钛合金筒形件强力旋压成形研究

摘要

钛合金由于拥有轻质、强度高、耐腐蚀、耐高温等独特优点而被广泛应用于航天、航空、船舶、化工等领域。强力旋压成形过程中，坯料变形区处于三向压应力状态，提高了材料的塑性能力，因此，特别适合钛合金等难变形材料的回转体零件成形。强力旋压是一种非常复杂的塑性成形工艺，工艺参数多而复杂，各个参数对强力旋压影响关系尚不明确，所以对强力旋压的成形过程和工艺参数进行研究非常有必要。
　　本文使用有限元分析软件ABAQUS/Explicit依据钛合金筒形件强力旋压的实际加工过程，建立了符合实际的钛合金筒形件强力旋压成形的有限元模型，使用了加速计算技术，对有限元模型的稳定性进行了评估，并与实验结果进行对比验证了模型的可靠性。模拟分析发现，强力旋压过程中等效应力和等效应变的最大值均出现在旋轮与坯料接触区，随着旋压的进行，等效应力和等效应变都随之增大。旋压进入稳定阶段，等效应力极大值和等效应变极大值都趋于平稳。系统的研究了主要旋轮结构参数对强力旋压的影响，其中：旋轮工作角α的大小主要影响等效应力，工作角越大等效应力越大。旋轮圆角半径P对旋压制品的表面光洁度影响较大，大的圆角半径能够保证材料表面的光洁度。旋轮压下台阶高度H可控制隆起高度，将材料厚度和减薄率设置在合理的变化范围内，即可加工出质量优良的旋压制品。旋轮退出角β对旋压制品的质量影响较小，主要对旋压制品脱模产生影响。在不产生对旋压干涉的情况的下，旋轮压制角α k应该尽可能的小些，可使旋压尽快进入稳定阶段。利用有限元分析方法对强力旋压的主要工艺参数毛坯加热温度、旋轮进给比、主轴转速、减薄率进行研究分析。最终得出了钛合金筒形件强力旋压成形时的较合理的工艺参数：毛坯加热温度650℃、旋轮进给比1mm/r、主轴转速4r/s和减薄率20％。根据筒形件残余应力的分布，分析发现筒形件的内外径等效残余应力分布较为均匀，最小值出现在最早被旋压的区域，而最大值出现在最晚被旋压的区域。对残余应变的分布进行了分析，分析发现钛合金筒形件强力旋压过后，温度的下降以及残余应力的作用下对筒形件的尺寸精度影响较小。

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第一章 绪论

1.1引言

1.2钛及钛合金的发展应用概况

1.3旋压技术简介

1.4 强力旋压技术发展研究现状

1.5 有限元技术的发展及应用

1.6本课题的研究目的和意义

第二章 钛合金筒形件强力旋压制品质量的主要影响因素

2.1 引言

2.2 旋压设备对旋压制品质量的影响

2.3毛坯质量对旋压制品质量的影响

2.4 旋压加工工艺参数对筒形件质量的影响

2.5 本章小结

第三章 钛合金筒形件强力旋压有限元模型的建立

3.1 引言

3.2 钛合金筒形件强力旋压有限元模型建立

3.3 加速技术

3.4 有限元模型稳定性评估

3.5 模型可靠性验证

3.6 本章小结

第四章 旋轮参数对钛合金筒形件强旋成形的影响

4.1引言

4.2 强力旋压过程应力应变分析

4.3 旋轮参数对强力旋压成形的影响

4.4本章小结

第五章 工艺参数对钛合金筒形件成形的影响

5.1引言

5.2 工艺参数对钛合金筒形件成形的影响

5.3 残余应力应变分析

5.4本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

致谢