基于数值模拟与神经网络技术的发动机吊挂锻造成形工艺设计及优化研究

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随着飞机装载能力的增强,承受的载荷越来越大,性能也需逐渐提升。吊挂作为连接发动机与飞机机翼的关键承载装置,不仅需要传递动力,而且还要承受飞行过程中发动机产生的载荷,是全机的高温影响区和受力集中区。为了获得具有强度高和可靠性优的吊挂零件,因此需要设计出优良的锻造成形工艺。本文主要内容就是提出并优化吊挂的锻造成形工艺。首先,对吊挂锻件的结构以及成形工艺的难点进行了分析及预测,初步确定制坯、预锻、终锻的整体成形工艺。确定了吊挂锻件的分模面、加工余量、拔模斜度及锻模飞边槽等设计参数,通过CATIA软件设计了吊挂终锻件、预锻件及其相应的热锻模。并对实际生产所需模锻压力进行计算,初步选定液压机设备。其次,针对两种荒坯形状设计了吊挂锻件的工艺流程,对第一种随形设计方案进行模拟,最终出现充填不完整现象,通过调整终锻模具局部飞边高度对其优化,确定两侧飞边为4mm时充填完整,并且飞边分布均匀;随后,对两种工艺方案进行锻造全流程模拟,对比两种方案得到的结果,分析了成形过程、成形载荷、等效应变、成形缺陷以及对终锻模具的影响。并且结合实际工程生产条件确定了方案二更加合理。接着,基于工艺方案二研究了不同工艺参数预锻停止条件、预制坯加热温度、成形速度对吊挂成形的影响。通过对充填效果、成形载荷、等效应变、等效应力以及模具应力进行综合分析。结果表明预锻欠压距离越小,可对坯料进行更合理的分配,使终锻充填更加良好;预制坯加热温度的升高,可以有效降低成形载荷,减小锻件应力使其分布更加均匀;适当的增加成形速度,可以使坯料温度降低更慢,利于成形。最终确定了预锻欠压为2mm、坯料加热温度为980℃、模锻成形速度为10mm/s时,其成形载荷最低,能够得到综合性能优良的吊挂锻件。然后,对终锻成形中模具磨损量进行研究,利用BP神经网络技术构建了终锻各工艺参数(热交换系数、模具温度、摩擦系数)与成形载荷和模具磨损之间的非线性关系。为了减少模拟次数,通过正交实验获得了用以训练网络模型的数据。为使得到的神经网络模型具有较高的精度,分析了不同隐含层神经元数时,模型的均方误差MSE,得到在神经元数为4时,均方误差最低,模型有较高的准确性。通过所构建的网络模型,预测得到最优参数组合,并对预测的结果进行实际模拟验证,模具磨损值相对误差为4.38%;终锻成形载荷相对误差为3.29%,相对误差都低于5%,结果可靠。通过神经网络技术与锻造模拟相结合,有效节省了吊挂开发时间,提升了效率。为后续新产品的开发打下了基础。最后,将设计的工艺及优化后的参数进行工程生产并验证。实际得到的结果与仿真模拟的结果相近。对试料区进行常规理化检测,各项指标均达到标准要求。证实了该工艺方案具有可行性。
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