CN104801644B - 一种隔框锻件变厚度板坯的预成形方法 - Google Patents

Abstract

一种隔框锻件变厚度板坯的预成形模具及方法，属于航空航天工业锻造成形技术领域，其特征是预成形模具包括上凸模、下凹模和顶出机构，预成形方法依次采用以下步骤：1）、确定变厚度板坯形状尺寸；2）、由变厚度板坯形状尺寸确定与其体积相等、平面图面积相同的等厚度板坯；3）、设计预成形模具；4）、等厚度板坯加热至始锻温度并保温，同时预成形模具预热；5）、预成形模具和等厚度板坯喷涂润滑剂；6）、等厚度板坯置于预成形模具凹槽内并加载施压，加载行程结束并保压后卸载回程，顶杆将变厚度板坯顶出凹槽，即变厚度板坯。本发明可获得尺寸精度高的变厚度板坯，提高模锻成形后的隔框锻件质量，有效避免紊流、穿流、折叠等缺陷。

Description

一种隔框锻件变厚度板坯的预成形方法

技术领域

本发明属于航空航天工业锻造成形技术领域，特别涉及隔框锻件变厚度板坯精确预成形技术领域。

背景技术

隔框模锻件是广泛应用于航空航天器上的承力结构件，采用高性能轻质合金材料(例如铝合金、钛合金)制成，主要由肋条和腹板两部分构成，通常采用开式模锻工艺，在大型模锻液压机上热模锻成形。开式模锻件余量大，具有飞边结构，材料利用率低，生产成本高。而且，在开式模锻工艺中，预制坯设计是按体积不变原则首先计算获得等厚度的板坯，然后根据隔框模锻件的形状尺寸凭经验进行大致的体积再分配，获得预制坯形状尺寸。不能实现根据隔框模锻件结构尺寸精确合理分配板坯各部位体积，从而使板坯在开式模锻成形过程中，易出现充不满缺陷；腹板处金属也易发生横向穿肋流动，或产生紊流和折叠等缺陷，产品质量不能保证。

采用闭式模锻工艺成形隔框锻件，由于没有飞边结构，消除了周边肋的流线露头现象，提高了模锻件质量；闭式模锻件余量小，形状尺寸精度高，可提高材料利用率，降低生产成本。因此，隔框闭式模锻成形工艺具有显著的优势。然而，在闭式模锻成形工艺中，模锻件板坯形状尺寸的合理设计是保证获得合格产品的关键。若板坯体积分配不合理，在模锻成形过程中，腹板处金属发生横向穿肋流动，导致在部分中间肋的根部产生紊流、穿流、折叠等缺陷。

传统的自由锻造预成形方法比较适合于加工简单形状的预成形坯，且尺寸精度低，加工效率低，不能满足形状较为复杂且尺寸精确要求高的预制板坯的成形。

发明内容

为了将隔框锻件等厚度板坯经预成形工序锻造成为变厚度板坯，高效的获得尺寸精度高的变厚度板坯，从而提高模锻成形后隔框锻件的质量，有效避免紊流、穿流、折叠等缺陷，本发明提供一种隔框锻件变厚度板坯的预成形模具及方法。

一种隔框锻件变厚度板坯的预成形方法，其特征是依次采用如下步骤：

1)、根据所要成形隔框锻件的形状尺寸，确定变厚度板坯115的形状尺寸；

2)、由变厚度板坯115形状尺寸确定与其体积相等、平面图面积相同的等厚度板坯114；

3)、根据变厚度板坯115形状尺寸设计变厚度板坯的预成形模具；

4)、根据板坯材质的不同，将等厚度板坯114经加热炉加热到该材质固有的始锻温度并 保温45～50min，将预成形模具预热到250～350℃；

5)、将预成形模具和等厚度板坯114喷涂润滑剂；

6)、将等厚度板坯114置于预成形模具凹槽内并加载施压，直到加载行程结束，保压5～10s后卸载回程，顶杆将变厚度板坯115向上顶出凹槽，得到变厚度板坯115。

所述的一种隔框锻件变厚度板坯的预成形方法，其特征是所述确定变厚度板坯形状尺寸的步骤是：

1)、根据所要成形的隔框锻件形状尺寸，绘制隔框锻件三维造型图；

2)、绘制隔框锻件的长宽面的平面图；所述长宽面即由长度和宽度构成的一个面；

3)、在平面图中将隔框锻件划分成若干单元的组合体，并对单元进行编号；所述单元由中间肋(103)中心线所围成的最小区域闭合体或者由中间肋中心线与隔框锻件外轮廓线所围成的最小区域闭合体；

4)、分别计算平面图中每个单元的平面图面积S_i；分别计算每个单元的体积V_i；根据公式：分别计算每个单元的理想厚度H^* _i；

5)、对变厚度板坯每个单元的平面图面积S_i和理想厚度H^* _i进行简化处理，得到变厚度板坯每个新单元的平面图面积S_j和厚度H_j；所述简化处理即将厚度差小于1mm的相邻单元合并成一个新单元，并对未合并的单元和合并后的新单元重新依次编号；分别计算每个新单元的平面图面积S_j和新单元的体积V_j；根据公式：计算每个新单元的理想厚度H^* _j；新单元的体积V_j为被合并单元的体积之和，新单元的平面图面积S_j为被合并单元的平面面积之和；各未合并单元的体积和平面图面积与修正前相同；将理想厚度H^* _j四舍五入取整，得到每个新单元的厚度H_j；

6)、对简化处理后的不同厚度交界处形成的台阶采用过渡斜坡进行修正；即将相邻新单元之间产生的台阶的高阶位置减掉一个横截面是30度角的直角三角形的体积，将该30度角的直角三角形的体积增加到相邻新单元之间产生的台阶的低阶位置处；使高阶与低阶之间由倾斜平面连接。

