TC4杯形件非等溫?cái)D壓過程數(shù)值模擬及工藝研究.pdf

1、TC4（Ti-6A1-4V）合金具有良好綜合機(jī)械性能和加工性能，常用于航空航天器零件，是目前世界上應(yīng)用最廣泛的鈦合金，其成熟塑性成形工藝是等溫鍛造。隨著鈦合金鍛件需求越來越多樣化，利用常規(guī)設(shè)備和普通模具鍛造出具有一定尺寸精度的鍛件，將使鈦合金的應(yīng)用進(jìn)一步擴(kuò)大，降低制造成本。
　　本文以TC4杯形件反擠壓為研究對象，研究了非等溫?cái)D壓過程熱傳遞行為，通過溫度場計(jì)算引入冷硬層概念，計(jì)算了具有冷硬層的坯料在反擠壓時(shí)的單位應(yīng)力和載荷。利用冷

2、硬層解釋了鈦合金在非等溫?cái)D壓時(shí)變形抗力大、坯料易開裂的原因。對擠壓過程熱傳遞過程分析表明坯料冷卻程度與其所處應(yīng)力狀態(tài)和保溫介質(zhì)有關(guān)。采用有限元法(FEM)對不同潤滑和傳熱條件下的擠壓過程進(jìn)行了數(shù)值模擬，獲得了相應(yīng)狀態(tài)下的速度場、溫度場、等效應(yīng)力、等效應(yīng)變及載荷—行程曲線等完整信息。模擬結(jié)果表明潤滑和隔熱是影響TC4非等溫?cái)D壓成形的關(guān)鍵工藝參數(shù)，實(shí)驗(yàn)證實(shí)當(dāng)沒有潤滑和有效隔熱的坯料擠壓時(shí)變形抗力大，表層金屬不流動(dòng)，模具壽命低，坯料易生成裂紋

3、。
　　采用包套擠壓對坯料進(jìn)行有效的潤滑和保溫，通過對包套擠壓進(jìn)行了熱力學(xué)計(jì)算和數(shù)值模擬分析，證實(shí)了填充石棉和潤滑劑的包套可以減少擠壓時(shí)冷硬層厚度，減少擠壓變形抗力。通過有限元模擬優(yōu)化了成形工藝參數(shù)，包套擠壓實(shí)驗(yàn)擠壓出了尺寸合格的杯形件。包套擠壓解決了鈦合金常規(guī)擠壓時(shí)變形抗力大，模具壽命低等問題，同時(shí)還能有效減少因內(nèi)外壁冷卻速度過快造成內(nèi)外壁出現(xiàn)橫向裂紋和環(huán)狀折疊的趨勢，是非等溫條件下成形鈦合金零件的一條可行的工藝途徑。