【摘 要】
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难成形材料TC4钛合金具有比强度高、耐高温、耐腐蚀等优良特性,能在保证强度的前提下有效减轻重量,故在航空航天领域应用广泛。然而,钛合金在室温下成形容易出现回弹、开裂等诸多问题。因此,通常采用热成形方式对钛合金进行加工,以降低材料变形抗力。此外,为满足航空结构件的个性化需求及大尺寸特征,将电辅助加热技术与渐进成形技术有机结合。由于TC4钛合金低温下难成形且高温下表面质量差,提高制件成形质量为当前存在
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难成形材料TC4钛合金具有比强度高、耐高温、耐腐蚀等优良特性,能在保证强度的前提下有效减轻重量,故在航空航天领域应用广泛。然而,钛合金在室温下成形容易出现回弹、开裂等诸多问题。因此,通常采用热成形方式对钛合金进行加工,以降低材料变形抗力。此外,为满足航空结构件的个性化需求及大尺寸特征,将电辅助加热技术与渐进成形技术有机结合。由于TC4钛合金低温下难成形且高温下表面质量差,提高制件成形质量为当前存在的关键问题。本文基于电辅助加热渐进成形技术,对成形过程中成形温度及尺寸精度的变化规律展开研究工作,并通过多目标优化兼顾二者以有效提高制件成形质量,主要研究内容如下:（1）基于电辅助热拉伸试验,获取TC4钛合金在各温度下的力学性能,用于数值模拟中板料性能参数的设定。此外,根据试样件在不同温度下的应力应变曲线,发现当温度介于450℃与550℃之间时,变形能力变化较小。但与常温下相比较可知其塑性显著增强,故选取450℃至550℃作为电辅助加热渐进成形工艺成形温度范围。（2）展开成形温度研究,采用响应曲面法对电流、刀具直径、进给速度与成形温度间的关系及显著性进行分析,并建立相应响应面方程。此外,研究路径叠加的影响,发现成形温度沿母线方向近似呈线性增长趋势。在此基础上,利用正交试验法分析各工艺参数对其变化率的作用。最后,探究电极与刀具间距离的影响,发现可假定同一平面内成形温度基本不变。（3）展开尺寸精度研究,通过电辅助加热渐进成形仿真对其应力、应变、厚度分布情况进行分析。然后,比较不同成形轨迹对尺寸精度的影响,发现螺旋线轨迹的表现优于其他两种轨迹。在优化轨迹的基础上,建立尺寸精度响应面模型,并分析工艺参数的影响。最后,进行工艺参数优化,得最佳参数组合为电流233A,刀具直径8mm,进给速度600mm.min-1,理论精度偏差平均值为0.362mm,实际精度偏差平均值为0.382mm,误差为5.24%。（4）为兼顾表面质量与尺寸精度,利用上述两个响应面模型展开多目标优化。首先利用满意度函数法,将二者的单满意度模型转化为综合满意度模型。优化后得到的工艺参数组合为电流222A,刀具直径8mm,进给速度600mm.min-1,理论精度偏差平均值为0.393mm,成形温度为519.5℃。然后,利用NSGA-Ⅱ遗传算法进行多目标优化,得到的工艺参数组为电流227A,刀具直径8mm,进给速度602mm.min-1,理论精度偏差平均值为0.380mm,成形温度为532.4℃。最后,通过比对分析得出NSGA-Ⅱ遗传算法的优化结果更佳,试验结果显示精度偏差平均值为0.406mm,误差为5.91%。由金相试验可看出多目标优化后的晶粒更为细小,力学性能更佳。
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