钛环形管成形过程的有限元模拟

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1、摘要纯钛无缝环形管是一种应用于航空、航天、汽车行业的特殊部件．用它制成的钛环形气瓶具有体积小，重量轻，能够承受高压的特点。其壁厚的均匀性直接影响到产品耐高压、等强度和减重的技术要求，进而影响到整体的性能。因此，研究钛合金环形管的加工工艺意义重大。本文通过数值模拟和试验验证相结合的方法，以MSC／AutoForge有限元模拟软件为开发平台，对纯钛环形管的推制成形过程进行了系统的研究。主要结论如下：(I)采用阿基米德螺线作为模具扩径变形段的中轴线，有利于管坯变形时金属的流动，使凹面金属充分向凸面流动，从而避免传统弯管工艺变形时内侧增厚，外侧减薄的壁厚不均现象。(2)阿基米德螺线常数口是牛角芯模设

2、计的关键，也是保证弯管壁厚均匀的前提。当口较小时，有利于推制进行，但壁厚减薄剧烈：“较大时，有利于壁厚均匀，但容易出现起皱现象。本文较佳的a值在1．O左右。(3)扩径比较大时，出现内侧减薄现象，弯管壁厚公差偏大：当扩径比较小时，内侧增厚。壁厚的公差也偏大，也容易发生起皱现象。合理的扩径比能够使弯曲增厚和扩径减薄的作用相互抵消，从而傈证壁厚均匀。本文较佳的扩径比为1．3左右。(4)推制速度较小时，弯管内侧厚度减薄，随着推制速度的增大，内侧壁厚逐渐增加；当推制速度超过4．0mrn／s时，易出现起皱现象，壁厚公差明显增大。本工艺较佳推制速度范围是3．5mm／s左右。(5)推制温度的较佳范围是750

3、～800℃，管坯在牛角芯模出口处的表面温度不应低于600℃，否则容易造成推制失败。综上所述，本文较佳的牛角芯模参数为：阿基米德螺线常数掰=1。0，扩径比K=I．3：较佳的工艺为：推带4温度750～800"C，推制速度3．5mm／s。关键词：有限元；环形管：感应加热；钛：计算机模拟；牛角芯模。．I一．．．一．一．1登：：型警篁=墼兰箸翟■．一．．．．．．．AbstraotThepuretitaniumseamlessringpipe(SRP)isakindofimportantcomponentswidelyusedinastronaut．voyageandautomobileindustri

4、es．Ithaspotentialforgasbottleduetoitssmallvolume．1ightweightandbearinghighpressure．TheuniformityinthethicknessofSRPwilldirectlyaffecttherequirementofitshighpressureresistanceandstrengthhomogeneity,furthermore，thequalityofthewholesystem．Thustheprocessingtechnologyisofgreatsignificance．Inthethesis，th

5、ecombinationofexperimentwithcomputernumericalsimulationisintroducedtosystematicallyresearchtheprocessofthediameter-pushingheatexpendingtechnologyofthecommercialpuretitaniumTA2ringpipeusingMSC／Autoforgesimulationsoftware．ThemainresultsareasfoIlows：I．TheArchimedeslineisintroducedinthispaperasthecente

6、raxesofthepushingprocessingdie，whichwillreducethedeformationandbepronetothemetalflowuniformityfromconcavetoconvexity,whichCallidentifytheaimofwallthicknessuniformity，whichcaneliminateincreaseofinnerwallthicknessanddecreaseofouterwallthicknessinthedeformationofpipebending．2．TheArchimedesconstantaist

7、hekeytodiedesignandthepremiseofwallthicknessuniformity．Thesmaller盯，theeasierpushing，butthethinnerwallthickness；thebiggerArchimedesmodulus偿，themorepronetowallthicknessuniformity，buttheeasiercrinkling．Theopti