大飞机钛合金薄壁管道零件冷成形关键技术研究

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1、学术论文大飞机钛合金薄壁管道零件冷成形关键技术研究StudyonKeyTechnologyofColdFormingThin-WaHedDuctPartofLargeAircraftWithTitaniumAlloy西北工业大学陕西省数字化制造工程技术研究中心张纪春王永军中航工业西安飞机工业(集团)有限责任公司白颖【摘要】介绍了钛合金薄壁管道零件成形工艺方法和焊接技术。研究了钛合金薄壁管道零件渐进折弯成形技术，并进行数值模拟，结果表明成形后的零件与标准尺寸零件误差仅为1．8％。关键词：钛合金薄壁管道渐进折弯数值模拟【ABS

2、TRACTlFormingandweldingtechniquemethodoftitaniumalloythin-·wallductpansareintro--duced．Thestudiesfocusonmultiple—stepair-bendingformingtechnologyandnumericalsimulationofthethin-walledductparts．Theresultsshowthatformingerrorisonly1．8％．Keywords：TitaniumalloyThin-wal

3、ledductMultiple-stepair-bendingNumericalsimulation1钛合金板料冷成形研究现状钛合金用量在大型飞机机体材料中不断扩大。其中B型钛合金板料冷成形具有成本低的优势及良好的综合性能，不仅能够减轻飞机重量，而且可以有效降低大型飞机的制造成本。适合于冷成形的B型钛合金板料主要有Ti一15—3和B一21S钛合金。Ti一15—3合金是一种亚稳定p型钛合金，其名义成分为Ti一15V一3Cr一3Sn一3A1(Ti一15—3)。屈强比接近1，在室温下使用固溶状态的板材可成形形状较为简单或中等复杂

4、的钣金件。C一17飞机的发条式弹簧就是用固溶态Ti一15—3合金带取代全硬态301不锈钢制造，由此使每架飞机的重量减轻18kg左右。波音777飞机使用Ti一15—3合金代替21—6—9钢制造的灭火器罐，使每架飞机减重23kg左右n瑚。图1为利用橡皮液压成形技术制造的飞机阻力伞梁【6】。B一21S合金(Ti一15Me一2．7Nb一3A1—0．2Si)也是一种亚稳态B型合金，其成形性能类似于Ti一15—3合金，但改善了抗氧化性和抗腐蚀性。与常规的钛合金相比，B一21S的抗腐蚀性提高100多倍，而且具有优异的热稳定性。因此B一2

5、1S合金被应用于通风管道以及发动108航空制造技术·2013年第1／2期图1钛合金阻力伞梁Fig．1Deceleratingumbrellabeam机的衬套和喷管，可使每架飞机减轻162k971。目前国内外主要针对B钛合金组织演变、力学性能、橡皮成形锥面回弹开展研究睁131，本文总结了钛合金管件成形工艺方法，分析了其冷成形关键技术，并对其渐进折弯成形进行了研究。2钛合金薄壁管道零件成形工艺方法国外先进飞机的引气管路、液压管路、燃油管路等都广泛采用了钛合金制造。目前钛合金管件的类型主要有冷无缝管、热轧无缝管、热挤压管和焊管4

6、种，对中、高强钛合金无缝管，则采用温轧技术，即在轧管机上安装感应加热装置，一般温度控制在再结晶温度以下100％左右。但是由于我国在中、高强度钛合金管材温轧生产技术方面尚不成熟，高强度钛合金薄壁管件的研制还处于探索阶段。鉴于无缝钛管的加工工序多，生产周期长、效率低、成本高，可采用钛焊管。钛焊管生产效率高，其性能与无缝钛管几乎无差别，因此各国都在发展自己的钛焊管生产体系“4】。钛焊管工艺首先通过钛板滚弯、折弯等成形管状，最后利用焊接工艺焊接成管道零件。针对大曲率半径钛合金筒类零件，可采用板料冷滚弯成形工艺。板料滚弯成形是应用三

7、滚弯板机连续不断对板材进行3点弯曲。其成形原理如图2所示，上滚轮在与板料垂直方向向下移动，板材受到上滚轮的挤压而发生向下的塑性弯曲变形，接着两下轮转动，板材和滚轮之间的摩擦力使得板材不断前进，完成板材的自动进给。单曲率钛合金筒类零件(见图3)采用冷滚弯工艺成形不仅满足设计要求，且节约大量费用【151。小学术论文曲率半径钛合金管道零件(见图4)滚弯成形时回弹量大，成形后的零件很难达到尺寸要求。图2板料滚弯成形原理图Fig．2Diagramofsheetmetalroll-bendingforming图3钛合金板料滚弯试件Fi

8、g．3Titaniumalloyroll-bendingspecimen图4飞机管道零件Fig．4Ductpartofaircraft3钛合金管道渐进折弯技术研究渐进折弯就是在传统的折弯成形的基础上，进行多道次折弯迭代，多次圆弧半径逼近，达到最终产品零件所要求的半径，渐进折弯成形过程如图5所示”61。通