TC4多层板结构超塑成形/扩散连接工艺数值模拟与试验研究

摘要

超塑成形/扩散连接（简称SPF/DB）技术是航空航天大型复杂钛合金薄壁结构件制造的主要工艺方法之一，利用该技术制造的钛合金多层板结构设计上满足质量轻、刚性大的要求，工艺上突破传统的钣金成形方法，能够缩短制造周期，减少成本等。国外已将SPF/DB技术制造的钛合金多层板结构广泛应用于航空航天领域并取得显著的技术经济效益，目前国内钛合金多层板SPF/DB技术在制造工艺与应用上与发达国家相比还存在差距，主要表现的工艺问题：三层板结构件面板易出现“沟槽”缺陷，四层板由于扩散连接面积大，若工艺过程控制不当，极易造成扩散连接不充分。利用CAD、CAE计算机辅助设计技术进行结构优化已成为航空航天领域SPF/DB工艺研究的重点内容之一。针对上述的工艺问题，本文在TC4多层板SPF/DB工艺研究中做了以下工作：
　　 首先提出了面板与芯板初始厚度比值、扩散连接宽度与面板初始厚度比值是影响三层板结构件面板“沟槽”缺陷的两个重要结构参数。根据三层板SPF/DB工艺原理设计了模具结构与气路，借助有限元软件MARC分析了与 值对TC4三层板“沟槽”缺陷的影响规律，通过模拟比较得到：当=2mm时，=0.7mm，=4mm的三层板结构模拟成形结果最佳。最后在数值模拟的基础上，采用先DB后SPF的方法成功地进行了TC4三层板SPF/DB试验研究，得到的三层板焊合率高、芯板壁厚分布均匀、面板无“沟槽”缺陷。结果表明：TC4三层板SPF/DB工艺中，当结构满足， 时有利于减少面板“沟槽”缺陷；最佳DB工艺参数为：温度900℃，扩散连接压力2~3.5MPa，保压时间3600s；最佳SPF参数为：温度900℃，应变速率0.00098s-1，成形时间为2000s，保压压力2.5MPa。
　　 TC4四层板SPF/DB工艺板料层数多、芯板变形大、扩散连接面积大，成形时SPF与DB同时进行，因此进气系统与抽真空系统复杂。根据四层板SPF/DB工艺原理，设计了四层板结构，借助于有限元软件MARC对TC4四层板SPF/DB过程进行数值模拟，预测板料的变形过程及壁厚分布，获得最佳应变速率下的压力-时间加载曲线。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：图表目录、注释表

声明

第一章 绪论

第二章 TC4三层板超塑成形/扩散连接数值模拟

第三章 TC4 三层板超塑成形/扩散连接试验研究

第四章 TC4 四层板SPF/DB工艺研究

第五章 总结与展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间的研究成果及发表的学术论文