大型复杂钛合金边梁零件热成形工艺研究

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1、钛合金成形工艺TITANIUMALLOYFORMINGPROCESS大型复杂钛合金边梁零件热成形工艺研究ResearchonHotFormingofLarge-ComplexBeamPartofTC4TitaniumAlloy首都航天机械公司王大刚贾春莉杨微梁阔王景苑房玉华[摘要]针对某航天飞行器大型钛合金边梁零件零件中部弯曲过度，两侧边存在扭曲，属于大型复杂钛的成形进行了工艺仿真。以控制零件的减薄率为最终合金构件，如图1所示。零件成形难度主要有两点：一目标，采用正交试验方案，对凸模摩擦系数、凹模圆角半是侧壁在零件中部弯曲部位出现褶皱，此部位在成形过径、凸凹模间隙、成形温度等工艺参数进行了优化

2、，并利程中受到两侧压应力作用，材料容易在此堆积而出现褶用自行设计的模具进行工艺试验，最终得到了合格的边皱；二是侧壁存在回弹，其两侧壁受其他部位约束少，在梁产品。热状态下，由于受模具的限制能够保持型面，而当零件关键词：TC4钛合金热成形数值模拟从模具中取出后，在降温过程中两侧壁呈自由状态，内[ABSTRACT]Inthispaper,hotformingprocess应力逐渐释放，因此会呈现不同程度的回弹，最终导致ofaspacevehiclelarge-complexbeampartissimulated.产品型面尺寸精度较差。因此为得到尺寸精度高、表面Inviewofmaterialthin

3、ningratio,thepunchfrictioncoef-质量好的零件，先采用有限元数值模拟进行工艺参数的ficient,dieradius,dieclearance,andtemperatureparam-优化及模具回弹补偿量计算，然后设计制造模具，最终etersareoptimizedbyorthogonalexperiment.Meanwhile,成形出合格零件。large-complexbeampartsareformedbyusingofself-designedmold.Finallythequalifiedproductsareobtained.Keywords:TC4tit

4、aniumalloyHotformingNumericalsimulationDOI:10.16080/j.issn1671-833x.2015.17.1202101102200钛合金结构零件因其重量轻、比强度高、耐腐蚀、耐176°高温、无磁性、可焊接等优异的综合性能，首先在航空领图1边梁模型及尺寸域得到广泛应用，如机翼蒙皮、发动机的叶片、机身的框Fig.1Modelandsizeofbeam梁等。最近几年钛合金在航天器以及导弹中也被大量2有限元数值模拟应用。但钛合金材料冷成形时的塑性变形能力差、成形抗力较大、回弹严重，常温成形困难，一般采用热成形制由于拟定的实际加工环境为恒温环境，在数值模拟

5、造钛合金钣金结构件。热成形是充分利用钛合金材料中不考虑因温度差而产生的温度场，温度的改变对成形在加热状态下的软化与蠕变性能，提高塑性，以降低成的影响由改变材料模型来实现，几何模型的尺寸根据实形力和改善成形性、避免开裂、减少回弹。加热成形是际材料的热膨胀量而调整。[1]目前钛及钛合金零件成形的主要方法。2.1模型的建立采用有限元法可在试验之前对影响热成形的工艺采用三维设计软件CATIA建立凸模、凹模和板料参数进行优化，估算板料在成形过程中的应力、应变的模型，然后将模型导入ABAQUS，假定模具为刚体，板料变化及分布，所需成形的载荷情况；也可预测成形过程则为可变性壳体，并对凸凹模及板料进行网格划分

6、，板中的起皱、破裂及随后的回弹等缺陷；可以比较准确地料单元类型采用四节点四边形壳单元S4R，最终得到的分析各种工艺参数对热成形过程的影响，因此越来越多模型如图2所示。[2-3]地应用于工程实践中。2.2材料模型材料模型参数由高温单向拉伸试验结果给出，其中1零件成形性分析材料密度为4.5g/cm3，泊松比为0.3。边梁零件用于某型号航天飞行器中，该零件左右对2.3边界条件及接触定义称，采用TC4钛合金材料，壁厚2mm，其长度达2.2m，在对凹模施加固定约束，凸模施加位移约束。设定板120航空制造技术·2015年第17期钛合金成形工艺TITANIUMALLOYFORMINGPROCESS成形后零件

7、壁厚均匀，减薄量很小，最大减薄量为3%，凸模总体成形效果良好，符合设计要求。板料凹模3试验验证图2热成形几何模型3.1工艺方案制定Fig.2Geometricmodelofhotforming通过有限元数值确定的工艺参数，实验选取成料为接触变形体，模具为离刚体，板料和模具间为干摩形温度700℃，成形压力55t，保温保压5min，实验在[4-5]擦，符合库伦摩擦定理，材料和模具之间不能穿透。1200