多曲率截面TC4钛合金超塑性胀形工艺

为研究多曲率截面TC4钛合金超塑性胀形过程中成形气压加载速度对零件成形效果的影响,利用MARC有限元软件对TC4钛合金板材在应变速率为2×10^(-3)s^(-1)条件下进行了超塑性胀形模拟,获得了气压-时间加载曲线。基于该曲线设计了3种不同成形气压加载速度曲线,并分别进行了超塑性胀形试验。试验结果表明,在3种不同成形气压加载速度条件下,气压加载速度越慢,零件成形效果越好。零件各个位置壁厚变化均匀且实际壁厚减薄趋势与模拟得到的壁厚减薄趋势大致相符,零件实际最大壁厚减薄率约为25%,满足零件使用要求。成形后的零件各变形区域的晶粒形状变化不大且均为等轴晶粒,晶粒尺寸随着板材形变量的增大而减小。

差温拉深/超塑性胀形复合工艺研究

对于高径比达 1 0以上的深筒形件 ,采用普通拉深工艺 ,需要 3个以上道次加工 3套成形模具 .而超塑性胀形又仅能保证成形深度不是很大时零件的成形质量 .本文介绍了在微机控制超塑性胀形装置上采用差温拉深 超塑性胀形复合工艺成形深筒形件的研究过程 。

基于最大m值法的超塑性胀形最佳压力加载方式

采用最大m值法拉伸试验获得了随应变变化的最佳应变速率关系曲线,以控制钣金超塑胀形气压加载,使得板料变形集中部位的实际等效应变速率等于变化的最佳应变速率,而非等于恒应变速率拉伸获得的最佳应变速率定值,从而获得比目前基于恒应变速率超塑胀性更优良的成形性能。以2A12铝合金为研究对象,采用最大m值法拉伸实验获得其最佳应变速率关系曲线,以控制超塑性胀形,并与恒应变速率胀形进行比较;为改善壁厚均匀性,设计了正反胀形模具与工艺,并结合有限元软件MSC.Marc 2010,对整流罩进行单向和正反向胀形模拟,并进行实验验证。结果表明,对于单向胀形,基于最大m值法的简化应变速率胀形,其成形时间仅为760s,较恒应变速率胀形3 360s大幅缩短,而二者的减薄率分别为70.4%和70.9%,在降低减薄率的同时,极大的提高了胀形效率;基于最大m值法的简化应变速率正反胀形,零件最小壁厚为1.157mm,较基于最大m值法的简化应变速率单向胀形零件的最小壁厚0.887mm有一定程度增加,而不均匀性则由69.97%降为28.9%,有效改善了壁厚均匀性;实验证明,采用最大m值法的胀形件的最小壁厚有所提高,均匀性得到了有效改善,且壁厚分布与模拟结果相吻合。

空洞敏感材料超塑性胀形过程的有限元模拟

基于刚粘塑性有限元技术采用最大应变速率恒定的压力控制策略和超塑性成形空洞损伤演变模型对空洞敏感材料的超塑性胀形过程进行了数值模拟。分别以半球壳和圆筒形零件为例 ,给出了优化后自由胀形和充模胀形的加压曲线 ,预测了成形零件的壁厚分布及空洞体积损伤情况。本文分析结果对指导超塑性胀形工艺设计具有实际意义。

超塑性胀形最佳加压曲线的确定和厚度变薄的计算机控制研究

根据超塑性流动方程和长梯形槽与圆台筒在超塑性胀形过程中，恒压和恒应变速率下的胀形压力Ｐ与胀形时间ｔ的关系曲线。提出了超塑形胀形过程中，贴模后材料是“有阻碍的流动”的假设，引出了表示有摩擦影响的参数摩擦因子β。同时分析了润滑对胀形件厚度分布的影响，提出了控制厚度不均匀的方法，研制出计算机按Ｐ－ｔ曲线自动控制胀形过程以及改善厚度均匀度的装置。该装置可用于规则形状的胀形件超塑性成形的分析和控制。

板材超塑性胀形过程的数值仿真

板料超塑性胀形成形是一种全新的金属成形工艺。用Pam-Stamp 2G板料成形数值模拟软件对一个实际成形件的超塑性胀形过程进行了数值仿真,分析了超塑性胀形成形变形过程中成形件的应力、应变、摩擦和厚度分布,研究了超塑性胀形过程中金属变形规律和工艺参数对成形过程的影响。结果表明,Pam-Stamp 2G板料成形数值模拟软件是超塑性胀形成形工艺应用到实践中的有效分析工具。

超塑性胀形最佳加压曲线的确定

根据超塑性流动方程和长梯形槽、圆台筒等的起塑性变形模式，计算长梯形槽、圆台筒等在合适的恒应变率条件下胀形压力随时间的变化关系。同时，在分析单型腔简单胀形件加压曲线的基础上讨论多型胶复杂胀形件的加压规范。

超塑性胀形的微机控制系统

介绍了超塑性胀形微机控制系统的工作原理、控制软件的设计思路，并对试验结果作了分析。

超塑性自由胀形温度对Ti_2AlNb板材壁厚分布的影响

为研究Ti_2AlNb合金高温超塑性自由胀形时的壁厚分布规律,对初始厚度均匀的Ti_2AlNb板材进行有限元模拟和试验研究.在胀形温度分别为910、930、950和970℃时,采用恒应变速率法对最终胀形试样的壁厚分布进行数值模拟,研究了胀形后试样的壁厚分布规律.结果表明:Ti_2AlNb板材在胀形后曲面壁厚分布不均匀,易呈现出不规则球形;胀形温度对曲面形状和壁厚具有较大的影响,变形温度对Ti_2AlNb板材超塑性自由胀形壁厚分布影响较大.在此基础上,引入温度敏感性指数n,对预测胀形壁厚的E-K模型进行修正.研究结果为Ti_2A1Nb合金在航空航天复杂薄壁结构件的超塑成形提供一定的参考依据.

