鈦合金板成形中的形狀畸變現(xiàn)象研究.pdf

1、鈦合金等多晶體金屬材料由于織構(gòu)的存在而呈現(xiàn)明顯的各向異性，對后續(xù)的板料成形及卸載回彈過程產(chǎn)生重要影響。回彈能引起制件形狀和尺寸超差，進而引發(fā)飛機等產(chǎn)品裝配中的諸多質(zhì)量問題。本文首次對鈦合金板材成形中的形狀畸變現(xiàn)象、產(chǎn)生機理及其變化規(guī)律進行系統(tǒng)的研究，針對三種不同厚度規(guī)格的TClM和TC2M鈦合金板料，用ADINA軟件對室溫條件下的杯形件拉深、平底壓窩和圓孔翻邊成形及回彈過程進行了有限元數(shù)值模擬，對成形和回彈過程中因各向異性而引起的制件形

2、狀以及厚度變化問題給予了描述，并進行了一系列室溫下的成形工藝試驗驗證，有限元模擬預(yù)測與成形工藝試驗結(jié)論吻合效果良好。在此基礎(chǔ)上又在600℃高溫條件下進行了一系列的翻邊、壓窩和拉深等溫熱成形試驗，尋求解決鈦合金鈑金零件形狀畸變問題的途徑。本文主要結(jié)論如下： 1．鈦合金板材室溫圓孔翻邊，制件卸載回彈后會出現(xiàn)下面四種形狀畸變現(xiàn)象：①凸緣底面翹曲，不再保持為平面；②豎邊唇口邊沿翹曲，形成翻邊高度差；③豎邊唇口內(nèi)徑非圓化，不再為理想的圓形

3、內(nèi)壁；④豎邊唇口邊沿厚度分布不均，厚度最薄的部位就是翻邊成形破裂的危險點。 2．鈦合金板材室溫壓窩成形，制件回彈后將產(chǎn)生以下兩種形狀畸變現(xiàn)象：①凸緣底面翹曲，不再保持為平面，翹曲形式為兩高兩低，在90-270°(TD)方向上的凸緣外沿兩點為翹曲最高點，在0-180°(RD)方向上的外沿兩點為翹曲最低點；②壓窩制件上頂面產(chǎn)生翹曲，翹曲高度亦服從兩高兩低的變化規(guī)律，高低點位置與凸緣部分相似。 3．鈦合金板材室溫拉深成形，回彈

4、后制件會產(chǎn)生三種形狀畸變現(xiàn)象：①杯口內(nèi)壁形狀非圓化，杯口內(nèi)壁最大直徑值位于90-270°(TD)方向；②杯口出現(xiàn)明顯的四個凸耳，即杯口高度分布曲線為四高四低的情況；③杯口邊沿厚度分布明顯不均，杯口壁厚最小值位于0-180°(RD)方向上。 4．鈦合金板材室溫翻邊、壓窩、拉深成形后制件出現(xiàn)形狀翹曲的機理是：主動變形過程中，鈦板非常突出的面內(nèi)各向異性，導致零件在圓周不同方位上的變形不均勻，直接產(chǎn)生翻邊制件唇口和拉深制件杯口邊沿厚度不

5、均勻、唇口邊沿高度差和拉深制耳等第一類形狀畸變現(xiàn)象。卸載回彈過程中，鈦合金板材較小的彈性模量且隨方向的取值變化是大回彈以及產(chǎn)生形狀畸變的主要原因，另外，主動變形所造成模具圓角半徑彎曲變形區(qū)內(nèi)的壁厚不均勻分布將進一步影響到彈性恢復(fù)階段回彈角的大小，使其在周向的不同方位存在明顯的差異，引起回彈時制件各方位的不協(xié)調(diào)一致，因而產(chǎn)生第二類形狀畸變現(xiàn)象。所以，鈦合金板材室溫成形時形狀翹曲現(xiàn)象產(chǎn)生的機理概括地說就是“三個內(nèi)在因素”(各向異性-導致變形

6、不均；小彈性模量E-導致大回彈；E值方向性-導致回彈不協(xié)調(diào))和“二過程”(形狀畸變是主動變形、回彈過程疊加的結(jié)果)。 5．室溫下翻邊、壓窩和拉深有限元數(shù)值模擬預(yù)測與工藝試驗驗證的結(jié)果吻合情況較好，兩者的偏差均值在12％之內(nèi)，說明采用ADINA軟件用隱式算法分析正交各向異性鈦合金板材的成形、回彈以及形狀畸變問題是適用的。 6．有限元數(shù)值模擬和工藝試驗研究結(jié)果表明，鈦合金板材室溫翻邊和壓窩成形中，制件卸載回彈后的形狀畸變程

7、度是隨著主動變形程度的增加而趨于嚴重的。 7．600℃高溫條件下翻邊、拉深和壓窩溫熱成形工藝試驗結(jié)果表明，高溫條件下鈦板成形性能得以明顯改善，極限翻邊系數(shù)、極限拉深系數(shù)明顯降低，極限壓窩高度明顯提高。 8．600℃溫熱成形可以有效地抑制卸載回彈，使由于彈性恢復(fù)而產(chǎn)生的第二類畸變現(xiàn)象完全得以消除，但卻無法改變鈦合金板料各向異性性質(zhì)，所以主動變形所產(chǎn)生的第一類形狀畸變現(xiàn)象依然存在，因此溫熱成形只能解決部分形狀翹曲，而無法徹底