壁板类航空模锻件预成形设计与成形过程有限元分析

摘要

随着飞机朝高性能、长寿命方向发展,轻质、高强壁板类整体模锻件的需求日益增加,然而壁板类模锻件结构复杂,锻压成形过程中容易出现充填不满、流线不畅、折叠、穿流等锻造缺陷,给复杂壁板类整体模锻件的成形工艺提出新的挑战。为获得高质量的模锻件,预成形设计在锻造工艺研究中起着十分重要的作用,如何设计预锻件和预锻模具,是确保锻件质量的关键。
　　 本文提出了一种壁板类航空模锻件预成形设计新方法,在Pro/E平台上二次开发了预成形设计软件,结合DEFORM-3D有限元软件对飞机起落架支撑梁的预锻及终锻工艺进行了研究。主要内容如下:
　　 1、分析了壁板类锻件成形的特点以及常见锻造缺陷,根据壁板类锻件结构特征建立了“H”型、“T”型、“U”型截面数学模型,提出了基于等面积原则的壁板类锻件预成形设计方法。
　　 2、利用VB语言开发了基于Pro/E的壁板类锻件预成形设计软件,该软件由终锻件截面信息获取模块、预锻件截面计算模块、预锻件生成模块等三大模块组成,应用所开发的预成形设计软件对起落架支撑梁模锻件进行了预成形设计。
　　 3、通过热模拟实验建立了锻件材料的本构模型,利用DEFORM-3D有限元软件,对起落架支撑梁预成形锻件进行了锻造过程的数值模拟,研究了预成形设计对模锻件等效应变、成形载荷及金属流动性的影响,结果表明:经过预成形设计能提高锻件变形均匀性、降低锻造过程的成形载荷、使锻件金属流动更加顺畅、减少锻件缺陷的产生。