【摘要】：曲面構(gòu)件在航空航天領(lǐng)域應(yīng)用較為普遍,如火箭結(jié)構(gòu)件、飛機結(jié)構(gòu)件、飛機蒙皮和渦輪風(fēng)扇葉片等。鈦合金由于具有高強度、低密度、耐高溫和耐腐蝕等優(yōu)點被廣泛應(yīng)用于航空航天曲面構(gòu)件成形。但同時由于其室溫成形性能差,工業(yè)中通常采用電阻絲加熱模壓成形的方式制件,此種方式最大的缺點是成形效率低、加工成本高、能源浪費嚴(yán)重。為解決該問題,本文提出一種自阻加熱拉壓復(fù)合成形方式,利用自阻加熱的電致塑性效應(yīng)和焦耳熱效應(yīng)改善鈦合金成形性能,提高成形效率和降低能源損失;利用拉壓復(fù)合的方式改善制件受力狀態(tài),減小回彈,提高制件成形精度。為探究該成形工藝及工藝參數(shù)的確定,本文開展了以下工作:(1)為確定TC4鈦合金電阻加熱下的高溫成形性能,進(jìn)行TC4鈦合金Gleeble電阻加熱高溫拉伸試驗,得到其不同溫度和應(yīng)變速率下的流變應(yīng)力曲線。試驗表明:整體上TC4鈦合金的塑性成型指標(biāo)(屈服強度、抗拉強度和延伸率)隨著溫度的升高、應(yīng)變速率的降低而增強。(2)通過高溫拉伸試驗數(shù)據(jù),求解TC4鈦合金熱變形參數(shù),建立其熱變形過程中含Z參數(shù)的雙曲正弦函數(shù)模型的本構(gòu)方程,并繪制出TC4鈦合金熱加工圖,進(jìn)一步明確熱塑性加工最佳變形條件(變形溫度為820℃左右、應(yīng)變速率為0.01s~(-1)),給出其熱加工過程中失穩(wěn)判據(jù)和易失穩(wěn)的變形區(qū)域。(3)基于Abaqus對自阻加熱溫升過程和成形工藝動態(tài)過程分別進(jìn)行熱-電耦合和電-熱-固耦合數(shù)值模擬,分析了鈦板自阻加熱成形過程中的溫度場及變形場,得到較適宜加載電流密度為10A/mm~2;并對不同參數(shù)下回彈進(jìn)行模擬,研究了各參數(shù)對回彈的影響,確定較佳工藝方案、加熱時間,得出溫度對回彈減小的貢獻(xiàn)更大;鈦板曲率半徑越大,回彈量越大;拉伸力越大,回彈越小;摩擦系數(shù)越大,回彈也越大。(4)設(shè)計搭建自阻加熱成形試驗平臺及成型件彎曲模具,結(jié)合已經(jīng)確定的較佳工藝參數(shù),利用該試驗平臺對前述所確定的試驗參數(shù)和有限元數(shù)值模擬進(jìn)行驗證分析,主要驗證不同曲率半徑下的成形質(zhì)量及曲率半徑對回彈的影響。試驗表明:仿真具有一定回彈趨勢預(yù)測性,試驗與仿真結(jié)果最大誤差為15.8268%。
【圖文】：

a) 飛機上的筋、飛機蒙皮和飛機渦輪葉片b) 飛機結(jié)構(gòu)件、汽車覆蓋件和夾芯結(jié)構(gòu)風(fēng)扇葉片圖 1-1 典型曲面構(gòu)件應(yīng)用作為航空航天領(lǐng)域的一種重要的合金材料被廣泛用于各類曲面構(gòu)件工作環(huán)境往往需要耐受一定的高溫，相比許多傳統(tǒng)優(yōu)點：高強度、低密度，耐高溫、抗腐蝕強等。此外，鈦合體重量減輕大有脾益，致使鈦合金近年來在航空航天、汽車用日趨廣泛[6]，其中航發(fā)風(fēng)扇葉片及火箭蒙皮見圖 1-2。

此需要采用熱成形。曲面金屬構(gòu)件材料在航空航天，汽車工業(yè)主要是鈦合金和鋁合金，由于材料室溫成形性能差及成形后出現(xiàn)的回彈問題，所以現(xiàn)有的曲面金屬構(gòu)件成形方式主是以熱成型或者溫成形的方式[8-9]。加熱方式如自阻加熱、火焰加熱、電磁感應(yīng)加電阻絲輔助加熱等，這些加熱方式均有其特點和適用范圍�；鹧婕訜岬娜剂蟻砹戏奖悖O(shè)備簡單易操作，加熱費用低，適用于各種坯料因此這種加熱方式被廣泛應(yīng)用于各種大、中、小型坯料的加熱。其缺點是；加熱率低、有效吸收能量僅有 20%-30%[10]，，難以控制且精度較低、表面氧化脫碳嚴(yán)重表面光潔度差、對鋼板性能有一定影響[11]，污染排放量大、然料消耗大、加熱速慢、安全性差等。電磁感應(yīng)加熱是在螺旋線圈中通入高頻交流電，電流頻率通常在 300-300000或者更高，線圈中產(chǎn)生交變電磁場穿過金屬內(nèi)部，從而在金屬內(nèi)產(chǎn)生較強的感應(yīng)流，在感應(yīng)電流的作用下使金屬材料加熱，如圖 1-3a)所示。
【學(xué)位授予單位】：燕山大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：V261;TG306

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本文編號：2674257