月球车钛合金轮圈的热旋压成形工艺研究

摘要

轮圈作为月球车车轮的重要承力构件，在月球车的研制中起到非常重要的作用。钛合金具有比强度和比刚度高、综合性能优异和长时间工作温度可达400℃的特点，被认为是月球车轮圈的理想材料。旋压技术是小批量、多品种回转体零件的重要成形方法，非常适于成形月球车钛合金轮圈。月球车钛合金轮圈由于壁薄，直径相对较大，采取旋压工艺时极易产生失稳起皱和开裂现象，加上普旋工艺的影响因素众多，相互之间的关系复杂，单纯依靠试验的方法来研究月球车钛合金轮圈的旋压问题，难以在成品质量及过程控制上同时满足要求。数值模拟特别是有限元的应用，为旋压工艺提供了先进的分析方法。有限元法可以对成形整个过程进行模拟，有助于揭示各工艺参数对最终零件质量的影响规律，从而缩短研究周期，降低研究成本，对实验研究提供指导和帮助。
　　本文应用ANSYS/LS-DYNA软件对月球车钛合金轮圈的旋压过程进行了弹塑性有限元数值模拟，获得旋压成形阶段不同时期的应力应变分布规律、变形流动规律和壁厚分布规律，初步分析了失稳起皱的产生机理；通过对不同工艺参数下旋压过程的模拟，获得了工艺参数对旋压成形质量的影响规律。
　　通过对钛合金不同坯料状态进行组织观察和性能测试为普旋试验提供了依据。在旋压试验过程中，分析了旋压工艺参数对成形零件质量的影响，提出了控制旋压工艺参数的方案。
　　根据数值模拟和试验结果，分析了月球车钛合金轮圈旋压过程中起皱和开裂的产生机理，提出了相应的控制措施，对月球车钛合金轮圈的旋压工艺进行了优化，旋制出质量良好的钛合金车轮轮圈。

目录

月球车钛合金轮圈的热旋压成形工艺研究

月球车钛合金轮圈的热旋压成形工艺研究

HOT SPINNING PROCESS OF TITANIUM ALLOY COLLAR RIM OF LUNAR ROVER

摘 要

Abstract

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 旋压工艺的分类及特点

1.3 旋压技术的研究现状及发展趋势

1.4 钛合金热成形研究的进展

1.5 有限元分析在旋压领域的研究进展

1.6 本课题的研究目的和意义

第2章 月球车钛合金轮圈的热成形工艺方案研究

2.1 引言

2.2 TC4钛合金板材的组织观察

2.3 TC4钛合金板材的拉伸性能测试

2.4 旋压工艺方案的设计

2.5 旋压成形工装的设计

2.6 本章小结

第3章 月球车钛合金轮圈旋压过程有限元模拟

3.1 引言

3.2 弹塑性有限元模型的建立和边界条件的确定

3.3 不同旋轮轨迹的弹塑性有限元模拟

3.4 不同旋轮进给比的弹塑性有限元模拟结果分析

3.5 不同坯料翻边长度的弹塑性有限元模拟

3.6 本章小结

第4章 月球车钛合金轮圈的热成形试验研究

4.1 引言

4.2 试验条件

4.3 月球车钛合金轮圈的热成形试验研究

4.4 工艺参数对月球车钛合金轮圈成形质量的影响

4.5 零件成形后组织观察及质量检测

4.6 月球车钛合金轮圈成形工艺优化设计

4.7 本章小结

结论

参考文献

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致谢