TA1钛合金板材高温颗粒介质成形试验研究

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1、钛合金成形工艺TITANIUMALLOYFORMINGPROCESSTA1钛合金板材高温颗粒介质成形试验研究ExperimentalResearchonHotGranularMediumFormingofTA1TitaniumAlloySheet北京航空航天大学机械工程及自动化学院　郎利辉　刘康宁中航工业北京航空制造工程研究所　吴　为　刘宝胜[摘要]利用高温介质成形工艺对TA1钛合金板成形工艺可有效降低钛合金锥形类零件的起皱趋势，提材进行了筒形零件拉深过程仿真计算及试验验证，模拟高成形性。分析及

2、高温条件下拉深试验结果表明，高温介质成形工本文在颗粒介质三轴围压试验及TA1钛合金高温艺适用于钛合金板材，并能显著提高钛合金薄壁零件的单向拉伸试验基础上，对钛合金筒形件进行了500℃条成形质量。件下的颗粒介质拉深试验及成形后零件壁厚、轮廓尺寸关键词：钛合金板材高温介质成形数值模拟计算模拟分析，验证了高温颗粒介质成形工艺对钛合金[ABSTRACT]Deepdrawingprocessofcylinder-板材的适用性及高温颗粒介质成形规律计算分析准确shapedpartofTA1titaniuma

3、lloysheetiscarriedoutby性。结果表明，高温颗粒介质成形工艺可以有效提高钛hotmediumformingtechnology.Comparestudyisalso合金零件的成形质量。conductedwithnumericalsimulation.Resultsshowthatthehotgranularmediumformingprocessappliestotita-1材料性能试验niumalloysheetandcanimprovetheformingqualityo

4、f1.1颗粒介质三轴围压试验titaniumalloythin-walledparts.三轴压缩试验可以测定颗粒材料抗剪强度，侧重于Keywords:TitaniumalloysheetHotgranular测量岩土、颗粒材料在三轴压应力条件下动态受压变形mediumformingNumericalsimulation特征，相比于直剪试验，三轴围压试验中被测试材料的DOI:10.16080/j.issn1671-833x.2015.17.030受力状态更贴近于主动式热介质成形中颗粒介质。因此，为

5、了测定颗粒材料Mohr-Coulomb摩擦模型参数，选目前，随着轻量化构件在航空、航天、汽车、能源等择三轴围压试验测定颗粒材料流动特性及压力传递规领域的广泛应用，对轻质合金薄壁类零件的先进成形工律。三轴围压试验结果绘制的强度包线如图1所示。艺提出了越来越高的要求。现有加工方法存在诸多局从图中可得，本文所选的非金属颗粒材料Mohr-限性，无法满足日益苛刻的加工需求，为解决这一难题，Coulomb摩擦模型粘聚力c=1.6255kPa，内摩擦角各国研究机构提出了多种工艺以提高轻量化零件的成φ=14.9

6、352°，具有良好的流动性，可对成形拉深力进行形质量。有效传递。钛合金板材在室温条件下屈强比大，弹性模量小，1.2TA1钛合金高温单向拉伸试验延伸率及成形极限较低，成形后零件易起皱、破裂，加工为了获取TA1材料高温条件下拉伸性能，利用[1]难度大，通常要在550℃~750℃条件下成形。传统钛ZWICK单向拉伸试验机，对1mm厚TA1板材进行了合金板材成形方法主要有超塑成形及热冲压工艺等[2]，1000但不可避免地带来了诸多问题，如模具设计复杂、起皱800[3]减薄严重、壁厚均匀性差、成形效率低等

7、。[4-5]600c=1.6255kPa,φ=14.9352°板材颗粒介质成形工艺是由燕山大学赵长财等τ/kPa提出的一种柔性成形方法，其利用耐高温非金属颗粒介400质代替传统意义上刚性的凸模（或凹模）成形板材、管材200[1]类零件，可加工铝合金、不锈钢及钛合金等材料。国[6-7]02004006008001000120014001600外纽伦堡大学等研究机构对颗粒介质成形工艺进σ/kPa行了试验研究，对高强钢等材料进行了高温条件下颗粒图1三轴围压试验结果[8]介质成形试验。计算仿真分析结果已

8、证明，颗粒介质Fig.1Resultoftriaxialcompressiontests122航空制造技术·2015年第17期钛合金成形工艺TITANIUMALLOYFORMINGPROCESS140态，可有效防止不均匀变形导致的失稳，抑制起皱趋势。120可以看到，高温颗粒介质成形出的零件具有较好的表面100质量。-1ε=0.1s80-1ε=0.02s-1ε=0.005s6040真实应力/MPa温度：500℃20图4500℃不同拉深深度钛合金零件00.10.20.30.4Fig.4TA1part