钛合金焊接筒坯超塑成形波纹管质量优化技术研究

摘要

本文在以前研究的基础上，对钛合金波纹管超塑成形过程中的质量优化控制技术进行了更深入的研究。 为了获得质量更佳的钛合金波纹管，采用钛合金激光焊筒坯代替等离子弧焊筒坯来超塑成形钛合金波纹管。为此，采用单向热拉伸试验研究了采用钛合金激光焊对接板的超塑性能，试验结果表明，在925℃下，Ti-6Al-4V激光焊缝的屈服强度为27.7MPa，延伸率可达150％以上，具有良好的超塑性能。用Ti-6Al-4V激光焊筒坯采用三步加载法(胀形、合模和充满)超塑成形出了钛合金波纹管，成形后焊缝表面光滑、充满良好。应用旋转体薄壳理论和塑性理论推导出了各个阶段成形气压的计算公式。 对等离子弧焊和激光焊筒坯超塑成形的两组钛合金波纹管进行了检测，检测结果表明，钛合金波纹管的柔度和补偿性能优良，明显优于不锈钢波纹管；稳定性试验、耐压试验和气密性试验均符合设计要求；激光焊波纹管在行程为15mm的情况下，平均疲劳次数为1700次，其疲劳寿命比等离子弧焊波纹管的疲劳寿命高30％以上。 采用MARC商业有限元软件模拟了在三步加载情况下胀形阶段成形气压、充满阶段成形气压、筒坯高度和筒坯直径四种工艺参数对超塑成形后波纹管波峰壁厚分布情况的影响。用MARC有限元软件模拟得到的壁厚分布值一般小于实测值，精度在5％以内，二者吻合较好。胀形阶段成形气压和筒坯高度对波峰壁厚影响较大，为主要影响因素，而充满阶段成形气压和筒坯直径对波峰壁厚的影响很小。 在用MARC有限元软件模拟的基础上，对超塑成形工艺过程进行了稳健设计。研究结果表明，利用稳健设计方法中的响应面法－复合设计方法，可方便快捷地得到钛合金波纹管质量评价指标波峰最小厚度与其影响因素筒坯高度和胀形阶段成形气压之间的二元一次和二元二次多项式回归公式，从而实现了钛合金波纹管超塑成形工艺参数的稳健设计。Ti-6Al-4V双波DN250波纹管超塑成形试验证明了回归公式的准确性和复合设计法用于钛合金波纹管超塑成形过程的可行性。 研究了汽车离合器衬套的胀形加冲锻复合成形新工艺。汽车离合器衬套的新成形工艺确定为：落料、拉深、胀形、冲锻复合、冲圆孔和扇形孔、修边。在该工艺中采用多模块胀形工艺成形工件上的内齿，胀形时胀形滑块数量为六块，每个胀形滑块上有六个齿。采用DEFORM-3D有限元软件模拟了汽车离合器衬套的冲锻复合成形工艺，确定采用两步冲锻复合工艺，为制定合理的成形工艺奠定了基础。模拟结果表明，采用上述的成形工艺，工件的应变分布、应力和厚度分布合理，证明了新工艺的合理性。

目录

文摘

英文文摘

第1章钛合金激光焊筒坯超塑成形波纹管工艺研究

1.1引言

1.2 Ti-6Al-4V激光焊缝的单向热拉伸试验

1.3波纹管超塑成形原理简介

1.4波纹管超塑胀形各阶段胀形气压的确定

1.4.1胀形阶段

1.4.2合模阶段

1.4.3充满阶段

1.5 Ti-6Al-4V激光焊接筒坯超塑成形双波波纹管实验

1.6本章小结

第2章超塑成形的钛合金波纹管质量检测和分析

2.1前言

2.2壁厚分布情况

2.3检测试样制作

2.4检测项目和检测设备

2.5检测结果和讨论

2.5.1波纹管外观、尺寸公差和形位公差

2.5.2波纹管性能

2.6本章小结

第3章钛合金波纹管超塑成形工艺数值模拟

3.1前言

3.2 MARC有限元软件简介

3.3有限元分析的前处理

3.3.1基本假设

3.3.2单元划分及材料参数

3.4数值模拟的结果与分析

3.4.1波纹管壁厚分布的数值模拟结果

3.4.2胀形阶段成形气压对波峰最小壁厚影响

3.4.3筒坯高度对波峰最小壁厚的影响

3.4.4筒坯直径对波峰最小壁厚的影响

3.4.5充满阶段成形气压对波峰最小壁厚的影响

3.5本章小结

第4章钛合金波纹管超塑成形工艺稳健设计研究

4.1前言

4.2响应面法概述

4.3响应面法—复合设计

4.4钛合金波纹管超塑成形复合设计研究

4.4.1选取质量评价指标和影响因素

4.4.2模拟和试验条件

4.4.3第一批试验安排和一次正交回归分析

4.4.4第二批试验安排和回归精度检验

4.4.5第三批试验安排和二次多元正交回归分析

4.4.6稳健性分析

4.4.7试验验证

4.5本章小结

第5章汽车离合器衬套冲锻复合成形工艺研究

5.1前言

5.1.1冲锻复合成形简介

5.1.2课题来源

5.2成形工艺设计

5.2.1工艺分析

5.2.2成形工艺设计

5.3成形过程的工艺优化和数值模拟

5.3.1 DEFORM-3D有限元软件简介

5.3.2汽车离合器衬套成形过程的数值模拟

5.3.3有限元模拟的前处理

5.3.4单个滑块上齿数的确定

5.3.5冲锻复合工艺确定

5.4本章小节

第6章其它工作

6.1教学工作

6.2编写教材

6.3科技推广开发活动

参考文献

致谢

作者在博士后期间发表的论文

作者在博士后期间参加的课题