基于PAMSTAMP2G的四层超塑成形/扩散连接构件的数值模拟
发布时间：2022-01-07 11:48
超塑成形/扩散连接（简称SPF/DB）成形技术是一种高效的整体构件成形技术,是航空航天大型复杂钛合金薄壁结构件制造的主要工艺方法之一。采用板料成形模拟软件PAMSTAMP2G对一种TC4钛合金四层板SPF/DB构件的成形过程进行了数值模拟。根据零件的结构特点,设计加载两条优化的压力—时间曲线。分析了SPF/DB成形过程中材料流动规律和壁厚分布情况。通过实际零件的成形实验,测量零件截面12个关键点厚度值,分别与相对应的模拟结果进行了对比。结果显示,变形过程与厚度符合实际分布规律,最大厚度误差为0.148 mm。
【文章来源】：热加工工艺. 2016,45(01)北大核心CSCD
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
隔离剂区域示意图
εn(1)材料在发生超塑性变形时，一般不出现应变硬化，即硬化指数n=0，所以式(1)近似为:σ=Kε觶m(2)式中：K为材料系数，它与变形温度、显微组织和结构缺陷有关；m为流动应力对应的应变速率敏感性指数。式(2)是表征材料超塑性变形的流动应力与应变速率之间关系的基本方程式，又称为超塑流变方程或Backofen方程[6-8]。2有限元模型的建立2.1成形机理在四层板(外层板1、4，内层板2、3)SPF/DB构件成形之前，需要在内层2、3板料接触面成形区域涂敷隔离剂，如图1所示。四层板成形过程可分两个过程，如图2所示。第一个过程为：先将外层板料1、4吹胀至模具型面，同时对内层板料2、3未涂敷隔离剂区域进行扩散连接，保压一定时间；第二个过程为：将内层板料2、3分别吹胀至与1、4板料贴合并扩散连接，同时未涂敷隔离剂的区域形成为加强立筋，保压一定时间，最终使四层板料形成中空的整体构件。2.2有限元模型该四层件截面结构形式如图3所示，在实际制造时，一次成形两件(对称)。根据四层SPF/DB成形过程，分析时的主要组件为上下模具（对称）和四层板料，四层板料厚度为外层两板0.6mm和内层两板0.8mm，外形尺寸均为350mm×252mm。模具和四层板料的网格划分结果如图4所示。上模具的网格为5236个，下模具的网格为5287个，板料的网格单元总数量为19828个，成形过程中板料网格最大自适应细划系数为3级。气胀成形过程中模具设为刚体，板料为变形体。为简化分析，对于超塑成形可认为板料贴模后就不再流动，后续的变形完全靠未接触的板料变薄来完成，按照粘滞摩擦处理，板料与模具、板料与板料之间为干摩擦，采用库仑摩擦模型作为粘滞处理的近似选择，摩擦系数分别为0.12和0.2。材料之间的接触类型定义为相互不可产生侵?
]。2有限元模型的建立2.1成形机理在四层板(外层板1、4，内层板2、3)SPF/DB构件成形之前，需要在内层2、3板料接触面成形区域涂敷隔离剂，如图1所示。四层板成形过程可分两个过程，如图2所示。第一个过程为：先将外层板料1、4吹胀至模具型面，同时对内层板料2、3未涂敷隔离剂区域进行扩散连接，保压一定时间；第二个过程为：将内层板料2、3分别吹胀至与1、4板料贴合并扩散连接，同时未涂敷隔离剂的区域形成为加强立筋，保压一定时间，最终使四层板料形成中空的整体构件。2.2有限元模型该四层件截面结构形式如图3所示，在实际制造时，一次成形两件(对称)。根据四层SPF/DB成形过程，分析时的主要组件为上下模具（对称）和四层板料，四层板料厚度为外层两板0.6mm和内层两板0.8mm，外形尺寸均为350mm×252mm。模具和四层板料的网格划分结果如图4所示。上模具的网格为5236个，下模具的网格为5287个，板料的网格单元总数量为19828个，成形过程中板料网格最大自适应细划系数为3级。气胀成形过程中模具设为刚体，板料为变形体。为简化分析，对于超塑成形可认为板料贴模后就不再流动，后续的变形完全靠未接触的板料变薄来完成，按照粘滞摩擦处理，板料与模具、板料与板料之间为干摩擦，采用库仑摩擦模型作为粘滞处理的近似选择，摩擦系数分别为0.12和0.2。材料之间的接触类型定义为相互不可产生侵入与穿透现象[9-10]。2.3参数设置模拟过程使用板料的材料是细晶钛板TC4，材料类型：超塑性材料；材料法则：非线性粘弹性。成形温度为920℃，通过此温度下的单拉试验，获得材料参数为：泊松比为0.41，密度为4500kg/m3，K为501，m为0.56。边界条件的定义：提取四层板料的边界节点，设定板料的这些边缘节点在整个成形过程
【参考文献】：
期刊论文
[1]金属材料超塑性的研究进展[J]. 谢文玲,周顺勇,郭翠霞,李秀兰. 热加工工艺. 2014(20)
[2]TC4超塑性变形行为和再结晶[J]. 刘昌云,蔡云,薛飞. 热加工工艺. 2012(12)
[3]TC4钛合金盒形件超塑成形工艺[J]. 王荣华,陈明和,陈国亮,范平,李枫,周兆锋. 热加工工艺. 2008(11)
[4]Ti-6Al-4V合金多层板结构的超塑成形/扩散连接工艺研究[J]. 韩文波,张凯锋,王国峰. 航空材料学报. 2005(06)