所述的一种隔框锻件变厚度板坯的预成形方法，其特征是所述变厚度板坯的形状为：在平面图上，变厚度板坯外轮廓与隔框锻件外轮廓相同；变厚度板坯在高度方向上看，下表面为水平面，上表面为通过斜坡过渡连接的若干水平平台。

所述的一种隔框锻件变厚度板坯的预成形方法，其特征是所述隔框锻件由腹板101和肋组成，腹板101的上下表面连接肋，相邻两肋之间的高度差不超过30％，相邻单元的平面图 面积差不超过一倍。

所述的一种隔框锻件变厚度板坯的预成形方法，其特征是所述肋包括中间肋103和周边肋102，隔框锻件的外轮廓上均有周边肋102。

所述的一种隔框锻件变厚度板坯的预成形方法，其特征是所述等厚度板坯选取经过自由锻改善组织后的锻态TC4钛合金材料，预成形前加热到始锻温度940～970℃，并保温45～50min，使板坯心部与表面温度相同；预成形模具的预热温度为250～350℃。

所述的一种隔框锻件变厚度板坯的预成形方法，其特征是所述等厚度板坯选取经过自由锻改善组织后的锻态7075高强铝合金材料，预成形前加热到始锻温度390～410℃，并保温45～50min，使板坯心部与表面温度相同；预成形模具的预热温度为250～350℃。

一种隔框锻件变厚度板坯的预成形模具，其特征是所述变厚度板坯的预成形模具包括上凸模110、下凹模111、顶杆112和顶板113；上凸模110的下部设有凸台，下凹模111的上部设有与凸台配合的凹槽；下凹模111的凹槽底部形状尺寸与变厚度板坯115的斜坡过渡连接的水平平台面的形状尺寸相匹配；下凹模111的凹槽下方设有若干插孔，顶杆112插在插孔内，顶杆112下面设有顶板113，顶板113与顶杆112触碰。

本发明的有益效果:针对这种形状尺寸较为复杂的隔框锻件变厚度板坯，采用此预成形模具及预成形方法进行生产，显著提高了生产效率，提高了材料利用率，确保了变厚度板坯的尺寸精度，为随后隔框锻件的精确闭式模锻成形提供了高质量高精度的变厚度板坯。

附图说明

图1为常见闭式模锻成形缺陷剖面示意图。

图2为本发明隔框锻件一三维造型。

图3为隔框锻件一平面图。

图4为隔框锻件一A-A面剖视图。

图5为隔框锻件一B-B面剖视图。

图6为隔框锻件一理想的变厚度板坯平面图。

图7为隔框锻件一理想的变厚度板坯A-A面剖视图。

图8为隔框锻件一理想的变厚度板坯B-B面剖视图。

图9为隔框锻件一简化后的变厚度板坯平面图。

图10为隔框锻件一简化后的变厚度板坯A-A面剖视图。

图11为隔框锻件一简化后的变厚度板坯B-B面剖视图。

图12为隔框锻件一变厚度板坯平面图。

图13为隔框锻件一变厚度板坯A-A面剖视图。

图14为隔框锻件一变厚度板坯B-B面局部放大剖视图。

图15为本发明隔框锻件二三维造型。

图16为隔框锻件二平面图。

图17为隔框锻件二C-C面剖视图。

图18为隔框锻件二D-D面剖视图。

图19为隔框锻件二理想的变厚度板坯平面图。

图20为隔框锻件二理想的变厚度板坯C-C面剖视图。

图21为隔框锻件二简化后的变厚度板坯平面图。

图22为隔框锻件二简化后的变厚度板坯C-C面剖视图。

图23为隔框锻件二变厚度板坯平面图。

图24为隔框锻件二变厚度板坯C-C面局部放大剖视图。

图25为隔框锻件一变厚度板坯的预成形模具装配结构在A-A面位置的剖视图。

图26为隔框锻件一变厚度板坯成形并顶出后，预成形模具装配结构在A-A面位置的剖视图。

图27为隔框锻件二变厚度板坯的预成形模具装配结构在C-C面位置的剖视图。

图28为隔框锻件二变厚度板坯成形并顶出后，预成形模具装配结构在C-C面位置的剖视图。

图中，101、腹板，102、周边肋，103、中间肋，104、肋腔，105、上模，106、下模，107、隔框锻件一，108、单元边界线，m₁-m₁₆、单元编号，M_I-M_X、新单元编号，109、隔框锻件二，110、上凸模，111、下凹模，112、顶杆，113、顶板，114、等厚度板坯，115、变厚度板坯。

具体实施方式

实施例一：本发明中所述的隔框锻件中腹板101、周边肋102和中间肋103的定义见《锻压技术手册(上册)》第79、786页，国防工业出版社(1989年第一版)。

1、根据所要成形的隔框锻件形状尺寸，确定变厚度板坯115的形状尺寸。具体如下：

1)、此隔框锻件一107长650mm，宽490mm，为双面对称肋结构，纵向、横向各5条肋条相互交织，肋宽为10mm，单面的肋高均为30mm，无模锻斜度，腹板101厚15mm，其平面图总面积为318480mm²。根据所要成形的隔框锻件形状尺寸，利用造型软件UG绘制隔框锻件一107的三维造型，如附图2所示。

2)、使用计算机绘图软件CAXA电子图板绘制隔框锻件一107的长宽面的平面图，如附图3所示，所述长宽面即由长度和宽度构成的一个面。

3)、在平面图中将隔框锻件一107划分成16个单元，并按照从左到右、从上到下的顺序依次将单元编号为m₁～m₁₆，如附图3所示。所述单元为由中间肋103中心线所围成的最小区域闭合体或者由中间肋103中心线与锻件外轮廓线所围成的最小区域闭合体。

