TA32高温钛合金复杂飞机蒙皮零件热成形工艺研究

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1、中图分类号：V263.1论文编号：102870518-S163学科分类号：082503硕士学位论文TA32高温钛合金复杂飞机蒙皮零件热成形工艺研究研究生姓名陈灿学科、专业航空宇航制造工程研究方向计算机辅助塑性成形指导教师陈明和教授南京航空航天大学研究生院机电学院二О一八年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofMechanical&ElectricalEngineeringResearchonThermoformingProcessofComp

2、lexAircraftSkinPartsforTA32TitaniumAlloyAThesisinManufacturingEngineeringofAeronauticsandAstronauticsbyChenCanAdvisedbyProf.ChenMingheSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2018承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致

3、谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学位论文摘要TA32是一种的近α型高温钛合金，可作为下一代先进飞行器的备选材料。但是高温钛合金服役温度较高，成形工艺复杂，难以制造出外形复杂的蒙皮零件，严重限制了该型钛合金在航空飞行器上的应用。为了满足某型飞行器研制需

4、要，本文以项目内所需两个复杂飞机外形蒙皮零件的热成形制造工艺为研究对象，开展相关热成形工艺研究。本文主要进行的相关研究内容及结论如下：（1）通过高温单向拉伸实验得到了TA32高温钛合金的高温流变行为规律，研究分析了TA32在不同温度和应变速率下的变形行为。基于正则化原理建立起表征TA32高温应力流变行为的双曲正弦模型，对比发现该修正模型精度较高，可作为模拟仿真及制定工艺的理论依据。（2）通过高温应力松弛实验，研究了不同温度和初始状态对TA32的应力松弛行为的影响。在实验曲线基础上进行拟合计算获得该型钛合金应力松弛和短时蠕变方程，为该型钛合金的精密热

5、成形技术提高参考。（3）在拟定成形温度范围上进行模拟冲压成形性能实验获得不同成形工艺性能指标，评估了高温下TA32对不同热成形工艺的适应能力。随后设计实验测定TA32在高温下的成形极限曲线，该曲线可作为仿真模拟及成形工艺中拉伸失稳的判断准则。（4）对项目中的复杂变曲率异形件及超大尺寸外形钛合金蒙皮件的成形工艺进行仿真模拟研究。通过建立科学的失效分析参数，研究了模具结构、成形温度、冲压速度等工艺因素对最终成形结果的影响。根据仿真结果及失效理论修改工艺，并通过仿真验证工艺优化措施能够有效减少复杂零件成形过程中破裂及起皱缺陷现象。（5）考虑热膨胀效应，完

6、成相关热成形模具的设计制造。随后在实验室进行工艺实验研究，分析讨论了上述两个复杂成形零件的成形质量，获得了设计要求的TA32高温钛合金复杂的变曲率异形件及目前国内最大尺寸的飞机复杂蒙皮成形件。通过实验证明本课题制定的工艺方案的合理性，攻克了TA32复杂蒙皮的热成形工艺难题，推进某型号项目的研制进程。关键词：TA32钛合金、本构模型、复杂蒙皮零件、热成形技术、数值模拟、工艺优化iTA32高温钛合金复杂飞机蒙皮零件热成形工艺研究ABSTRACTTA32isamodifiednear-αhigh-temperaturetitaniumalloythatc

7、anbeusedasanalternativematerialforthenextgenerationofAircraftengines.However,itisdifficulttomanufacturesaskinpartwithcomplexshapeforitsexcellenthightemperatureperformanceandcomplexformingprocess,whichlimitsitsapplicationinaircraftapplication.Inordertomeetthedemandofdevelopment

8、ofnewaircraft,thispapertakesthethermoformingmanufacturingproc