[5]超塑成形/扩散连接技术在航空航天工业中的应用[J]. 李志强,郭和平. 锻压技术. 2005(01)
硕士论文
[1]钛合金舵体超塑成形/扩散连接工艺研究[D]. 王大刚.南京航空航天大学 2013
本文编号：3574488
【文章来源】：热加工工艺. 2016,45(01)北大核心CSCD
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
隔离剂区域示意图
εn(1)材料在发生超塑性变形时，一般不出现应变硬化，即硬化指数n=0，所以式(1)近似为:σ=Kε觶m(2)式中：K为材料系数，它与变形温度、显微组织和结构缺陷有关；m为流动应力对应的应变速率敏感性指数。式(2)是表征材料超塑性变形的流动应力与应变速率之间关系的基本方程式，又称为超塑流变方程或Backofen方程[6-8]。2有限元模型的建立2.1成形机理在四层板(外层板1、4，内层板2、3)SPF/DB构件成形之前，需要在内层2、3板料接触面成形区域涂敷隔离剂，如图1所示。四层板成形过程可分两个过程，如图2所示。第一个过程为：先将外层板料1、4吹胀至模具型面，同时对内层板料2、3未涂敷隔离剂区域进行扩散连接，保压一定时间；第二个过程为：将内层板料2、3分别吹胀至与1、4板料贴合并扩散连接，同时未涂敷隔离剂的区域形成为加强立筋，保压一定时间，最终使四层板料形成中空的整体构件。2.2有限元模型该四层件截面结构形式如图3所示，在实际制造时，一次成形两件(对称)。根据四层SPF/DB成形过程，分析时的主要组件为上下模具（对称）和四层板料，四层板料厚度为外层两板0.6mm和内层两板0.8mm，外形尺寸均为350mm×252mm。模具和四层板料的网格划分结果如图4所示。上模具的网格为5236个，下模具的网格为5287个，板料的网格单元总数量为19828个，成形过程中板料网格最大自适应细划系数为3级。气胀成形过程中模具设为刚体，板料为变形体。为简化分析，对于超塑成形可认为板料贴模后就不再流动，后续的变形完全靠未接触的板料变薄来完成，按照粘滞摩擦处理，板料与模具、板料与板料之间为干摩擦，采用库仑摩擦模型作为粘滞处理的近似选择，摩擦系数分别为0.12和0.2。材料之间的接触类型定义为相互不可产生侵?
]。2有限元模型的建立2.1成形机理在四层板(外层板1、4，内层板2、3)SPF/DB构件成形之前，需要在内层2、3板料接触面成形区域涂敷隔离剂，如图1所示。四层板成形过程可分两个过程，如图2所示。第一个过程为：先将外层板料1、4吹胀至模具型面，同时对内层板料2、3未涂敷隔离剂区域进行扩散连接，保压一定时间；第二个过程为：将内层板料2、3分别吹胀至与1、4板料贴合并扩散连接，同时未涂敷隔离剂的区域形成为加强立筋，保压一定时间，最终使四层板料形成中空的整体构件。2.2有限元模型该四层件截面结构形式如图3所示，在实际制造时，一次成形两件(对称)。根据四层SPF/DB成形过程，分析时的主要组件为上下模具（对称）和四层板料，四层板料厚度为外层两板0.6mm和内层两板0.8mm，外形尺寸均为350mm×252mm。模具和四层板料的网格划分结果如图4所示。上模具的网格为5236个，下模具的网格为5287个，板料的网格单元总数量为19828个，成形过程中板料网格最大自适应细划系数为3级。气胀成形过程中模具设为刚体，板料为变形体。为简化分析，对于超塑成形可认为板料贴模后就不再流动，后续的变形完全靠未接触的板料变薄来完成，按照粘滞摩擦处理，板料与模具、板料与板料之间为干摩擦，采用库仑摩擦模型作为粘滞处理的近似选择，摩擦系数分别为0.12和0.2。材料之间的接触类型定义为相互不可产生侵入与穿透现象[9-10]。2.3参数设置模拟过程使用板料的材料是细晶钛板TC4，材料类型：超塑性材料；材料法则：非线性粘弹性。成形温度为920℃，通过此温度下的单拉试验，获得材料参数为：泊松比为0.41，密度为4500kg/m3，K为501，m为0.56。边界条件的定义：提取四层板料的边界节点，设定板料的这些边缘节点在整个成形过程
【参考文献】：
期刊论文
[1]金属材料超塑性的研究进展[J]. 谢文玲,周顺勇,郭翠霞,李秀兰. 热加工工艺. 2014(20)
[2]TC4超塑性变形行为和再结晶[J]. 刘昌云,蔡云,薛飞. 热加工工艺. 2012(12)
[3]TC4钛合金盒形件超塑成形工艺[J]. 王荣华,陈明和,陈国亮,范平,李枫,周兆锋. 热加工工艺. 2008(11)
[4]Ti-6Al-4V合金多层板结构的超塑成形/扩散连接工艺研究[J]. 韩文波,张凯锋,王国峰. 航空材料学报. 2005(06)
[5]超塑成形/扩散连接技术在航空航天工业中的应用[J]. 李志强,郭和平. 锻压技术. 2005(01)
硕士论文
[1]钛合金舵体超塑成形/扩散连接工艺研究[D]. 王大刚.南京航空航天大学 2013
本文编号：3574488
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/hangkongsky/3574488.html