4)、分别计算平面图中每个单元的平面图面积S_i；分别计算每个单元的体积V_i；根据公式：分别计算每个单元的理想厚度H^* _i；

首先，根据CAXA电子图板软件绘制的隔框锻件一107的平面图，如附图3所示，在此软件菜单栏中依次选择：“工具”-“查询”-“面积”，软件分别计算得到隔框锻件一107每个单元的平面图面积S_i，i取1、2、…、16；具体为：S₁＝14170mm²，S₂＝18900mm²，S₃＝16800mm²，S₄＝18370mm²，S₅＝18900mm²，S₆＝25200mm²，S₇＝22400mm²，S₈＝24500mm²，S₉＝14850mm²，S₁₀＝21600mm²，S₁₁＝22300mm²，S₁₂＝18150mm²，S₁₃＝18220mm²，S₁₄＝22500mm²，S₁₅＝20700mm²，S₁₆＝20920mm²。

然后，根据UG造型软件绘制的隔框锻件一107如附图2所示的三维造型，在此软件中使用“特征操作”中的“拆分体”功能，将隔框锻件一107的三维造型拆分成各单元的组合体；在软件菜单栏中依次选择：“分析”-“测量体”功能，软件分别计算得到隔框锻件一107各单元的体积V_i，i取1、2、…、16；具体为：V₁＝444210mm³，V₂＝534110mm³，V₃＝481990mm³，V₄＝548530mm³，V₅＝514650mm³，V₆＝599260mm³，V₇＝574250mm³，V₈＝581630mm³，V₉＝422330mm³，V₁₀＝530710mm³，V₁₁＝541890mm³，V₁₂＝493680mm³，V₁₃＝536400mm³，V₁₄＝611780mm³，V₁₅＝581460mm³，V₁₆＝597900mm³。

再次，根据公式：分别计算每个单元的理想厚度H^* _i(i取1、2、…、16)如下(保留两位小数)：H^* ₂＝28.26mm，H^* ₃＝28.69mm，H^* ₄＝29.86mm，H^* ₅＝27.23mm，H^* ₆＝23.78mm，H^* ₇＝24.23mm，H^* ₈＝23.74mm，H^* ₉＝28.44mm，H^* ₁₀＝24.57mm，H^* ₁₁＝24.30mm，H^* ₁₂＝27.20mm，H^* ₁₃＝29.44mm，H^* ₁₄＝27.19mm，H^* ₁₅＝28.09mm，H^* ₁₆＝28.58mm。由S_i和H^* _i确定的所有单元的组合，即为理想的变厚度板坯形状尺寸，如附图6～8所示。

5)、对第4)步中得到变厚度板坯每个单元的平面图面积S_i和理想厚度H^* _i进行简化处理，得到变厚度板坯每个新单元的平面面积S_j和厚度H_j，具体为：

①、单元的合并和重新编号：

将厚度差小于1mm的相邻单元合并成一个新单元，并对未合并的单元和合并后的单元从 左到右、从上到下依次重新编号，记为M_j，j取Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、……。随后，确定合并后板坯各单元的理想厚度：

如附图9所示，单元m₁重新编号为单元M_Ⅰ，因此有S_Ⅰ＝S₁＝14170mm²，H^* _Ⅰ＝H^* ₁＝31.35mm；由于H^* ₂＝28.26mm，H^* ₃＝28.69mm，厚度差小于1mm，因此将单元m₂、m₃合并，编号为单元M_Ⅱ，单元M_Ⅱ板坯平面图面积为S_Ⅱ＝S₂+S₃＝18900+16800＝35700mm²，根据新单元的体积与平面图面积之比，即公式确定理想厚度为 同样的，将单元m₆、m₇、m₈、m₁₀、m₁₁合并，编号为单元M_Ⅴ，得到其板坯平面图面积为S_Ⅴ＝S₆+S₇+S₈+S₁₀+S₁₁＝116000mm，理想厚度为将单元m₁₄、m₁₅合并，编号为单元M_Ⅸ，得到其板坯平面图面积为S_Ⅸ＝43200mm²，理想厚度为H^* _Ⅸ＝27.62mm。

对单元编号后，得到板坯的各单元平面图面积S_j和理想厚度H^* _j分别为：S_Ⅰ＝14170mm²，H^* _Ⅰ＝H^* ₁＝31.35mm；S_Ⅱ＝35700mm²，H^* _Ⅱ＝28.46mm；S_Ⅲ＝S₄＝18370mm²，H^* _Ⅲ＝H^* ₄＝29.86mm；S_Ⅳ＝S₅＝18900mm²，H^* _Ⅳ＝H^* ₅＝27.23mm；S_Ⅴ＝116000mm²，H^* _Ⅴ＝24.38mm；S_Ⅵ＝S₉＝14850mm²，H^* _Ⅵ＝H^* ₉＝28.44mm；S_Ⅶ＝S₁₂＝18150mm²，H^* _Ⅶ＝H^* ₁₂＝27.20mm；S_Ⅷ＝S₁₃＝18220mm²，H^* _Ⅷ＝H^* ₁₃＝29.44mm；S_Ⅸ＝43200mm²，H^* _Ⅸ＝27.62mm；S_Ⅹ＝S₁₆＝20920mm²，H^* _Ⅹ＝H^* ₁₆＝28.58mm。

②、将各单元的理想厚度H^* _j分别四舍五入取整，得到简化后的每个新单元的厚度H_j，具体为：H_Ⅰ＝31mm，H_Ⅱ＝28mm，H_Ⅲ＝30mm，H_Ⅳ＝27mm，H_Ⅴ＝24mm，H_Ⅵ＝28mm，H_Ⅶ＝27mm，H_Ⅷ＝29mm，H_Ⅸ＝28mm，H_Ⅹ＝29mm。由各单元构成的组合体即为简化后的变厚度板坯，如附图9～11所示。

