基于数值模拟的钛合金锥形件激光辅助铲旋成形研究

针对中部带法兰锥形件采用传统“锻造+机加工”制备时材料利用率低、强度及韧性不足的问题,提出采用激光辅助铲旋成形工艺来实现钛合金中部带法兰锥形件的完整近净成形。根据铲旋成形原理,选取合适的激光热源模型,并基于Simufact Forming软件平台建立激光辅助铲旋有限元模型,研究了铲旋成形过程中的中部法兰变形区温度、变形行为及等效塑性应力和等效塑性应变分布规律。结果表明,采用坯料整体预热+激光辅助补热的方式,可实现坯料基体表层温度高、内层温度低,既有利于表面金属材料铲旋成形出法兰,又可避免锥壁翘起;铲旋成形时变形区材料轴向流动较多,径向流动较少,法兰形状呈“倒水滴”状;旋轮接触区等效塑性应力值较大,但法兰主体部分等效塑性应力值较小且分布均匀;基体主要变形区等效塑性应变值最大,达9~11,沿厚度方向逐渐减小,具有局部大塑性变形且变形不均匀的特点。

钛合金锥形构件变温热拉深成形壁厚均匀性控制

针对现有钛合金等温拉深过程中壁厚均匀性差的问题,开发了变温热拉深成形新技术,结合等温热拉深成形有限元分析及变温热拉深成形工艺试验,分析了变温拉深成形的工艺优势。成形试验在热成形机中进行,模具凹模与板料在热成形机中加热至成形温度(700~800℃),通过向凸模内通入冷却介质来控制凸模温度(低于板料温度),热拉深过程冷凸模底部与板料中心接触,板料在变形的过程中温度降低至屈服温度以下后不再变形,未接触到凸模的板料继续变形,解决了锥形构件热拉深过程底部过度减薄的难题。工艺试验发现采用变温热拉深成形的TC4钛合金锥形件,底部与边缘部分厚度偏差在10%以内,底部减薄现象得以改善,有效地控制了底部中心附近的厚度,使变形更均匀。