TC4钛合金板材热拉深成形数值模拟与试验研究

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1、工学硕士学位论文TC4钛合金板材热拉深成形数值模拟与试验研究HOTDRAWINGNUMERICALSIMULATIONANDEXPERIMENTRESEARCHOFTC4TITANIUMALLOYSHEET郭天文哈尔滨工业大学2008年7月国内图书分类号：TG306国际图书分类号：621.7.01工学硕士学位论文TC4钛合金板材热拉深成形数值模拟与试验研究硕士研究生：郭天文导师：单德彬教授申请学位：工学硕士学科、专业：材料加工工程所在单位：材料科学与工程学院答辩日期：2008年7月授予学位单位：哈尔滨工业大学Classi

2、fiedIndex:TG306U.D.C.:621.7.01DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringHOTDRAWINGNUMERICALSIMULATIONANDEXPERIMENTRESEARCHOFTC4TITANIUMALLOYSHEETCandidate:GuoTianwenSupervisor:Prof.ShanDebinAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:MaterialsProcessin

3、gEngineeringAffiliation:SchoolofMaterialsScienceandEngineeringDateofDefence:July,2008Degree-Conferring-Institution:HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要钛合金钣金件由于轻质、高比强度、高低温力学性能好、耐腐蚀，而被广泛应用于航空航天、汽车、舰船等领域。钛合金板材室温下塑性变形范围窄小，成形困难，回弹严重，一般需要采用热成形加工。钛合金板材的热冲压成形是目前钛

4、合金钣金件成形的主要方法，钛合金板材在一定高温条件下，成形性能显著提高，利用传统的冲压工艺可以成形，但热冲压加工的模具和工艺要比冷冲压复杂。本文利用数值模拟和试验相结合的方式，研究了TC4板材的热拉深成形机理和工艺，为实际生产提供了有力的指导和参考。首先通过高温单向拉伸试验，测试了TC4板材在不同条件下的主要力学性质，分析了温度和应变速率对TC4板材的应力应变关系以及各向异性特性等力学性质的影响。为了研究TC4板材热拉深成形过程的变形规律，在高温单向拉伸数据的基础上，应用有限元模拟软件ABAQUS对TC4板材筒形件热拉深

5、过程进行了弹塑性有限元数值模拟，分析了成形过程应力、应变和厚度的分布变化规律，揭示了成形件可能出现的缺陷；通过对不同工艺参数下拉深过程的模拟，研究了工艺参数对TC4板材热拉深成形、凸耳和回弹的影响规律。在数值模拟的基础上，设计和加工了一套TC4板材热拉深模具，进行了TC4板材的热拉深试验。结果表明，在770℃时拉深极限系数取得最小值0.461；凸耳和回弹都随着温度的升高而减小；总结了试验中出现的TC4热拉深的典型失效形式，为实际生产和科学研究提供了丰富的参考资料。关键词TC4钛合金板材；高温单向拉伸试验；数值模拟；热拉深

6、-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractTitaniumalloysheetworkpiecesareusedwidelyinaviation,aerospace,automobileandmarineindustriesowingtoitslightweight,highspecificstrength,excellentmechanicalpropertyinhighorlowtemperatureandcorrosionresistant.Itisdifficultfortitaniumalloyshe

7、ettobeformedatroomtemperaturebecauseofitsnarrowrangeofplasticdeformation,havingatendencytocrack,anditsevidentspringback.Inordertoformtitaniumalloysheethotworkingprocesswerealwaysneeded.Hotstampingisthemainmethodtoformtitaniumalloysheetworkpieces.Theformingpropert

8、yoftitaniumalloysheetimprovessignificantlyundercertaintemperaturecondition,whichmakesthetraditionalstampingprocessessuitableforthetitaniumalloysheet’sforming.B