论文部分内容阅读
钛合金型材三维拉弯结构件具有自重轻、结构强度高、几何造型流畅的特点,因而越来越多的应用于高速运载工具的生产制造当中。常温下,钛合金材料具有较高的屈服强度,发生塑形变形的范围窄,易出现开裂,且回弹量大的问题,因此对于钛合金型材一般采用热成形的方式进行加工。为实现该类制件的弯曲成形,一种采用型材自阻加热方式,通过将型材在水平和垂直两个方向上弯曲变形的叠加,分布实现钛合金型材的三维弯曲成形的多点三维热拉弯成形工艺被开发出来。针对该工艺,以实现高效、高质量的三维热拉弯成形为目标,本文利用理论分析和数值仿真的方法,对TC4钛合金型材多点三维热拉弯成形过程中,工艺参数对成形质量的影响规律开展了研究。具体如下:通过对多点三维热拉弯工艺原理和成形步骤的介绍,分析了热拉弯成形过程中的热力耦合作用。基于TC4钛合金试样单向热拉伸试验数据得到TC4钛合金的高温力学性能参数,基于流变行为建立TC4钛合金Arrhenius高温本构关系,通过计算相关系数和平均绝对相对误差对本构进行评估,相关系数值为0.97583,平均绝对相对误差值8.64%,为数值仿真提供材料参数。利用ABAQUS软件建立TC4钛合金型材多点三维热拉弯成形过程仿真模型,并分别介绍了分析步、边界条件、单元类型及网格划分等关键建模步骤的设置。基于TC4钛合金型材多点三维热拉弯成形过程仿真结果建立回弹预测模型,通过数值模拟的方法,阐述了成形过程中型材温度场和应力场分布特点及规律,把回弹作为评估成形精度的标准,分析了成形温度、模具温度、预拉伸和补拉伸等工艺参数对成形结果的影响规律。型材和多点模具之间的热传导是影响成形件温度变化的主要因素,多点模具的初始温度越高,成形件的温度场分布越均匀;型材和多点模具的初始温度越高,型材的应力分布越均匀,同时型材的回弹量随着温度的升高逐渐减小。预拉伸和补拉伸对减小回弹有重要的作用,随着预拉伸量和补拉伸量的增大,型材的回弹呈现减小趋势。基于分析结果得到了各工艺参数对成形质量的影响关系,为后续的多点三维热拉弯成形试验的研究提供参考。本文通过对TC4钛合金型材多点三维热拉弯成形过程进行数值模拟研究,量化了各工艺参数对成形质量的影响规律,为后续的多点三维热拉弯成形工艺及装备的设计奠定了基础。