超塑性圆板自由胀形过程的反向模拟方法

提出一种超塑性圆板自由胀形过程的反向模拟方法,由此可以按胀形件要求的壁厚均匀性确定原始坯料的厚度分布。讨论了胀形过程的各种因素对原始坯料厚度分布的影响;提供了保证获得均匀壁厚胀形件的原始坯料厚度的估算公式,可供设计采用。

超塑性充模胀形的有限元模拟

以跟踪最大应变速率单元并使之维持最佳应变速率的方法确定超塑性充模服形的最佳加压规范；用大变形刚粘塑性有限元法模拟了恒压和最佳加压规范下的超塑性充模胀形过程，并对比二者的结果，同时分析了m值对胀形的影响.

微机控制盒形件超塑胀形控制系统的研究

介绍了微机控制盒形件超塑成形的原理及最佳加压规律数学模型 ,分析了其特点及其计算效果 ,介绍了控制系统软件设计与开发。

加压路径对超塑胀形空洞的影响

本文用金相显微镜、扫描电镜和ｘ－射线小角度散射法分析了不同加压路径对超塑胀形微空洞形貌和分布的影响。结果表明，恒应变速率胀形的微空洞量多、细小、分布均匀，且处于亚稳定状态。恒压胀形的微空洞易由亚稳定变为稳定，且会迅速交连长大，形成网络。恒速胀形的微空洞形貌介于两者之间。

Al-6Mg-0.2Sc合金高应变速率超塑成形性能

在温度400～500℃、初始应变速率为2.0×10-4～2.0×10-2 s-1的条件下,对Al-6Mg-0.2Sc合金冷轧板材(初始晶粒尺寸为25μm)进行了相应的超塑性能、高应变速率超塑性胀形成形实验研究.结果表明:在450℃、初始应变速率为2.0×10-2s-1的实验条件下,Al-6Mg-0.2Sc合金冷轧板材具有高应变速率的超塑性能,其最大延伸率为421%;在高应变速率条件下,胀形成形大端直径为d154 mm,深度h为80 mm的锥形零件的成形时间为73 s,成形后零件的壁厚变薄的不均匀率小于8%.此外,还对成形零件的微观组织进行了初步的SEM观察分析.结果表明,成形零件的微观组织无明显粗化,其孔洞率小于1.5%.

超塑性自由胀形精确加载实验测量装置

超塑性合金的结构敏感性很强,板材超塑性充模胀形的变形规律,不仅与应力状态有关,而且与加载路径有密切关系.超塑性自由胀形边界固定不受摩擦影响,因此,研究超塑性自由胀形的变形规律及其实验装置,是超塑性充模胀形成形的重要基础.采用纯净高压氩气源并用炉外加热系统加热后作为高温高压胀形加载介质,提高了热效率和试件加热的均匀性;采用光电转换非接触测量装置,避免了接触式顶杆对自由胀形件极点处附加应力和温度不均匀的影响;以筒形压边绝热炉内试件的温度和压力为依据,反馈调控温度和压力,提高了试件温度和压力的测控精度;在加载气路中通过准确测控步进电机转角实现调压,并控制电磁阀加载,显著增加了调控气压的响应特性.同时介绍了恒压加载、压力跃变加载以及附加背压的对向差压加载等几种自由胀形典型加载路径的实现步骤和方法,提供了测量超塑性自由胀形应变速率敏感性指数m值和探索提高超塑性自由胀形变形速度的新途径.

压力跃变法测量超塑胀形m值的公式

应变速率敏感性指数m值是衡量材料超塑性的重要力学指标,作者曾在分析拉伸法测量m值的多种公式基础上建立起m值的力学解析理论,并给出了统一的测量方法,由于超塑变形强的结构敏感性,m值必然受应力状态的影响,罗子健等人已用实验数据证实了双拉应力状态和单拉应力状态的m值是不一致的,因此习惯上用拉伸法测得的m值代替胀形的m值是不适宜的,然而令人遗憾的是关于超塑胀形m值研究的报道很少,虽然文献[2—6]对研究超塑胀形的m值都做出了一定的贡献,但都未在理论上得到解决。

超塑胀形m值的力学解析

本文从超塑自由胀形m值的定义出发,引用自由胀形等效应力、等效应变、等效应变速率和几种典型加载路径自由胀形m值的解析表达式,建立了定高度胀形m_h值、定压胀形m_p值与恒速胀形m_v值之间的函数关系.对无应变硬化材料、应变硬化材料和应变软化材料在胀形不同阶段m_h,m_p,和m_v之间的关系做了定量分析.用双试样法测量了ZnAl_(22)和ZnAl_4Cu两种典型超塑性板材的m值,理论计算与实验测量结果基本符合.从理论上解答了为什么m_h,m_p和m_v的值各不相同甚至m_v会是负值的反常现象.