钛合金管件接头热成形工艺参数的数值模拟.pdf

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1、信息化技术2012年10月第5期信息化技术钛合金管件接头热成形工艺参数的数值模拟杜红娥贾春莉陆云鹏张杰刚张玉强（首都航天机械公司，北京100076）摘要：采用PAMSTAMP数值模拟技术对TC4管件接头热成形的过程进行模拟，分析了成形温度、零件结构对成形性能的影响，成形温度越高，零件内圆角越大，零件型面质量越好。通过模拟得出较优的工艺参数，改善了零件的成形效果。关键词：TC4；钛合金；热成形；数值模拟TheNumericalSimulationofHotFormingParametersonTitaniumAlloyTie-inDuHongeJiaChunliLuYunpengZhangJi

2、egangZhangYuqiang（CapitalAerospaceMachineryCompany,Beijing100076）Abstract：ThehotformingprocessofTC4tie-inisimitatedusingPAMSTAMPsimulatingsoftware.Theinfluencesofformingtemperatureandthepartstructureareanalyzed.Thehighertemperatureandthemoregentleshape,thebettershape.Thesuperiordrawingparametersare

3、acquiredbysimulating,andtheformingresultisimproved.Keywords：TC4；titaniumalloy；hotforming；numericalsimulation1引言管件接头的热成形过程进行模拟，分析了零件结构、成形温度对成形性能的影响，从中得出较优的工艺参钛合金具有优异的综合性能，它的密度小、强度数。高、高低温性能良好且抗腐蚀性能优异，在航空航天[1]应用日益广泛。钛合金在常温条件下存在屈强比高、2数值模拟模型的建立难于加工的缺点，但在高温条件下呈现出良好的超塑[2]性，因此热成形方法普遍应用于钛合金零件的加工。钛合金管件接头实体图如

4、图1所示。材料为TC4，但是热成形钛合金零件时，其变形量和变形力较大，板厚为1mm，管件接头外径R=10mm，接头长度为材料容易产生裂纹，因此如何充分利用钛合金的特52mm，相贯线内圆角r不大于12mm，热成形后零件点，采用合适的热成形工艺参数用于指导生产非常重要求最薄部分不得小于0.8mm。该零件的特点是壁厚要。随着计算机技术的发展和有限元方法的不断成薄、管径大，容易出现褶皱和破裂等缺陷。熟，采用数值模拟方法可以有效地模拟钛合金板材的在利用PAMSTAMP软件进行模拟时，选用整体模[3][4]热成形过程。型的计算精度较高。本文对该零件采用整体的模型本文通过采用PAMSTAMP软件，对TC4

5、钛合金进行建模，以获得更为精确的计算精度。模型如图2作者简介：杜红娥（1977-），工程师，机械自动化专业；研究方向：钛合金管件成形等。收稿日期：2012-08-1052信息化技术航天制造技术所示。通过试验测得TC4板材的基础性能参数：扬氏模量E=103MPa；泊松比μ=0.332；参数Cp=575，F=0.9；摩擦系数f=0.09。3零件结构对成形性能的影响管件接头相贯线内圆角影响零件的成形质量，该图1管件接头零件实体图零件相贯线内圆角要求不得大于12mm。内圆角分别选取r=12mm、r=10mm，模拟零件的成形过程，零件成形质量云图和厚度分布如图3、图4所示。当r=10mm，零件产生褶皱

6、缺陷，最小厚度为0.83mm；当r=12mm，零件没有缺陷，最小厚度为0.84mm。由此可见，内圆角越大，零件不易产生褶皱，在满足零件设计要求的条件下应选取较大的内圆角。图2PAMSTAMP模拟模型a零件成形质量云图b成形结果-应变分布图c零件厚度分布图图3相贯线内圆角半径r=12mm，成形温度为680℃a零件成形质量云图b成形结果-应变分布图c零件厚度分布图图4相贯线内圆角半径r=10mm，成形温度为680℃4温度对零件成形的影响温度范围内，温度越高，材料的超塑性能越好，但是温度越高，模具所得到的热量越多，模具温度升高，TC4的成形温度范围一般为550～720℃，在成形模具易受到损坏，同时

7、高温氧化和吸氢对钛合金零件53信息化技术2012年10月第5期的有害影响增大，因此要求钛合金零件在满足成形性665℃、680℃加热保温钛合金管件接头毛料，然后成能的条件下，选择较低的温度成形。分别在650℃、形，零件成形质量云图和厚度分布如图5～图7所示。a零件成形质量云图b成形结果-应变分布图c零件厚度分布图图5成形温度为650℃a零件成形质量云图b成形结果-应变分布图c零件厚度分布图图6成形温度为665℃