TA15飞机隔框基于m值理论的高效超塑成形技术

发布时间：2017-08-19 19:34

  本文关键词：TA15飞机隔框基于m值理论的高效超塑成形技术

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【摘要】：TA15合金属于近?型钛合金,既具备?型钛合金良好的可焊性,又具备与???型钛合金接近的工艺塑性,是综合性能优良的钛合金,被广泛应用在航空航天方面,主要用来制造飞机隔框,起落架等构件。隔框零件具有高筋薄壁的特点,使锻件难成形。怎样使该锻件成形容易、效率高并减小载荷是急需解决的问题。本文提出基于m值法的高效超塑成形方法,研究TA15合金飞机隔框的整体成形过程,采用有限元数值模拟软件DEFORM分析最佳工艺参数和探索成形时可能存在的缺陷。本课题在拉伸实验数据的基础上,研究了TA15合金的超塑性本构方程。在温度850℃-950℃时,基于经典的双曲正弦函数Arrhenius本构关系,用线性回归法求出热激活能216.7kJ/mol,并构建本构方程。通过检验后发现本构方程存在一定的误差,采用1stopt软件修正,修正后的本构方程精度较高,达到了99.3%,可以较好的表示材料热力学参数和流动应力之间的关系。基于DEFORM-3D软件的本构方程模拟验证中,显示模拟结果和实验结果吻合,证明修正后的本构方程较真实。在隔框零件图的基础上,查阅相关资料,采用UG软件设计合理的冷锻件和热锻件图,考虑毛边槽等形状和尺寸之后,设计并绘制锻模型槽。在隔框零件的坯料设计中,使用DEFORM-3D软件对初始毛坯优化,分析模拟结果,改进填充不满和体积分布不均匀等缺陷后,确定最优毛坯。采用模型设计的方法,设计缩比隔框的锻件图,锻模图和最优坯料,为三维数值模拟提供理论模型。本文将建立并修正过的TA15合金本构方程作为材料模型,将实验确定的最佳温度900℃作为成形温度,将原始隔框锻模图和坯料图作为三维模型,导入软件DEFORM-3D中,对原始隔框的锻造过程进行数值模拟。结果显示,与超塑性成形,等温锻造和常规锻造等方法的成形载荷9051t,19708t和33001t相比,原始隔框采用高效超塑性成形法的成形载荷只需7233t,而且等效应力,等效应变小,成形效果好。同时成形时间比超塑性成形短,效率提高了近一倍。将高效超塑性成形法运用在缩比隔框的数值模拟中,得到的载荷只需385t,为实际采用400t液压机锻造缩比锻件提供理论支持。
【关键词】：TA15合金 本构方程 锻模设计 高效超塑性成形 数值模拟
【学位授予单位】：南昌航空大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V262
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第1章 绪论9-18
• 1.1 引言9-10
• 1.2 选题依据、目的及意义10-11
• 1.3 超塑性的本构方程11-13
• 1.4 超塑性等温锻造成形技术13-14
• 1.5 软件DEFORM在塑性成形中的应用14-15
• 1.6 国内外研究现状15-16
• 1.6.1 国外研究现状15
• 1.6.2 国内研究现状15-16
• 1.7 关键问题与创新点16
• 1.8 研究的主要内容16-18
• 第2章 实验材料与实验方法18-26
• 2.1 引言18
• 2.2 实验材料和试样制备18-20
• 2.2.1 实验材料TA15合金18-19
• 2.2.2 试样制备19-20
• 2.3 实验设备20-22
• 2.3.1 拉伸试验机20-21
• 2.3.2 加热装置及润滑方式21
• 2.3.3 观察金相组织的设备21-22
• 2.4 拉伸实验方案22-25
• 2.4.1 实验方法及步骤22
• 2.4.2 实验结果22-25
• 2.5 本章小结25-26
• 第3章 TA15合金高温本构关系的研究26-38
• 3.1 引言26
• 3.2 实验结果分析26-28
• 3.3 本构方程的建立28-34
• 3.3.1 本构关系模型的选择28
• 3.3.2 热激活能的计算28-33
• 3.3.3 TA15合金的本构方程33-34
• 3.4 本构方程的检验与修正34-37
• 3.4.1 本构方程的误差检验34
• 3.4.2 本构方程的修正34-37
• 3.5 本章小结37-38
• 第4章 隔框模锻工艺分析及模具设计38-51
• 4.1 引言38
• 4.2 隔框零件分析38-39
• 4.3 隔框锻件设计39-42
• 4.3.1 分模面的选择39-40
• 4.3.2 机加工余量和公差的确定40-41
• 4.3.3 拔模斜度的确定41
• 4.3.4 圆角半径的确定41-42
• 4.4 锻模型槽设计42-45
• 4.4.1 收缩率的选择42-43
• 4.4.2 毛边槽的设计43-45
• 4.5 毛坯设计45-48
• 4.5.1 锻件毛坯的计算45-46
• 4.5.2 体积不变法46
• 4.5.3 最优毛坯的确定46-48
• 4.6 隔框缩比件的设计48-50
• 4.7 本章小结50-51
• 第5章 飞机隔框高效超塑性成形的数值模拟51-70
• 5.1 引言51-52
• 5.2 模拟运行软件52-53
• 5.3 模型及材料的准备53-56
• 5.3.1 模型导入53
• 5.3.2 材料导入53-55
• 5.3.3 TA15材料的模拟验证55-56
• 5.4 模拟工艺方案的设定56-59
• 5.4.1 网格的划分56-57
• 5.4.2 步长的计算57
• 5.4.3 上模速度的设定57-58
• 5.4.4 温度的设定58
• 5.4.5 工具及边界条件的确定58
• 5.4.6 体积补偿的确定58-59
• 5.5 模拟结果与分析59-65
• 5.5.1 毛坯成形过程59-60
• 5.5.2 填充情况60-61
• 5.5.3 载荷-行程曲线61-62
• 5.5.4 等效应力、等效应变的影响62-64
• 5.5.5 上模速度的影响64-65
• 5.6 缩比隔框的高效超塑性成形数值模拟65-68
• 5.6.1 参数设置65
• 5.6.2 结果分析65-68
• 5.7 本章小结68-70
• 第6章 结论70-71
• 参考文献71-75
• 发表论文和参加科研情况说明75-76
• 致谢76-77

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