超塑成形/擴(kuò)散連接（簡稱SPF/DB）成形技術(shù)是一種高效的整體構(gòu)件成形技術(shù),是航空航天大型復(fù)雜鈦合金薄壁結(jié)構(gòu)件制造的主要工藝方法之一。采用板料成形模擬軟件PAMSTAMP2G對一種TC4鈦合金四層板SPF/DB構(gòu)件的成形過程進(jìn)行了數(shù)值模擬。根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),設(shè)計加載兩條優(yōu)化的壓力—時間曲線。分析了SPF/DB成形過程中材料流動規(guī)律和壁厚分布情況。通過實(shí)際零件的成形實(shí)驗(yàn),測量零件截面12個關(guān)鍵點(diǎn)厚度值,分別與相對應(yīng)的模擬結(jié)果進(jìn)行了對比。結(jié)果顯示,變形過程與厚度符合實(shí)際分布規(guī)律,最大厚度誤差為0.148 mm。 

【文章來源】：熱加工工藝. 2016,45(01)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：4 頁

【部分圖文】：

隔離劑區(qū)域示意圖

εn(1)材料在發(fā)生超塑性變形時，一般不出現(xiàn)應(yīng)變硬化，即硬化指數(shù)n=0，所以式(1)近似為:σ=Kε觶m(2)式中：K為材料系數(shù)，它與變形溫度、顯微組織和結(jié)構(gòu)缺陷有關(guān)；m為流動應(yīng)力對應(yīng)的應(yīng)變速率敏感性指數(shù)。式(2)是表征材料超塑性變形的流動應(yīng)力與應(yīng)變速率之間關(guān)系的基本方程式，又稱為超塑流變方程或Backofen方程[6-8]。2有限元模型的建立2.1成形機(jī)理在四層板(外層板1、4，內(nèi)層板2、3)SPF/DB構(gòu)件成形之前，需要在內(nèi)層2、3板料接觸面成形區(qū)域涂敷隔離劑，如圖1所示。四層板成形過程可分兩個過程，如圖2所示。第一個過程為：先將外層板料1、4吹脹至模具型面，同時對內(nèi)層板料2、3未涂敷隔離劑區(qū)域進(jìn)行擴(kuò)散連接，保壓一定時間；第二個過程為：將內(nèi)層板料2、3分別吹脹至與1、4板料貼合并擴(kuò)散連接，同時未涂敷隔離劑的區(qū)域形成為加強(qiáng)立筋，保壓一定時間，最終使四層板料形成中空的整體構(gòu)件。2.2有限元模型該四層件截面結(jié)構(gòu)形式如圖3所示，在實(shí)際制造時，一次成形兩件(對稱)。根據(jù)四層SPF/DB成形過程，分析時的主要組件為上下模具（對稱）和四層板料，四層板料厚度為外層兩板0.6mm和內(nèi)層兩板0.8mm，外形尺寸均為350mm×252mm。模具和四層板料的網(wǎng)格劃分結(jié)果如圖4所示。上模具的網(wǎng)格為5236個，下模具的網(wǎng)格為5287個，板料的網(wǎng)格單元總數(shù)量為19828個，成形過程中板料網(wǎng)格最大自適應(yīng)細(xì)劃系數(shù)為3級。氣脹成形過程中模具設(shè)為剛體，板料為變形體。為簡化分析，對于超塑成形可認(rèn)為板料貼模后就不再流動，后續(xù)的變形完全靠未接觸的板料變薄來完成，按照粘滯摩擦處理，板料與模具、板料與板料之間為干摩擦，采用庫侖摩擦模型作為粘滯處理的近似選擇，摩擦系數(shù)分別為0.12和0.2。材料之間的接觸類型定義為相互不可產(chǎn)生侵?

]。2有限元模型的建立2.1成形機(jī)理在四層板(外層板1、4，內(nèi)層板2、3)SPF/DB構(gòu)件成形之前，需要在內(nèi)層2、3板料接觸面成形區(qū)域涂敷隔離劑，如圖1所示。四層板成形過程可分兩個過程，如圖2所示。第一個過程為：先將外層板料1、4吹脹至模具型面，同時對內(nèi)層板料2、3未涂敷隔離劑區(qū)域進(jìn)行擴(kuò)散連接，保壓一定時間；第二個過程為：將內(nèi)層板料2、3分別吹脹至與1、4板料貼合并擴(kuò)散連接，同時未涂敷隔離劑的區(qū)域形成為加強(qiáng)立筋，保壓一定時間，最終使四層板料形成中空的整體構(gòu)件。2.2有限元模型該四層件截面結(jié)構(gòu)形式如圖3所示，在實(shí)際制造時，一次成形兩件(對稱)。根據(jù)四層SPF/DB成形過程，分析時的主要組件為上下模具（對稱）和四層板料，四層板料厚度為外層兩板0.6mm和內(nèi)層兩板0.8mm，外形尺寸均為350mm×252mm。模具和四層板料的網(wǎng)格劃分結(jié)果如圖4所示。上模具的網(wǎng)格為5236個，下模具的網(wǎng)格為5287個，板料的網(wǎng)格單元總數(shù)量為19828個，成形過程中板料網(wǎng)格最大自適應(yīng)細(xì)劃系數(shù)為3級。氣脹成形過程中模具設(shè)為剛體，板料為變形體。為簡化分析，對于超塑成形可認(rèn)為板料貼模后就不再流動，后續(xù)的變形完全靠未接觸的板料變薄來完成，按照粘滯摩擦處理，板料與模具、板料與板料之間為干摩擦，采用庫侖摩擦模型作為粘滯處理的近似選擇，摩擦系數(shù)分別為0.12和0.2。材料之間的接觸類型定義為相互不可產(chǎn)生侵入與穿透現(xiàn)象[9-10]。2.3參數(shù)設(shè)置模擬過程使用板料的材料是細(xì)晶鈦板TC4，材料類型：超塑性材料；材料法則：非線性粘彈性。成形溫度為920℃，通過此溫度下的單拉試驗(yàn)，獲得材料參數(shù)為：泊松比為0.41，密度為4500kg/m3，K為501，m為0.56。邊界條件的定義：提取四層板料的邊界節(jié)點(diǎn)，設(shè)定板料的這些邊緣節(jié)點(diǎn)在整個成形過程

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]金屬材料超塑性的研究進(jìn)展[J]. 謝文玲,周順勇,郭翠霞,李秀蘭.  熱加工工藝. 2014(20)
[2]TC4超塑性變形行為和再結(jié)晶[J]. 劉昌云,蔡云,薛飛.  熱加工工藝. 2012(12)
[3]TC4鈦合金盒形件超塑成形工藝[J]. 王榮華,陳明和,陳國亮,范平,李楓,周兆鋒.  熱加工工藝. 2008(11)
[4]Ti-6Al-4V合金多層板結(jié)構(gòu)的超塑成形/擴(kuò)散連接工藝研究[J]. 韓文波,張凱鋒,王國峰.  航空材料學(xué)報. 2005(06)
[5]超塑成形/擴(kuò)散連接技術(shù)在航空航天工業(yè)中的應(yīng)用[J]. 李志強(qiáng),郭和平.  鍛壓技術(shù). 2005(01)

碩士論文
[1]鈦合金舵體超塑成形/擴(kuò)散連接工藝研究[D]. 王大剛.南京航空航天大學(xué) 2013



本文編號：3574488