6)、对第5)步中得到的简化处理后的不同厚度交界处形成的台阶采用过渡斜坡进行修正，具体为：

将相邻新单元之间产生的台阶的高阶位置减掉一个横截面是30度角的直角三角形的体积，将该30度角的直角三角形的体积增加到相邻新单元之间产生的台阶的低阶位置处。如附图14所示，使相邻单元交界处台阶两侧的横截面局部面积相等，即在附图14中，三角形区域面积A₁＝A₂。

这样就最终确定了隔框锻件一107变厚度板坯形状尺寸，如附图12～14所示。

2、由变厚度板坯115形状尺寸确定与其体积相等、平面图面积相同的等厚度板坯114， 具体如下：

等厚度板坯114的体积和平面图周边轮廓与前面计算确定的变厚度板坯115的体积和平面图周边轮廓相同；变厚度板坯115的体积也与隔框锻件体积相等，由UG软件读出，为8594780mm³，平面图总面积为318480mm²，可以得到下料厚度为H_ori＝26.99mm≈27mm(为了饱满成形，需要进位取整)；本实施例中的等厚度板坯114选取经过自由锻改善组织后的锻态TC4钛合金等厚度板坯。

3、根据变厚度板坯115形状尺寸设计变厚度板坯的预成形模具，其结构如下：

此预成形模具包括上凸模110、下凹模111、顶杆112和顶板113，如附图25所示；上凸模110的下部设有凸台，下凹模111的上部设有与凸台配合的凹槽；下凹模111的凹槽下方设有若干插孔，顶杆112插在插孔内，顶杆112下面设有顶板113，顶板112与顶杆113触碰；顶杆112为圆柱形顶杆，各顶杆112直径均为本实施例中顶杆112数量与理想变厚度板坯单元个数同为16个，各顶杆(插孔)分布在所对应的理想的变厚度板坯各单元面积的形心位置。

4、初始等厚度TC4钛合金板坯114经加热炉加热到始锻温度940～970℃，并保温45～50min，使板坯心部与表面温度相同；预成形模具的预热温度为250～350℃。

5、将预成形模具和等厚度板坯114表面喷涂玻璃润滑剂。

6、将等厚度板坯114置于预成形模具凹槽内并以5～12mm/s的速度加载施压，直到加载行程结束，保压5～10s后卸载回程，顶杆将变厚度板坯115向上顶出凹槽，得到变厚度板坯115，如附图26所示。

实施例二：1、根据所要成形的隔框锻件形状尺寸，确定变厚度板坯115的形状尺寸。具体如下：

1)、此隔框锻件一107长650mm，宽490mm，为双面对称肋结构，纵向、横向各5条肋条相互交织，肋宽为10mm，单面的肋高均为30mm，无模锻斜度，腹板101厚15mm，其平面图总面积为318480mm²。根据所要成形的隔框锻件形状尺寸，利用造型软件UG绘制隔框锻件一107的三维造型，如附图2所示。

2)、使用计算机绘图软件CAXA电子图板绘制隔框锻件一107的长宽面的平面图，如附图3所示，所述长宽面即由长度和宽度构成的一个面。

3)、在平面图中将隔框锻件一107划分成16个单元，并按照从左到右、从上到下的顺序依次将单元编号为m₁～m₁₆，如附图3所示。所述单元为由中间肋103中心线所围成的最小区域闭合体或者由中间肋103中心线与锻件外轮廓线所围成的最小区域闭合体。

4)、分别计算平面图中每个单元的平面图面积S_i；分别计算每个单元的体积V_i；根据公 式：分别计算每个单元的理想厚度H^* _i；

首先，根据CAXA电子图板软件绘制的隔框锻件一107的平面图，如附图3所示，在此软件菜单栏中依次选择：“工具”-“查询”-“面积”，软件分别计算得到隔框锻件一107每个单元的平面图面积S_i，i取1、2、…、16；具体为：S₁＝14170mm²，S₂＝18900mm²，S₃＝16800mm²，S₄＝18370mm²，S₅＝18900mm²，S₆＝25200mm²，S₇＝22400mm²，S₈＝24500mm²，S₉＝14850mm²，S₁₀＝21600mm²，S₁₁＝22300mm²，S₁₂＝18150mm²，S₁₃＝18220mm²，S₁₄＝22500mm²，S₁₅＝20700mm²，S₁₆＝20920mm²。

然后，根据UG造型软件绘制的隔框锻件一107如附图2所示的三维造型，在此软件中使用“特征操作”中的“拆分体”功能，将隔框锻件一107的三维造型拆分成各单元的组合体；在软件菜单栏中依次选择：“分析”-“测量体”功能，软件分别计算得到隔框锻件一107各单元的体积V_i，i取1、2、…、16；具体为：V₁＝444210mm³，V₂＝534110mm³，V₃＝481990mm³，V₄＝548530mm³，V₅＝514650mm³，V₆＝599260mm³，V₇＝574250mm³，V₈＝581630mm³，V₉＝422330mm³，V₁₀＝530710mm³，V₁₁＝541890mm³，V₁₂＝493680mm³，V₁₃＝536400mm³，V₁₄＝611780mm³，V₁₅＝581460mm³，V₁₆＝597900mm³。

再次，根据公式：分别计算每个单元的理想厚度H^* _i(i取1、2、…、16)如下(保留两位小数)：H^* ₂＝28.26mm，H^* ₃＝28.69mm，H^* ₄＝29.86mm，H^* ₅＝27.23mm，H^* ₆＝23.78mm，H^* ₇＝24.23mm，H^* ₈＝23.74mm，H^* ₉＝28.44mm，H^* ₁₀＝24.57mm，H^* ₁₁＝24.30mm，H^* ₁₂＝27.20mm，H^* ₁₃＝29.44mm，H^* ₁₄＝27.19mm，H^* ₁₅＝28.09mm，H^* ₁₆＝28.58mm。由S_i和H^* _i确定的所有单元的组合，即为理想的变厚度板坯形状尺寸，如附图6～8所示。

