一種TC4合金內T形截面異形環件坯料的設計方法與流程
2023-12-09 16:17:21 1
本發明涉及環形件成形技術領域，特別是涉及一種精確計算tc4合金內t形截面異形環件坯料尺寸的方法
背景技術：
異形環件軋制工藝是在徑向軋輥和軸向軋輥的共同作用下,使環坯截面尺寸減小,截面輪廓成形,直徑擴大的一種高效的塑性成形工藝。現有的軋制預成形坯料的設計方法是依據金屬塑性變形過程中的體積不變原理，按照一定的軋制比例，通過簡單的計算，得到坯料尺寸。袁海倫在「異形截面環件毛坯結構優化設計及軋制過程計算機仿真:[博士學位論文]」中分別針對上、下孔型法蘭環件設計了斜l形坯料，並進行了數值模擬，結果表明，金屬流動主要為切向方向，徑向流動較為困難；郭良剛等人在「tc4鈦合金錐形環輾軋坯料仿真優化設計，塑性工程學報」中指出對tc4鈦合金錐形環件熱輾軋過程設計了「芯輥基準型」和「驅動輥基準型」兩種不等壁厚錐形環坯，對傳統「等壁厚型」錐形環坯進行優化；趙曉光等人在專利：cn105268886a中發明了一種涉及內t形環件坯料鐓擠成型方法，發明中提出的鐓擠成型方法能夠促使鍛件坯料成型,成為帶有內t型結構的構件。由於tc4合金的金屬流動性較差，因而需要更精確地對環件及坯料的各部分尺寸進行精確計算，然而針對tc4合金內t形截面異形環件坯料設計的方法，國內尚屬空缺。
技術實現要素：
本發明的目的是提供一種tc4合金內t形截面異形環件坯料的設計方法，填補了國內對於tc4合金內t形截面異形環件坯料設計的空白，首先將環件整體按等體積平均分成四塊，然後單獨計算每一塊坯料的尺寸，再將它們結合成最終的整體坯料。
為實現上述目的，本發明提供了如下技術方案：
本發明提供了一種tc4合金內t形截面異形環件坯料的設計方法，包括以下步驟：
(1)根據環件的軸向尺寸，設置中間坯料b、中間坯料c及最終坯料d的高度為等高，由於tc4合金的流動性較差，且軋制過程中，金屬主要沿徑向流動，因此設計成等高坯料；
h0＝h0b，
h0＝h0c，
h0＝h0d，
式中，h0為環件的軸向高度，h0b為中間坯料b的軸向高度，h0c為中間坯料c的軸向高度，h0d為最終坯料的軸向高度；
(2)根據軋制比k和環件的內徑d1確定中間坯料b、中間坯料c及最終坯料d的內徑：
式中，d1為環件的內徑，d1b、d1c、d1d分別為中間坯料b、中間坯料c、最終坯料d的內徑；
(3)求出環件的整體體積以及環件凸臺部位的體積：
v0＝v01+v02
式中，v0為環件的整體體積，v01為環件凸臺部位的體積，v02為除去所述環件凸臺部位剩下的矩形環件的體積，d0為環件的外徑，d2為環件凸臺的內徑，h1為環件凸臺的軸向高度；
(4)為了保證環件的凸臺部位能夠填充滿，將凸臺處的體積設計成原環件凸臺部位體積的1.2倍，然後根據體積不變原理，用總體積減去1.2倍的凸臺部位的體積之後剩下的體積，便是剩下的矩形截面坯料的體積；因此，將中間坯料b的凸臺處的體積設計成步驟3中所述環件凸臺部位的體積的1.2倍，求出中間坯料b的壁厚：
式中，d0b為中間坯料b的外徑，l0b為中間坯料b的壁厚；
(5)將環件體積v0分成四等分，每部分體積為四分之一v0，由於環件關於水平方向中心線對稱，對中間坯料b整體的上半部分進行計算，分割後環件上端仍然為矩形截面，由於這一部分的矩形截面坯料的體積、內徑和外徑均已求出，分割後所述中間坯料b上端仍然為矩形截面，算出所述矩形截面的軸向高度h2b：
式中，d0b為中間坯料b的外徑，l0b為中間坯料b的壁厚；
(6)確定h2b之後，將中間坯料c分成體積相等的四部分，用虛線表示，為了保證中間凸臺部位的坯料在變形過程中易於流動，且要求坯料分別在分割出來的四個區域中變形，然後將中間坯料b的矩形凸臺設計成等體積的梯形凸臺，所述梯形凸臺的底剛好延伸至兩端區域的分界線處，且所述梯形凸臺的高為矩形凸臺的高的1.2倍，具體計算如下：
l1c＝1.2l1
式中，h1c為梯形凸臺的上底，2×h3c為梯形凸臺的下底；
