【摘 要】
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小曲率钛合金板带在航空航天等领域有着较大的市场需求,但由于其常温弯曲成形过程中回弹大,导致成形件的弯曲精度难以保证。为解决其常温成形性能差,同时传统模具加热的热成形工艺造成能源浪费、加工成本高、成形效率低的问题。本文以TC4钛合金板带为研究对象,结合钛合金具有的高电阻率、高熔点的特点,采用自阻加热的方式进行热成形工艺研究。本文展开了以下工作:(1)分析板带自阻加热产生焦耳热,建立自阻加热的温升理论
【基金项目】
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国家数控专项《高强轻质合金钣金成形关键装备研制与应用》(2018ZX04007002.002-004.);
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小曲率钛合金板带在航空航天等领域有着较大的市场需求,但由于其常温弯曲成形过程中回弹大,导致成形件的弯曲精度难以保证。为解决其常温成形性能差,同时传统模具加热的热成形工艺造成能源浪费、加工成本高、成形效率低的问题。本文以TC4钛合金板带为研究对象,结合钛合金具有的高电阻率、高熔点的特点,采用自阻加热的方式进行热成形工艺研究。本文展开了以下工作:(1)分析板带自阻加热产生焦耳热,建立自阻加热的温升理论模型,并针对加热过程中的散热问题,提出并确定了综合散热系数;根据小曲率塑性弯曲成形的特点,分析温度、时效时间等因素对回弹的影响,建立基于自阻加热的热弯曲成形回弹计算的理论模型。(2)对TC4板材进行不同温度条件下的力学拉伸实验,明确温度对钛合金的力学参数的影响;进行高温状态下的应力松弛实验,并结合实验数据,得到应力值随温度与时间变化的二元应力衰减函数。(3)设计并搭建TC4钛合金自阻加热实验平台,以TC4钛合金板材为原料进行自阻加热温升实验,确定了自阻加热实际升温效率。并结合实验数据,确定温升理论模型中的综合散热系数的具体数值。(4)利用ABAQUS有限元分析软件进行了不同截面尺寸型材的电-热耦有限元温度场仿真模拟。并结合成形工艺对模具及板材进行电-热-固耦合的有限元仿真,得到模具和板材弯曲后的温度场分布。(5)设计并搭建基于自阻加热的弯曲成形工艺实验平台,进行了不同曲率、不同温度、不同保压时间下的弯曲实验。并将实验结果与目标曲率半径及理论模型的计算值相对比,验证了成形方案的可行性。
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