5)、对第4)步中得到变厚度板坯每个单元的平面图面积S_i和理想厚度H^* _i进行简化处理，得到变厚度板坯每个新单元的平面面积S_j和厚度H_j，具体为：

①、单元的合并和重新编号：

将厚度差小于1mm的相邻单元合并成一个新单元，并对未合并的单元和合并后的单元从左到右、从上到下依次重新编号，记为M_j，j取Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、……。随后，确定合并后板坯各单元的理想厚度：

如附图9所示，单元m₁重新编号为单元M_Ⅰ，因此有S_Ⅰ＝S₁＝14170mm²，H^* _Ⅰ＝H^* ₁＝31.35mm；由于H^* ₂＝28.26mm，H^* ₃＝28.69mm，厚度差小于1mm，因此将单元m₂、m₃合并，编号为单元M_Ⅱ，单元M_Ⅱ板坯平面图面积为S_Ⅱ＝S₂+S₃＝18900+16800＝35700mm²，根据新单元的体积与平面图面积之比，即公式确定理想厚度为同样的，将单元m₆、m₇、m₈、m₁₀、m₁₁合并，编号为单元M_Ⅴ，得到其板坯平面图面积为S_Ⅴ＝S₆+S₇+S₈+S₁₀+S₁₁＝116000mm，理想厚度为将单元m₁₄、m₁₅合并，编号为单元M_Ⅸ，得到其板坯平面图面积为S_Ⅸ＝43200mm²，理想厚度为H^* _Ⅸ＝27.62mm。

对单元编号后，得到板坯的各单元平面图面积S_j和理想厚度H^* _j分别为：S_Ⅰ＝14170mm²，H^* _Ⅰ＝H^* ₁＝31.35mm；S_Ⅱ＝35700mm²，H^* _Ⅱ＝28.46mm；S_Ⅲ＝S₄＝18370mm²，H^* _Ⅲ＝H^* ₄＝29.86mm；S_Ⅳ＝S₅＝18900mm²，H^* _Ⅳ＝H^* ₅＝27.23mm；S_Ⅴ＝116000mm²，H^* _Ⅴ＝24.38mm；S_Ⅵ＝S₉＝14850mm²，H^* _Ⅵ＝H^* ₉＝28.44mm；S_Ⅶ＝S₁₂＝18150mm²，H^* _Ⅶ＝H^* ₁₂＝27.20mm；S_Ⅷ＝S₁₃＝18220mm²，H^* _Ⅷ＝H^* ₁₃＝29.44mm；S_Ⅸ＝43200mm²，H^* _Ⅸ＝27.62mm；S_Ⅹ＝S₁₆＝20920mm²，H^* _Ⅹ＝H^* ₁₆＝28.58mm。

②、将各单元的理想厚度H^* _j分别四舍五入取整，得到简化后的每个新单元的厚度H_j，具体为：H_Ⅰ＝31mm，H_Ⅱ＝28mm，H_Ⅲ＝30mm，H_Ⅳ＝27mm，H_Ⅴ＝24mm，H_Ⅵ＝28mm，H_Ⅶ＝27mm，H_Ⅷ＝29mm，H_Ⅸ＝28mm，H_Ⅹ＝29mm。由各单元构成的组合体即为简化后的变厚度板坯，如附图9～11所示。

6)、对第5)步中得到的简化处理后的不同厚度交界处形成的台阶采用过渡斜坡进行修正，具体为：

将相邻新单元之间产生的台阶的高阶位置减掉一个横截面是30度角的直角三角形的体积，将该30度角的直角三角形的体积增加到相邻新单元之间产生的台阶的低阶位置处。如附图14所示，使相邻单元交界处台阶两侧的横截面局部面积相等，即在附图14中，三角形区域面积A₁＝A₂。

这样就最终确定了隔框锻件一107变厚度板坯形状尺寸，如附图12～14所示。

2、由变厚度板坯115形状尺寸确定与其体积相等、平面图面积相同的等厚度板坯114，具体如下：

等厚度板坯114的体积和平面图周边轮廓与计算确定的变厚度板坯115的体积和平面图周边轮廓相同；变厚度板坯115的体积也与隔框锻件体积相等，由UG软件读出，为8594780mm³，平面图总面积为318480mm²，可以得到下料厚度为H_ori＝26.99mm≈27mm(为 了饱满成形，需要进位取整)；本实施例中的等厚度板坯114选取经过自由锻改善组织后的锻态7075高强铝合金等厚度板坯。

3、根据变厚度板坯115形状尺寸设计变厚度板坯的预成形模具，其结构如下：

此预成形模具包括上凸模110、下凹模111、顶杆112和顶板113，如附图25所示；上凸模的下部设有凸台，下凹模的上部设有与凸台配合的凹槽；下凹模111的凹槽底部形状尺寸与变厚度板坯115的斜坡过渡连接的水平平台面的形状尺寸相匹配；下凹模111的凹槽下方设有若干插孔，顶杆112插在插孔内，顶杆下面设有顶板113，顶板与顶杆触碰；顶杆112为圆柱形顶杆，各顶杆112直径均为本实施例中顶杆112数量与理想变厚度板坯单元个数同为16个，各顶杆(插孔)分布在所对应的理想的变厚度板坯各单元面积的形心位置。

4、初始等厚度7075高强铝合金板坯经加热炉加热到始锻温度390～410℃，并保温45～50min，使板坯心部与表面温度相同，将预成形模具预热到250～350℃。

