毕业论文范文——基于有限元分析的TA15钛合金三轴滚弯工艺研究

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1、西安航空职业学院毕业论文基于有限元分析的TA15钛合金三轴滚弯工艺研究姓名：专业： 航空电子班级：完成日期：指导教师:摘要：为进一步研究TA15板材三轴冷滚弯成形规律，基于金属板料成形有限元模拟成形软件PamStamp2G，对TA15板材冷滚弯过程进行了虚拟正交模拟仿真试验，分析了板料宽度、摩擦系数、下压行程、滚弯速度等成形参数对板材滚弯后回弹的影响规律，以及预测滚弯成形过程中可能出现的直线段，并给出TA15板材滚弯的优选工艺参数、回弹系数。同时开展了相关工艺试验，通过对比模拟结果与试验数据，发现两者趋势基本一致，结果较为吻合，验证

2、了PamStamp2G有限元仿真在TA15口盖冷滚弯成形过程中应用的有效性和可行性，并用于指导航天产品的生产。关键词：TA15钛合金；三轴冷滚弯；有限元1、引言钛合金材料比普通的结构材料，如铝合金、镁合金等，具有高的比强度、优异的耐蚀性、高耐热性能、无磁性等优点，更能满足航天飞行器在高温环境下的强度和刚度要求。TA15合金是一种α加β相钛合金，使用温度比α相钛合金高，常温塑性比β相钛合金高，因此在航天飞行器制造过程中的应用不断推广。在常温条件下，TA15合金屈强比大，板材的抗拉强度与屈服强度十分接近，其塑性变形范围窄小，成形过程中变

3、形稍大就有可能产生破坏，板材成形加工困难；同时TA15合金弹性模量小，仅为钢材的一半左右，由于σ0.2/E比钢大，变形中绝大部分为弹性变形，成形后回弹严重，质量不够稳定，零件一致性较差。在研制阶段，基于质量稳定和技术进步的需求，通常采用热成形或热校形的方式解决技术和质量问题。采用钛合金薄板弯曲成筒形或半筒形弧形件是航天领域一种常见结构形式[1]，这种结构选用热成形方案，成本高、效率低，难以满足批生产的需求，有必要研究钛合金常温滚弯成形。板料的滚弯加工过程分为成形和回弹过程[2]，整个过程是一个接触非线性、材料非线性、几何非线性和边界

4、条件非线性等多重因素的复杂过程，变形过程难以用解析方法分析，在成形过程中加载的精度、材料均匀性对弯曲质量都产生很大的影响。目前在国内，钛合金滚弯成形的理论研究多采用两轴、四轴滚弯TC4、TC1等材料，三轴滚弯技术一般采用试错法调整参数，本文基于金属板料成形有限元模拟成形软件PamStamp2G，针对TA15钛合金板材滚弯成形进行虚拟正交模拟仿真试验，研究成形参数与卸载回弹的关系，并进行试验验证。2、钛合金板材冷滚弯几何模型滚弯是属于自由弯曲的一种成形方法，三辊弯板机是最为普遍的滚弯成形设备。板材的滚弯可以看成是三辊弯板机对板材作连续

5、的三点弯曲的过程。加工时将被加工板材的一端送入三辊弯板机的上、下轴辊之间，然后对上辊施加一向下的位移，使位于下方的板材产生一定的弯曲变形。当下辊被驱动作回转运动时，由板材与轴辊之间的摩擦力形成的啮入力矩使板材实现进给；当板材依次通过上辊的下方即变形区时，板材也就获得了内压外拉的塑性弯曲变形；卸载后，工作弯曲变形中的弹性部分回弹消失，残余塑性变形既是零件最终成形。在板材滚弯成形的加工中，板材与辊弯机组成的力学系统可抽象为一自由梁受三个集中载荷作用的力学模型，如图1所示，其中r1为上辊半径，r2为下辊半径，a为上辊与下辊圆心水平距离。图

6、1.钛合金板材冷滚弯示意图3、钛合金板材冷滚弯有限元模型的建立为了研究TA15板材的冷滚弯成形性能，采用金属板料成形专业有限元模拟成形软件PamStamp2G，对成形过程进行模拟仿真，通过有限元模拟分析研究滚弯成形过程中零件的应力应变状态和成形过程中出现的回弹现象，同时预测滚弯的成形参数，从而指导生产成形工艺设计，避免出现滚弯过程中的抱死、弹平、扭曲等缺陷。为了使计算计算结果接近实际情况，对厚度为1.5mm的TA15材料做了室温拉伸试验，得到的材料的基本性能参数如表1所示。表1TA15板材室温拉伸基本性能参数杨氏模量（GPa）泊松比

7、密度（Kg/mm3）加工硬化指数厚向异性指数r0r45r901140.334.43e-60.29350.6121.1210.442整个仿真过程分为三个阶段，即基于显式算法的上轴下压、滚弯塑性成形阶段，和基于隐式算法的卸载回弹阶段。成形过程的有限元数值模拟的建模过程中，在保证模拟计算精度的前提下为节约计算时间忽略了模具的弹性性质，将上辊定义为凸模、两下辊定位两凹模，并将凸模和凹模简化为刚性约束面，而将板料设为可变形体，采用四节点二维壳单元自适应划分网格，并在板料弯曲范围局部细化单元尺寸以提高其变形仿真精度，为了更好地与实际滚弯试验进行

8、比较分析，选用了精度较高的正交各向异性材料模型，其中所建有限元模型如图2至图4所示，图2为300mm板材模型，图3为200mm板材模型，图4为80mm板材模型。图2.滚弯成形300mm板材有限元分析模型图1.滚弯成形200mm板材有限