TC4钛合金杯形件等温挤压数值模拟研究

《TC4钛合金杯形件等温挤压数值模拟研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、TC4钛合金杯形件等温挤压数值模拟研究FiniteElementSimulationOfIsothermalExtrusionProcessofTC4AUOyCup—ShapedWorkpiece中国工程物理研究院机械制造工艺研究所杨文华吉卫周朝辉都爱国【摘要】为了能够在实际生产中提高材料利用率和生产效率，借助DEF01w一3D有限元法模拟了TC4钛合金杯形件等温挤压成形过程，分析了不同的挤压速度对变形材料等效应力，应变分布的影响。结果表明：挤压速度为3mrIl／s时，等效应变数值较小，杯形件变形相对均匀。内壁圆弧过渡

2、区域的应力、应变较大，容易出现开裂。关键词：等温挤压数值模拟Tc4钛合金【ABSTRACTlInordertoimprovethematerialuti．1izationalldpmductionemciencyintheactualproduction，isothemalextmsionprocessofTC4titaniumcup—s】吣lpedworkDieceissimulatedwiththeDEFORM．3Dfiniteele—mentmethod．TheeffIectofdif氨：rentextmsion

3、sDeedsonthedisn噎butionofeauivalentstressandstminofthework—pieceisanalysed．Theresultsshowthat：whene)【廿1Jdedatthespeedof3mIll／s，thevalueofequivalentstrainissmaU，andunif．onndefbnnationisachieved．Thevaluesofsn．essands仃ainarerelativelyhighatinnerarctransitionzone，soc

4、rackingmightoccW．Ke、rwOrds：IsoUlermal．extrusionNumericalsim-ulationTC4aUovTC4(Ti一6Al一4V)合金为典型的仅+B两相钛合金。该合金具有优异的综合性能，利用其良好的工艺塑性和超塑性，可成形各类零部件，广泛用于航空航天工业、医疗器材、武器装备等领域H删。但TC4钛合金也存在变形抗力对温度敏感的特性∥”，导致钛合金深筒形件生产难度大，成形过程容易出现开裂的现象。等温挤压是近几年发展起来的一种新进成形技术，是将模具加热至变形温度，毛坯在变形过程中

5、保持恒温，这样就极大地减小了变形抗力和变形功【8。91。挤压时零件内外温度分布均匀、变形均匀，从而导致生产出的零件组织性能均匀州。图1所示为杯形工件示意图，过去采用TC4棒材进行机械加工量产该零件，加工困难且工时长，材料利用率低、生产效率低和生产成本高。因此，期望获得一种能缩短加工工时，提高材料利用率和生产效率的成形工艺，实现低成本成形该零件的目的。本文借助图1挤压工件示意图Fjg．1ShapeOfextrusjOnwOrkpjeceDEFORM一3D模拟软件，对TC4钛合金杯形件等温挤压成形过程进行了模拟分析，观察成

6、形过程变形材料应力应变分布情况及金属流动规律，从而更好地指导实际生产过程中该零件等温挤压工艺的制定。1有限元模型的建立基于本模型是轴对称的，可选取实际几何模型的1／2。图2所示为挤压有限元几何模型，采用四面体网格坯料图2挤压有限元模型Fig．2FiniteeIementmodeOfextrusion2013年第16期·航窄制造技术103复杂构件综合制造技术sYNTH酬cMANu队cTURINGTEcHN吼oGYoFcoMP。ExsTRucTuRE对坯料进行网格划分，网格单元数为24000个。选用剪切摩擦方式，摩擦因数设

7、定为0．3。TC4相变点1000℃左右，为挤压过程采用等温挤压，一般在相变点下30～50℃进行，故模具和坯料的初始温度均为950cc。实际生产在低速下进行，挤压速度分别取lmm／s、3mm／s、5mm／s，以研究挤压速度对挤压过程的影响。2模拟结果及分析2．1挤压基本过程及分析图3所示为不同增步下反挤成形示意图，可以看出：随着凸模的下压，坯料金属沿着空腔不断向上流动。凸模与坯料的接触面积不断增加，摩擦力不断增大，也使得变形越来越困难。这可以从图4中清晰地看出，随着挤压行程不断增加，载荷几乎呈线性增大，直至挤压过程结束。

8、增步2．2中间挤压阶段等效应力、应变分布挤压速度是挤压的重要参数，会对变形体的受力状态和变形情况产生显著地影响。图5所示为中间阶段时不同挤压速度下工件的等效应力分布图，可以看出等效应力分布规律大体一致，坯料上部分应力分布均匀，数值基本相等。坯料下半部分应力分布呈鱼尾状，中间部位应力较大，底部两端的应力最小。随着挤压速度的增加，最大