(7)將步驟6中所述的梯形凸臺尺寸協調簡化後即得到最終坯料d。
本發明相對於現有技術而言取得了以下技術效果：
本發明提供了一種tc4合金內t形截面異形環件坯料的設計方法,依據具體異形環件的截面面積形狀，通過精確地體積計算和面積計算，將環件分成若干塊，然後根據每一塊在塑性變形過程中的體積不變原則，設計出每一塊的坯料尺寸，再將它們合併起來，便得到整體的坯料尺寸，採用本發明製作的環件疲勞能夠有效避免軋制過程中金屬填充不滿的缺陷。
附圖說明
為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
圖1為本發明實施例t形截面異形環件的截面剖視圖：
圖2為本發明實施例矩形凸臺中間坯料b的截面剖視圖；
圖3為本發明實施例梯形凸臺中間坯料c的截面剖視圖；
圖4為本發明實施例t形截面異形環件最終坯料d的截面剖視圖。
具體實施方式
下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
本發明的目的是提供一種tc4合金內t形截面異形環件坯料的設計方法，採用環件分塊尺寸的計算，單獨設計每一塊的坯料的尺寸，並最終結合成最終坯料。
為使本發明的上述目的、特徵和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步詳細的說明。
在本實施例中環件採用的是tc4合金內t形截面的異形環件，如圖1-4，對本發明做出進一步詳細的說明。
本發明提供了一種一種tc4合金內t形截面異形環件坯料的設計方法，包括以下步驟：
(1)根據環件的軸向尺寸，設置中間坯料b、中間坯料c及最終坯料d的高度為等高：
h0＝h0b，
h0＝h0c，
h0＝h0d，
式中，h0為環件的軸向高度，h0b為中間坯料b的軸向高度，h0c為中間坯料c的軸向高度，h0d為最終坯料的軸向高度；
(2)根據軋制比k和環件的內徑d1確定中間坯料b、中間坯料c及最終坯料d的內徑：
式中，d1為環件的內徑，d1b、d1c、d1d分別為中間坯料b、中間坯料c、最終坯料d的內徑；軋制比k一般取值為1.2～1.8，根據環件的具體尺寸進行具體的選擇。
(3)求出環件的整體體積以及環件凸臺部位的體積：
v0＝v01+v02
式中，v0為環件的整體體積，v01為環件凸臺部位的體積，v02為除去所述環件凸臺部位剩下的矩形環件的體積，d0為環件的外徑，d2為環件凸臺的內徑，h1為環件凸臺的軸向高度；
(4)將中間坯料b的凸臺處的體積設計成步驟3中所述環件凸臺部位的體積的1.2倍，求出中間坯料b的壁厚：
式中，d0b為中間坯料b的外徑，l0b為中間坯料b的壁厚；
(5)將環件體積v0分成四等分，每部分體積為四分之一v0，對中間坯料b整體的上半部分進行計算，分割後所述中間坯料b上端仍然為矩形截面，算出所述矩形截面的軸向高度h2b：
式中，d0b為中間坯料b的外徑，l0b為中間坯料b的壁厚；
(6)確定h2b之後，將中間坯料c分成體積相等的四部分，用虛線表示，
然後將中間坯料b的矩形凸臺設計成等體積的梯形凸臺，所述梯形凸臺的底剛好延伸至兩端區域的分界線處，且所述梯形凸臺的高為矩形凸臺的高的1.2倍，具體計算如下：
式中，h1c為梯形凸臺的上底，2×h3c為梯形凸臺的下底；
l1c＝1.1l1
(7)將步驟6中所述的梯形凸臺尺寸協調簡化後即得到最終坯料d。具體的將中間配料c的梯形凸臺中有折角的部位進行倒圓平滑化得到最終配料d，其中，d0c＝d0d，d1c＝d1d，d2c＝d2d，l0c＝l0d，h0c＝h0d，h2c＝h2d，h3c＝h3d。
本發明中應用了具體個例對本發明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用於幫助理解本發明的方法及其核心思想；同時，對於本領域的一般技術人員，依據本發明的思想，在具體實施方式及應用範圍上均會有改變之處。綜上所述，本說明書內容不應理解為對本發明的限制。