精度和表面质量。本发明能够为纵横筋薄壁筒体多自由度包络成形提供高精度包络芯模，从而获得晶粒细小、金属流线连续、表面完整性好的纵横筋薄壁筒体，进而大幅提高纵横筋薄壁筒体力学性能和承载能力。

主权项：1.一种纵横筋薄壁筒体多自由度包络成形包络模具设计方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、多自由度包络成形装置设计：用于纵横筋薄壁筒体多自由度包络成形装置包括包络芯模、包络约束筒模和坯料；包络芯模为具有纵向高筋型腔和横向高筋型腔的柱体，其位于坯料内部，并且包络芯模轴线与坯料轴线平行；包络约束筒模为具有圆柱型腔的筒形结构，包括左瓣模、右瓣模、筒模上盖板和筒模下盖板；坯料为薄壁筒坯料，坯料外表面与左瓣模和右瓣模内表面接触，坯料上表面与筒模上盖板接触，坯料下表面与筒模下盖板接触，坯料内表面与包络芯模外表面接触；S2、多自由度包络模具运动设计：采用多自由度包络成形工艺成形纵横筋薄壁筒体，其中包络约束筒模以ω1速度绕自身轴线作主动旋转运动，并带动坯料同步旋转，包络芯模以ω2速度绕自身轴线作主动旋转运动，同时以速度v沿坯料径向作进给运动挤压坯料；在包络芯模和包络约束筒模的作用下，包络芯模与坯料之间构成包络几何运动关系，坯料发生局部塑性变形，金属向包络芯模纵向高筋型腔和横向高筋型腔内流动，逐渐包络成形纵横筋薄壁筒体；包络约束筒模与包络芯模之间的转速比i满足公式1，确保成形过程中包络芯模纵向高筋型腔与已成形的纵横筋薄壁筒体纵向高筋不发生干涉； 其中n1为纵横筋薄壁筒体纵向高筋数，n2为包络芯模纵向高筋型腔数；当包络芯模沿坯料径向进给挤压坯料至预设进给量时停止进给运动，但继续以ω2速度绕自身轴线作旋转运动，同时包络约束筒模继续以ω1速度绕自身轴线作旋转运动，以此对纵横筋薄壁筒体进行精整辗压，提高纵横筋薄壁筒体高筋表面精度；S3、包络芯模纵向高筋型腔设计：包络芯模纵向高筋型腔设计方法包括以下步骤：S31、在纵横筋薄壁筒体上截取不经过横向高筋的横截面，横轮廓线由环形外轮廓线和纵向高筋内轮廓线组成，以环形外轮廓线圆心为原点，建立半径为r1的纵横筋薄壁筒体基圆，r1由公式2求得： 其中，r为纵横筋薄壁筒体外径，b为纵横筋薄壁筒体壁厚，h为纵、横向高筋的高度；在纵横筋薄壁筒体基圆内建立与其内切的包络芯模基圆，包络芯模基圆半径r′满足公式3：r′＝ir13S32、以包络芯模基圆圆心为坐标原点O，以纵横筋薄壁筒体基圆圆心O1与坐标原点O连线为x轴，建立平面直角坐标系；S33、在步骤S32所建立的直角坐标系内，保持包络芯模基圆固定不动，将纵向高筋内轮廓线以速度ω1绕坐标原点O旋转，同时以速度ω2绕纵横筋薄壁筒体基圆圆心O1旋转，实现纵向高筋内轮廓线反向包络运动；S34、根据S33所述建立的纵向高筋内轮廓线反向包络运动，建立纵向高筋内轮廓线上任意一点P1x0，y0的反向包络运动轨迹方程，如公式4所示： 其中，t为反向包络运动时间，e为包络芯模基圆和纵横筋薄壁筒体基圆的圆心距，θ为任意运动时刻点P1和点O1连线与x轴之间的夹角，e和θ由公式5，公式6求得；e＝r1-ir1＝66.255 S35、将纵向高筋内轮廓线离散成点云，根据S34所建立的运动轨迹方程4绘制点云中所有点的反向包络运动轨迹曲线，构成反向包络运动轨迹曲线族，反向包络运动轨迹曲线族所包围的内轮廓线即为包络芯模纵向高筋型腔轮廓线；S36、将步骤S35所建立的包络芯模纵向高筋型腔轮廓线沿轴向拉伸高度h，获得带纵向高筋型腔的包络芯模，h由公式7求得：h＝H-2b7S4、包络芯模横向高筋型腔设计：在纵横筋薄壁筒体上截取不经过纵向高筋的轴截面Ax，获得轴截面轮廓线，其由线形外轮廓线和横向高筋内轮廓线组成；将步骤S3所建立的带纵向高筋型腔的包络芯模绕纵横筋薄壁筒体轴线旋转，直至带纵向高筋型腔的包络芯模轴线位于轴截面Ax内；将轴截面轮廓线绕带纵向高筋型腔的包络芯模轴线旋转一周，在带纵向高筋型腔的包络芯模上切出包络芯模横向高筋型腔，获得带有纵向高筋型腔和横向高筋型腔包络芯模；S5、包络约束筒模设计：左瓣模和右瓣模设计为两个对称的半圆筒，半圆筒内径等于纵横筋薄壁筒体外径；筒模上盖板和筒模下盖板设计为带有环形凸台的圆板件，环形凸台内径与左、右瓣模外径相等；将筒模上盖板安装在左瓣模和右瓣模顶端，筒模上盖板环形凸台内表面与左瓣模和右瓣模外表面接触；将筒模下盖板安装在左瓣模和右瓣模底端，筒模下盖板环形凸台内表面与左瓣模和右瓣模外表面接触；左瓣模和右瓣模在筒模上盖板和筒模下盖板的约束下构成包络约束筒模型腔。

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