本发明涉及一种防止大型桶形锻件底部变形死区的锻件设计方法及其模具，属于锻造设计。
背景技术：
1、大型异形桶体构件属于航空领域的关键构件，其最大外形尺寸为600~1500mm，桶体壁厚为10~100mm，属于大尺寸薄壁构件，其对组织和性能要求极高且均匀。如图1所示，传统锻件方法设计和制作大型桶形锻件时，桶形锻件底部一般设计为平底；如图2所示，底部区域存在较大的应变分布不均以及三个难变形区或变形死区，导致锻件底部不同区域组织晶粒差异大、力学性能差异大、流线不顺畅，造成加工后零件底部组织和性能差异大，底部中心和两侧区域不能满足产品组织性能要求。
2、因此，如何控制应变分布不均、消除锻件待加工零件区域存在变形死区、并获得合理流线，以保障获得满足组织性能要求的待加工零件是本领域技术人员有待解决的技术难题。
3、
技术实现思路
1、针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种防止大型异形桶锻件底部变形死区的锻件设计方法，解决大型异形桶形锻件底部应变分布不均、锻件待加工零件区域存在变形死区的问题。
2、本发明还提供一种按该方法设计的防止大型异形桶锻件底部变形死区的锻件模具。
3、实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
4、一种防止大型异形桶锻件底部变形死区的锻件设计方法，其特征在于，包括如下步骤：
5、步骤1：基于传统锻件设计方法，桶形锻件底部一般设计为平底，本设计对锻件平底外侧区域增设一个两阶凸台结构；
6、步骤2：基于第一步，对锻件底部相应的下模或下顶出模具结构进行形状匹配设计与三维建模；
7、步骤 3：基于步骤1和2，对所设计的锻件及相应模具进行三维建模；
8、步骤4：对大型异形桶锻件进行模拟仿真，根据大型异形桶锻件应变分布调整锻件底部两阶凸台结构高度尺寸、宽度尺寸以及下模或下顶出模具的匹配形状尺寸；
9、步骤5：分析大型异形桶锻件流线分布，确保其待加工零件区域变形均匀、流线顺畅，且满足组织性能要求。
10、进一步，所述步骤1，本设计对锻件平底外侧区域增设一个两阶凸台结构，其中，锻件平底宽度b0为400~800mm，设计第一阶梯高度h1为20~50mm，单边宽度b1为50~100mm，第二阶梯平台高度h2为50mm，单边宽度b2为50~100mm，阶梯拔模斜度为15~30°。
11、本发明还提供按上述方法获得的防止大型桶形锻件底部变形死区的模具，在下模具处增加下顶出结构的顶出模；所述下模和设于下模中部的顶出模，根据大型桶锻件应变分布调整锻件底部凹坑深度尺寸、凹坑边缘厚度尺寸以及下模或下顶出模具的匹配形状尺寸进行设计；分析大型异形桶锻件流线分布，确保其待加工零件区域变形均匀、流线顺畅，且满足组织性能要求。
12、相比现有技术，本发明具有如下有益效果：
13、1、本发明结合锻件数值模拟分析，通过改变锻件底部凸台结构高度尺寸、宽度尺寸以及下顶出模具匹配形状尺寸，对大型异形桶锻件应变分布不均情况进行优化，使得底部中心变形死区的变形量明显增加，有效防止了底部中心区域出现变形死区的可能，同时可使得两侧的两个变形死区外移和下移到待加工零件区域以下，其中，锻件应变量提高了40%，这对大型异形桶锻件底部待加工零件区域实现应变均匀分布、组织性能均匀、流线顺畅合理的效果十分显著。
14、2、本发明通过设计一种两阶凸台结构锻件及匹配形状的模具，可有效地将两侧的变形死区外移或下移到待加工零件区域以下；同时，因底部变形量的增大防止了中心区域出现变形死区的可能，极大地确保了大型异形桶形锻件底部待加工零件区域应变均匀分布，流线顺畅合理。
15、
1.一种防止大型异形桶锻件底部变形死区的锻件设计方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所防止大型异形桶锻件底部变形死区的锻件设计方法，其特征在于，所述步骤1，对锻件平底外侧区域增设一个两阶凸台结构，其中，锻件平底宽度b0为400~800mm，设计第一阶梯高度h1为20~50mm，单边宽度b1为50~100mm，第二阶梯平台高度h2为50mm，单边宽度b2为50~100mm，阶梯拔模斜度为15~30°。
3.一种防止大型桶形锻件底部变形死区的模具，其特征在于，按照权利要求1或2所述防止大型异形桶锻件底部变形死区的锻件设计方法而得到。
4.根据权利要求3所述防止大型桶形锻件底部变形死区的模具，其特征在于，在下模具处增加下顶出结构的顶出模；所述下模和设于下模中部的顶出模，根据大型异形桶锻件应变分布调整锻件底部凹坑深度尺寸、凹坑边缘厚度尺寸以及下模或下顶出模具的匹配形状尺寸进行设计；分析大型桶锻件流线分布，确保其待加工零件区域变形均匀、流线顺畅，且满足组织性能要求。
