TC4叶栅环等温锻造成形工艺研究

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1、钛合金成形工艺TITANIUMALLOYFORMINGPROCESSTC4叶栅环等温锻造成形工艺研究StudyonFormingProcessofIsothermalForgingofTC4Blade首都航天机械公司王　兵　孟凡起张龙飞李建洲魏博深湖北汽车工业学院杨全涛　　　　　　　　　　　　　　　　　　[3-4][摘要]以TC4叶栅环零件为研究对象，采用三维方法非常必要。目前，国内外众多学者都围绕着钛[5][6]有限元模拟软件DEFORM-3D对叶栅环的等温锻造成合金的等温锻造成形工艺进行了研究，Argyris、Yang形过程进行数值模拟，对成形工艺方法进行实物验证，等人用三维

2、刚塑性有限元软件DEFORM-3D，对钛合金得到了满足使用要求的TC4叶栅环零件。研究结果表的等温锻造成形进行了数值模拟研究。明：等温锻造成形技术可成形出TC4叶栅环零件。关键词：TC4钛合金叶栅环等温锻造数值模1成形工艺及方案拟试验研究叶栅环是某航天型号发动机中的关键部件，材料为[ABSTRACT]TC4bladeobjectisresearchedinTC4，服役工况复杂，其模型如图1所示。其几何形状较thispaper.Theisothermalforgingprocessissimulatedus-为复杂，尺寸精度要求较高，最薄壁尺寸为4mm，最深壁ingthree-di

3、mensionalfiniteelementcodeDEFORM-3D厚20mm,在锻造工艺中属典型的薄壁件。此零件传统tostudytheinfluencesofformingscheme.Withmethods的制造工艺是采用自由锻造制坯，然后机械加工至零件ofphysicalexperiment,theexperimentofisothermalforg-尺寸，这种制造工艺不仅浪费原材料，同时机械加工周ingiscarriedout,thepartsmeettheuserequirement.The期长，难度大。为此，借助于等温锻造成形技术，直接通resultsshowth

4、atcomponents,suchastheTC4bladecanbe过锻造的方式成形出TC4支架零件毛坯，然后通过极少preciselyforgedbythetechnologyofisothermalforging.量机加工工时成形最终零件。本文采用数值模拟和物Keywords::TC4titaniumalloyBladeIsother-理试验相结合的方法研究支架零件的等温锻造成形工malforgingNumericalsimulationExperimentalre-艺，制定省时高效的成形工艺技术。searchφ139DOI:10.16080/j.issn1671-833x

5、.2015.17.117φ111φ193-0.1+0.1φ840钛合金具有密度低、高强、高韧、高模量、耐高温等特性，在军工、民用等领域得到了广深的应用。但由于R122φ6020.527钛合金的锻造温度范围窄，变形抗力受温度和变形速度47的影响较大，所以，用一般的锻造方法难以获得理想的微观组织和力学性能，材料的利用率不高，并且不利于φ93-0.11116[1]φ107+0.13后续机加工操作。0随着航天技术的发展，产品结构设计在整体化、轻图1叶栅环零件模型图质化方面有了更高的要求。钛合金以高强、高韧、高模Fig.1Partdrawingofblade量、耐高温等特性在航天产品上的运

6、用越来越多，但TC4在热加工过程中变形抗力较大，锻造温度范围窄，2数值模拟[2]充型难度大，属于难加工材料，而且价格昂贵。2.1模型建立及边界条件等温锻造是利用材料在超塑性状态下金属流变应叶栅环的形状较为复杂，等温锻造过程中影响因素力降低，使锻造压力大大降低，从而降低加工设备吨位，较多，本课题采用PRO/E软件建立坯料和模具的三维同时可直接成形形状复杂、精度较高的零件。几何模型（图2），利用DEFORM-3D软件进行数值模拟。因此，等温锻造是提高钛合金流动性，降低变形抗零件材料为TC4钛合金，材料的本构关系由试验获得力最有效的加工方法之一。为了满足航天钛合金材料（图3），材料的其

7、他参数通过查阅相关资料获得。模拟使用要求，采用等温锻造的方式直接成形钛合金零件的过程中，模具定义为刚体，温度设定在970℃，坯料温度117航空制造技术·2015年第17期钛合金成形工艺TITANIUMALLOYFORMINGPROCESS定为970℃；模具与零件、零件与试验环境以及模具与2.2数值模拟过程试验环境定义为绝热。由于锻造过程是一个高温的大叶栅环等温锻造成形，是通过上、下模的挤压作用变形过程，因此可以忽略坯料的弹性变形。坯料采用刚而成。根据成形过程中金属的流动变化情况，