高精度钛合金等温超塑成形液压机的结构设计与仿真研究

摘要

钛合金钣金件是飞机机体的框架和气动外形的主要组成部分，在钛合金钣金件制造过程中，超塑性成形具有成形性好、成形精确、无残余应力等优点，成为航空航天工业的一项关键制造技术。等温超塑成形性设备需要具有精确地成形温度控制和成形速度控制。目前，用于钛合金成形的航空特种成形装备市场基本上由欧美公司所垄断，为了打破国外企业的市场垄断，我国对钛合金等温成形设备的的研发需求十分迫切。
　　首先，针对大型钛合金薄壁结构超塑成形/扩散连接工艺需求，利用了DEFORM软件，对钛合金等温超塑性成形过程进行了模拟，分析了钛合金钣金件在成形过程中的应力和应变变化规律、钣金件成形过程中的晶粒流动规律和破坏规律、成形过程中的最大载荷等。为钛合金成形工艺规划和等温成形液压机的设计技术参数的制定提供了理论依据。
　　其次，建立了5000kN等温超塑成形液压机总体结构方案，包括液压系统、加热系统、保温系统和水冷系统、氩气与真空系统等。根据该液压机设计要求对液压机主机框架结构和关键部件，包括上横梁、立柱和拉杆、下横梁等进行了初步方案设计和强度/刚度计算，确定了详细结构和关键尺寸。利用Solidworks建立了液压机机身结构详细模型。
　　再次，根据液压机设计要求，建立了液压机主机结构的有限元分析模型，利用ANSYS Workbench软件对液压机机身进行多工况静力学分析，得到了液压机机身、上横梁、拉杆和下横梁的等效应力变化规律，然后对机架、上横梁和立柱的变形规律进行了分析，并对关键结构进行了改进和优化设计，使其满足总体设计要求。
　　最后，对钛合金等温超塑性成形液压机进行了耦合模具的刚度分析，通过设定三种不同形式的模具台面，分析了上横梁、下横梁、活动横梁、立柱的刚度变化，分析了不同模具台面下液压机机身各个部件的变形规律。耦合刚度分析结果表明，所设计的液压机可以满足高精度钛合金薄壁结构大型超塑成形/扩散连接工艺要求。

目录

声明

字母注释表

第一章 绪 论

1.1钛合金及其超塑性成形工艺

1.2钛合金等温超塑成形设备概述

1.3等温超塑成形性设备的发展现状

1.4课题来源及研究内容

第二章 基于DEFORM-3D的TC4钛合金等温超塑性成形模拟

2.1 等温超塑性成形模拟

2.2基于 DEFORM的TC4钛合金半圆筒成形模拟

2.3求解与结果分析

2.4 本章小结

第三章 5000kN等温超塑成形液压机的机身结构设计

3.1 5000kN超塑成形液压机技术参数及结构

3.2 5000kN超塑成形液压机立柱和拉杆设计

3.3 上横梁、下横梁结构设计

3.4 加热装置的结构设计

3.5 保温装置的结构设计

3.6 水冷系统结构设计

3.7 本章小结

第四章 5000kN超塑成形设备本体多工况分析与优化

4.1 超塑成形液压机本体有限元分析概述

4.2液压机机身有限元模型建立

4.3 液压机机身静态有限元结果分析

4.4 上横梁改进

4.5 本章小结

第五章 等温超塑性成形设备的耦合刚度分析

5.1液压机—模具耦合分析模型的建立

5.2 液压机—模具耦合刚度分析

5.3 本章小结

第六章 超塑成形设备的应用

第七章 结论与展望

7.1 全文结论

7.2工作展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