5、将预成形模具和等厚度板坯114表面喷涂玻璃润滑剂。

6、将等厚度板坯114置于预成形模具凹槽内并以5～12mm/s的速度加载施压，直到加载行程结束，保压5～10s后卸载回程，顶杆将变厚度板坯115向上顶出凹槽，得到变厚度板坯115，如附图26所示。

实施例三：1、根据所要成形的隔框锻件形状尺寸，确定变厚度板坯115的形状尺寸。具体如下：

1)、此隔框锻件二109长555mm，宽150～400mm，为双面对称肋结构，纵向5条、横向3条肋条相互交织，肋宽为10mm，单面的纵向中间肋103高与周边肋102高为30mm，单面的横向中间肋103高为26mm，无模锻斜度，腹板101厚15mm，其平面图总面积为134006mm²。根据所要成形的隔框锻件形状尺寸，利用造型软件UG绘制隔框锻件二109的三维造型，如附图15所示。

2)、使用计算机绘图软件CAXA电子图板绘制隔框锻件二109的长宽面平面图，如附图16所示，所述长宽面即由长度和宽度构成的一个面。

3)、在平面图中将隔框锻件二109划分成8个单元，并按照从左到右、从上到下的顺序依次将单元编号为m₁～m₈，如附图16所示。所述单元为由中间肋103中心线所围成的最小区域闭合体或者由中间肋103中心线与锻件外轮廓线所围成的最小区域闭合体。

4)、分别计算平面图中每个单元的平面图面积S_i；分别计算每个单元的体积V_i；根据公式：分别计算每个单元的理想厚度H^* _i；

首先，根据CAXA电子图板软件绘制的隔框锻件二109的平面图，如附图16所示，在此软件菜单栏中依次选择：“工具”-“查询”-“面积”，软件计算得到隔框锻件各单元的平面图面积S_i，i取1、2、…、8；具体为：S₁＝10875mm²，S₂＝12638mm²，S₃＝19234mm²，S₄＝24256mm²，S₅＝10875mm²，S₆＝12638mm²，S₇＝19234mm²，S₈＝24256mm²。

然后，根据UG造型软件绘制的隔框锻件二109如附图15所示的三维造型，在此软件中使用“特征操作”中的“拆分体”功能，将隔框锻件二109的三维造型拆分成各单元的组合体；在软件菜单栏中依次选择：“分析”-“测量体”功能，软件分别计算得到隔框锻件二109各单元的体积V_i，i取1、2、…、8；具体为：V₁＝349725mm³，V₂＝365254mm³，V₃＝486482mm³，V₄＝635184mm³，V₅＝349725mm³，V₆＝365254mm³，V₇＝486482mm³，V₈＝635184mm³；

再次，根据公式：分别计算每个单元的理想厚度H^* _i(i取1、2、…、8)如下(保留两位小数)：H^* ₂＝28.90mm，H^* ₃＝25.29mm，H^* ₄＝26.19mm，H^* ₅＝32.16mm，H^* ₆＝28.90mm，H^* ₇＝25.29mm，H^* ₈＝26.19mm。由S_i和H^* _i确定的所有单元的组合，即为理想的变厚度板坯形状尺寸，如附图19、20所示。

5)、对第4)步中得到变厚度板坯每个单元的平面图面积S_i和理想厚度H^* _i进行简化处理，得到变厚度板坯每个新单元的平面面积S_j和厚度H_j，具体为：

①、单元的合并和重新编号：

将厚度差小于1mm的相邻单元合并成一个新单元，并对未合并的单元和合并后的单元从左到右、从上到下依次重新编号，记为M_j，j取Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、……。随后，确定合并后板坯各单元的理想厚度：

如附图21所示，单元m₁、m₅理想厚度相等，属于厚度差小于1mm，将其合并，重新编号为单元M_Ⅰ，单元M_Ⅰ平面图面积为S_Ⅰ＝S₁+S₅＝10875+10875＝21750mm²，根据新单元的体积与面积之比，即公式确定理想厚度为H^* _Ⅰ＝(V₁+V₅)/S_Ⅰ＝32.16mm；同样的，将单元m₂、m₆合并，编号为单元M_Ⅱ，其平面图面积为S_Ⅱ＝25276mm²，理想厚度为H^* _Ⅱ＝28.90mm；将单元m₃、m₇合并，编号为单元M_Ⅲ，S_Ⅲ＝38468mm²，H^* _Ⅲ＝25.29mm；将单元m₄、m₈合并，编号为单元M_Ⅳ，S_Ⅳ＝48512mm²，H^* _Ⅳ＝26.19mm。

②、将各单元M_j的理想厚度四舍五入取整，得到简化后的每个新单元的厚度H_j，具体为：S_Ⅰ＝21750mm²，H_Ⅰ＝32mm；S_Ⅱ＝25276mm²，H_Ⅱ＝29mm；S_Ⅲ＝38468mm²，H_Ⅲ＝25mm；S_Ⅳ＝48512mm²，H_Ⅳ＝26mm。由各单元构成的组合体即为简化后的变厚度板坯，如附图21、22所示。

6)、对第5)步中得到的简化处理后的不同厚度交界处形成的台阶采用过渡斜坡进行修正，具体为：

将相邻新单元之间产生的台阶的高阶位置减掉一个横截面是30度角的直角三角形的体积，将该30度角的直角三角形的体积增加到相邻新单元之间产生的台阶的低阶位置处。如附图24所示，使相邻单元交界处台阶两侧的横截面局部面积相等，即在附图24中，三角形区域面积D₁＝D₂。

