TC4(Ti-6A1-4V)合金具有良好综合机械性能和加工性能,常用于航空航天器零件,是目前世界上应用最广泛的钛合金,其成熟塑性成形工艺是等温锻造。随着钛合金锻件需求越来越多样化,利用常规设备和普通模具锻造出具有一定尺寸精度的锻件,将使钛合金的应用进一步扩大,降低制造成本。本文以TC4杯形件反挤压为研究对象,研究了非等温挤压过程热传递行为,通过温度场计算引入冷硬层概念,计算了具有冷硬层的坯料在反挤压时的单位应力和载荷。利用冷硬层解释了钛合金在非等温挤压时变形抗力大、坯料易开裂的原因。对挤压过程热传递过程分析表明坯料冷却程度与其所处应力状态和保温介质有关。采用有限元法(FEM)对不同润滑和传热条件下的挤压过程进行了数值模拟,获得了相应状态下的速度场、温度场、等效应力、等效应变及载荷—行程曲线等完整信息。模拟结果表明润滑和隔热是影响TC4非等温挤压成形的关键工艺参数,实验证实当没有润滑和有效隔热的坯料挤压时变形抗力大,表层金属不流动,模具寿命低,坯料易生成裂纹。采用包套挤压对坯料进行有效的润滑和保温,通过对包套挤压进行了热力学计算和数值模拟分析,证实了填充石棉和润滑剂的包套可以减少挤压时冷硬层厚度,减少挤压变形抗力。通过有限元模拟优化了成形工艺参数,包套挤压实验挤压出了尺寸合格的杯形件。包套挤压解决了钛合金常规挤压时变形抗力大,模具寿命低等问题,同时还能有效减少因内外壁冷却速度过快造成内外壁出现横向裂纹和环状折叠的趋势,是非等温条件下成形钛合金零件的一条可行的工艺途径。