TC4钛合金板材热拉深成形数值模拟与试验研究

论文摘要

钛合金钣金件由于轻质、高比强度、高低温力学性能好、耐腐蚀,而被广泛应用于航空航天、汽车、舰船等领域。钛合金板材室温下塑性变形范围窄小,成形困难,回弹严重,一般需要采用热成形加工。钛合金板材的热冲压成形是目前钛合金钣金件成形的主要方法,钛合金板材在一定高温条件下,成形性能显著提高,利用传统的冲压工艺可以成形,但热冲压加工的模具和工艺要比冷冲压复杂。本文利用数值模拟和试验相结合的方式,研究了TC4板材的热拉深成形机理和工艺,为实际生产提供了有力的指导和参考。首先通过高温单向拉伸试验,测试了TC4板材在不同条件下的主要力学性质,分析了温度和应变速率对TC4板材的应力应变关系以及各向异性特性等力学性质的影响。为了研究TC4板材热拉深成形过程的变形规律,在高温单向拉伸数据的基础上,应用有限元模拟软件ABAQUS对TC4板材筒形件热拉深过程进行了弹塑性有限元数值模拟,分析了成形过程应力、应变和厚度的分布变化规律,揭示了成形件可能出现的缺陷;通过对不同工艺参数下拉深过程的模拟,研究了工艺参数对TC4板材热拉深成形、凸耳和回弹的影响规律。在数值模拟的基础上,设计和加工了一套TC4板材热拉深模具,进行了TC4板材的热拉深试验。结果表明,在770℃时拉深极限系数取得最小值0.461;凸耳和回弹都随着温度的升高而减小;总结了试验中出现的TC4热拉深的典型失效形式,为实际生产和科学研究提供了丰富的参考资料。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 钛合金板材的成形工艺和方法
• 1.2.1 钛合金板材成形概述
• 1.2.2 金属板材拉深成形的力学分析
• 1.2.3 钛合金板材拉深成形特点
• 1.3 钛合金板材热冲压成形研究现状
• 1.4 有限元数值模拟在板材成形中的应用
• 1.5 课题研究的主要内容和目的
• 第2章 TC4 板材高温力学性能测试
• 2.1 引言
• 2.2 高温单向拉伸试验
• 2.3 高温各向异性试验
• 2.4 本章小结
• 第3章 TC4 钛合金板材热拉深成形数值模拟
• 3.1 引言
• 3.2 热拉深成形三维有限元力学模型
• 3.2.1 几何模型
• 3.2.2 材料模型
• 3.2.3 算法的选择
• 3.2.4 接触处理
• 3.2.5 网格划分
• 3.3 模拟结果与分析
• 3.3.1 TC4 筒形件拉深成形过程力学分析
• 3.3.2 工艺参数对拉深成形的影响
• 3.3.3 工艺参数对凸耳的影响
• 3.3.4 工艺参数对回弹的影响
• 3.3.5 最佳工艺优化组合
• 3.4 本章小结
• 第4章 TC4 板材热拉深成形模具设计与工艺试验
• 4.1 引言
• 4.2 TC4 板材热拉深成形模具设计
• 4.2.1 模具结构设计
• 4.2.2 模具结构设计特点
• 4.3 热拉深成形工艺试验工艺设计
• 4.3.1 试验设备条件
• 4.3.2 模具材料的选择
• 4.3.3 润滑剂和保护涂料的选用
• 4.3.4 工艺过程
• 4.4 试验结果分析
• 4.4.1 工艺参数对拉深成形的影响
• 4.4.2 TC4 筒形件的凸耳现象和影响规律
• 4.4.3 TC4 筒形件的回弹现象和影响规律
• 4.4.4 典型成形件的失效分析
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