这样就最终确定了隔框锻件二109变厚度板坯形状尺寸，如附图23、24所示。

2、由变厚度板坯115形状尺寸确定与其体积相等、平面图面积相同的等厚度板坯114，具体如下：

等厚度板坯114的体积和平面图周边轮廓与计算确定的变厚度板坯115的体积和平面图周边轮廓相同；变厚度板坯115的体积也与隔框锻件体积相等，由UG软件读出，为3673290mm³，平面图总面积为134006mm²，可以得到下料厚度为H_ori＝27.41mm≈28mm(为了饱满成形，需要进位取整)；本实施例中的等厚度板坯114选取经过自由锻改善组织后的锻态TC4钛合金等厚度板坯。

3、根据变厚度板坯115形状尺寸设计变厚度板坯的预成形模具，其结构如下：

此预成形模具包括上凸模110、下凹模111、顶杆112和顶板113，如附图27所示；上凸模的下部设有凸台，下凹模的上部设有与凸台配合的凹槽；下凹模111的凹槽下方设有若干插孔，顶杆112插在插孔内，顶杆下面设有顶板113，顶板与顶杆触碰；顶杆112为圆柱形顶杆，各顶杆112直径均为本实施例中顶杆112数量与理想变厚度板坯单元个数同为8个，各顶杆(插孔)分布在所对应的理想的变厚度板坯各单元面积的形心位置。

4、初始等厚度TC4钛合金板坯114经加热炉加热到始锻温度940～970℃，并保温45～50min，使板坯心部与表面温度相同，将预成形模具预热到250～350℃。

5、将预成形模具和等厚度板坯114表面喷涂玻璃润滑剂。

6、将等厚度板坯114置于预成形模具凹槽内并以5～12mm/s的速度加载施压，直到加载行程结束，保压5～10s后卸载回程，顶杆将变厚度板坯115向上顶出凹槽，得到变厚度板坯115，如附图28所示。

实施例四：1、根据所要成形的隔框锻件形状尺寸，确定变厚度板坯115的形状尺寸。具体如下：

1)、此隔框锻件二109长555mm，宽150～400mm，为双面对称肋结构，纵向5条、横向3条肋条相互交织，肋宽为10mm，单面的纵向中间肋103高与周边肋102高为30mm，单面的横向中间肋103高为26mm，无模锻斜度，腹板101厚15mm，其平面图总面积为134006mm²。 根据所要成形的隔框锻件形状尺寸，利用造型软件UG绘制隔框锻件二109的三维造型，如附图15所示。

2)、使用计算机绘图软件CAXA电子图板绘制隔框锻件二109的长宽面平面图，如附图16所示，所述长宽面即由长度和宽度构成的一个面。

3)、在平面图中将隔框锻件二109划分成8个单元，并按照从左到右、从上到下的顺序依次将单元编号为m₁～m₈，如附图16所示。所述单元为由中间肋103中心线所围成的最小区域闭合体或者由中间肋103中心线与锻件外轮廓线所围成的最小区域闭合体。

4)、分别计算平面图中每个单元的平面图面积S_i；分别计算每个单元的体积V_i；根据公式：分别计算每个单元的理想厚度H^* _i；

首先，根据CAXA电子图板软件绘制的隔框锻件二109的平面图，如附图16所示，在此软件菜单栏中依次选择：“工具”-“查询”-“面积”，软件计算得到隔框锻件各单元的平面图面积S_i，i取1、2、…、8；具体为：S₁＝10875mm²，S₂＝12638mm²，S₃＝19234mm²，S₄＝24256mm²，S₅＝10875mm²，S₆＝12638mm²，S₇＝19234mm²，S₈＝24256mm²。

然后，根据UG造型软件绘制的隔框锻件二109如附图15所示的三维造型，在此软件中使用“特征操作”中的“拆分体”功能，将隔框锻件二109的三维造型拆分成各单元的组合体；在软件菜单栏中依次选择：“分析”-“测量体”功能，软件分别计算得到隔框锻件二109各单元的体积V_i，i取1、2、…、8；具体为：V₁＝349725mm³，V₂＝365254mm³，V₃＝486482mm³，V₄＝635184mm³，V₅＝349725mm³，V₆＝365254mm³，V₇＝486482mm³，V₈＝635184mm³；

再次，根据公式：分别计算每个单元的理想厚度H^* _i(i取1、2、…、8)如下(保留两位小数)：H^* ₂＝28.90mm，H^* ₃＝25.29mm，H^* ₄＝26.19mm，H^* ₅＝32.16mm，H^* ₆＝28.90mm，H^* ₇＝25.29mm，H^* ₈＝26.19mm。由S_i和H^* _i确定的所有单元的组合，即为理想的变厚度板坯形状尺寸，如附图19、20所示。

5)、对第4)步中得到变厚度板坯每个单元的平面图面积S_i和理想厚度H^* _i进行简化处理，得到变厚度板坯每个新单元的平面面积S_j和厚度H_j，具体为：

①、单元的合并和重新编号：

将厚度差小于1mm的相邻单元合并成一个新单元，并对未合并的单元和合并后的单元从左到右、从上到下依次重新编号，记为M_j，j取Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、……。随后，确定合并后板坯各单元的理想厚度：

如附图21所示，单元m₁、m₅理想厚度相等，属于厚度差小于1mm，将其合并，重新编号为单元M_Ⅰ，单元M_Ⅰ平面图面积为S_Ⅰ＝S₁+S₅＝10875+10875＝21750mm²，根据新单元的体积与面积之比，即公式确定理想厚度为H^* _Ⅰ＝(V₁+V₅)/S_Ⅰ＝32.16mm；同样的，将单元m₂、m₆合并，编号为单元M_Ⅱ，其平面图面积为S_Ⅱ＝25276mm²，理想厚度为H^* _Ⅱ＝28.90mm；将单元m₃、m₇合并，编号为单元M_Ⅲ，S_Ⅲ＝38468mm²，H^* _Ⅲ＝25.29mm；将单元m₄、m₈合并，编号为单元M_Ⅳ，S_Ⅳ＝48512mm²，H^* _Ⅳ＝26.19mm。

②、将各单元M_j的理想厚度四舍五入取整，得到简化后的每个新单元的厚度H_j，具体为：S_Ⅰ＝21750mm²，H_Ⅰ＝32mm；S_Ⅱ＝25276mm²，H_Ⅱ＝29mm；S_Ⅲ＝38468mm²，H_Ⅲ＝25mm；S_Ⅳ＝48512mm²，H_Ⅳ＝26mm。由各单元构成的组合体即为简化后的变厚度板坯，如附图21、22所示。

6)、对第5)步中得到的简化处理后的不同厚度交界处形成的台阶采用过渡斜坡进行修正，具体为：

将相邻新单元之间产生的台阶的高阶位置减掉一个横截面是30度角的直角三角形的体积，将该30度角的直角三角形的体积增加到相邻新单元之间产生的台阶的低阶位置处。如附图24所示，使相邻单元交界处台阶两侧的横截面局部面积相等，即在附图24中，三角形区域面积D₁＝D₂。

这样就最终确定了隔框锻件二109变厚度板坯形状尺寸，如附图23、24所示。

2、由变厚度板坯115形状尺寸确定与其体积相等、平面图面积相同的等厚度板坯114，具体如下：

等厚度板坯114的体积和平面图周边轮廓与计算确定的变厚度板坯115的体积和平面图周边轮廓相同；变厚度板坯115的体积也与隔框锻件体积相等，由UG软件读出，为3673290mm³，平面图总面积为134006mm²，可以得到下料厚度为H_ori＝27.41mm≈28mm(为了饱满成形，需要进位取整)；本实施例中的等厚度板坯114选取经过自由锻改善组织后的锻态7075高强铝合金等厚度板坯。

3、根据变厚度板坯115形状尺寸设计变厚度板坯的预成形模具，其结构如下：

此预成形模具包括上凸模110、下凹模111、顶杆112和顶板113，如图27所示；上凸模的下部设有凸台，下凹模的上部设有与凸台配合的凹槽；下凹模111的凹槽下方设有若干插孔，顶杆112插在插孔内，顶杆下面设有顶板113，顶板与顶杆触碰；顶杆112为圆柱形顶杆，各顶杆112直径均为本实施例中顶杆112数量与理想变厚度板坯单元个数同为8个，各顶杆(插孔)分布在所对应的理想的变厚度板坯各单元面积的形心位置；

一种隔框锻件变厚度板坯预成形方法，依次采用如下步骤预成形变厚度板坯：

4、初始等厚度7075高强铝合金板坯114经加热炉加热到始锻温度390～410℃，并保温45～50min，使板坯心部与表面温度相同，将预成形模具预热到250～350℃。

5、将预成形模具和等厚度板坯114表面喷涂玻璃润滑剂。

6、将等厚度板坯114置于预成形模具凹槽内并以5～12mm/s的速度加载施压，直到加载行程结束，保压5～10s后卸载回程，顶杆将变厚度板坯115向上顶出凹槽，得到变厚度板坯115，如附图28所示。

Claims (1)

1.一种隔框锻件变厚度板坯的预成形方法，依次采用如下步骤：

1)、根据所要成形的隔框锻件的形状尺寸，确定变厚度板坯(115)的形状尺寸；

2)、由变厚度板坯(115)形状尺寸确定与其体积相等、平面图面积相同的等厚度板坯(114)；

3)、根据变厚度板坯(115)形状尺寸设计变厚度板坯预成形模具；

4)、根据板坯材质的不同，将等厚度板坯(114)经加热炉加热到该材质固有的始锻温度并保温45～50min，将预成形模具预热到250～350℃；

5)、将预成形模具和等厚度板坯(114)喷涂润滑剂；

6)、将等厚度板坯(114)置于预成形模具凹槽内并加载施压，直到加载行程结束，保压5～10s后卸载回程，顶杆将变厚度板坯(115)向上顶出凹槽，得到变厚度板坯(115)；其特征是所述确定变厚度板坯形状尺寸的步骤是：

1)、根据所要成形的隔框锻件形状尺寸，绘制隔框锻件三维造型图；

2)、绘制隔框锻件的长宽面的平面图；所述长宽面即由长度和宽度构成的一个面；

3)、在平面图中将隔框锻件划分成若干单元的组合体，并对单元进行编号；所述单元由中间肋(103)中心线所围成的最小区域闭合体或者由中间肋中心线与隔框锻件外轮廓线所围成的最小区域闭合体；

4)、分别计算平面图中每个单元的平面图面积S_i；分别计算每个单元的体积V_i；根据公式：分别计算每个单元的理想厚度H^* _i；

5)、对变厚度板坯每个单元的平面图面积S_i和理想厚度H^* _i进行简化处理，得到变厚度板坯每个新单元的平面图面积S_j和厚度H_j；所述简化处理即将厚度差小于1mm的相邻单元合并成一个新单元，并对未合并的单元和合并后的新单元重新依次编号；分别计算每个新单元的平面图面积S_j和新单元的体积V_j；根据公式：计算每个新单元的理想厚度H^* _j；新单元的体积V_j为被合并单元的体积之和，新单元的平面图面积S_j为被合并单元的平面面积之和；各未合并单元的体积和平面图面积与修正前相同；将理想厚度H^* _j四舍五入取整，得到每个新单元的厚度H_j；

6)、对简化处理后的不同厚度交界处形成的台阶采用过渡斜坡进行修正；即将相邻新单元之间产生的台阶的高阶位置减掉一个横截面是30度角的直角三角形的体积，将该30度角的直角三角形的体积增加到相邻新单元之间产生的台阶的低阶位置处；使高阶与低阶之间由倾斜平面连接。