薄曲面钛合金缘条的热处理保形工装研究

发布时间：2017-10-11 00:08

  本文关键词：薄曲面钛合金缘条的热处理保形工装研究

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【摘要】：热处理保形工装是保持和提高薄曲面钛合金缘条外形轮廓精度的关键技术装备,然而现有航空钛合金缘条热处理的保形工装存在保形和校形能力不足的问题,为此本文借助理论分析、试验与有限元分析等方法,分析了工艺参数、热处理工装结构、装夹布局等方面对钛合金缘条热处理变形的影响,提出了优化的工装设计方案并通过局部件退火热处理试验进行了验证。论文主要研究工作如下:(1)基于热胀系数、耐高温性能和制造经济性等因素对热处理工装材料进行了初步筛选,同时分析了零件自由状态、半约束状态和完全约束状态下工件-夹具的受力状况,指出1Cr18Ni9Ti热胀系数高于Ti6Al4V所带来的热胀拉伸有利于零件残余应力消除和热塑校形。(2)开展了Ti6Al4V薄壁件吊挂、侧放以及夹具夹持平放三种不同约束状态的热处理试验,确定了最佳的约束状态,同时进行了Ti6Al4V薄壁件热校形试验,研究了退火温度、升温及降温速率、保温时间等对薄壁件热校形效果的影响,结合退火温度对钛合金力学性能的影响,制定了薄曲面钛合金缘条热处理工艺参数优化方案。(3)设计了斜楔和螺栓结构工装加载装置,进行了工件-夹具系统的热力耦合有限元分析,指出均布载荷可能导致零件中段发生局部集中变形,并据此开展了装夹布局和载荷优化设计,完成了基于T型缩比件的热处理仿真与试验对比。(4)基于新工装结构和工艺参数开展了Ti6Al4V钛合金缘条局部件退火热处理试验,试验后局部件外形更贴合工装外形,有效控制了机加工后残留的变形量,验证了优化的热处理工艺参数及装夹布局方案的合理性。
【关键词】：钛合金 热处理 工艺参数 热校形 有限元分析 装夹布局
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG166.5
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 注释表10-11
• 第一章 绪论11-19
• 1.1 课题研究背景及意义11-12
• 1.2 钛合金及其热处理研究现状12-14
• 1.2.1 钛合金的分类12
• 1.2.2 钛合金的热处理12-14
• 1.2.3 钛合金退火热处理工艺分类14
• 1.3 薄曲面零件工装装夹研究现状14-16
• 1.3.1 薄曲面零件夹具结构设计国内外研究现状14-15
• 1.3.2 薄曲面零件工装装夹方案优化国内外研究现状15-16
• 1.4 本文研究工作16-19
• 1.4.1 研究目标16
• 1.4.2 研究思路16-17
• 1.4.3 研究内容17-19
• 第二章 热处理工装材料的优选19-25
• 2.1 基于热物理性能的工装材料筛选19-20
• 2.1.1 基于耐高温性能的工装材料分析19-20
• 2.1.2 基于热膨胀系数的工装材料分析20
• 2.2 基于制造经济性的工装材料分析20-21
• 2.3 热处理过程中零件受力分析21-24
• 2.3.1 自由状态下热处理过程中受力分析21-22
• 2.3.2 完全夹紧状态下热处理过程中受力分析22-23
• 2.3.3 半夹紧状态下热处理过程受力分析23-24
• 2.4 工装材料 1Cr18Ni9Ti性能分析24
• 2.5 本章小结24-25
• 第三章 Ti6Al4V钛合金零件热处理工艺参数设计25-35
• 3.1 不同约束状态对Ti6Al4V钛合金薄壁件退火变形的影响25-28
• 3.1.1 试验条件25-27
• 3.1.2 试验方案27-28
• 3.1.3 试验结果分析28
• 3.2 热处理工艺参数对Ti6Al4V钛合金薄壁件热校形的影响28-33
• 3.2.1 薄壁件热处理工装结构设计29
• 3.2.2 试验方案29-30
• 3.2.3 试验结果分析30-33
• 3.3 热处理工艺参数的优选33-34
• 3.4 本章小结34-35
• 第四章 Ti6Al4V钛合金零件热处理工装设计35-48
• 4.1 基于结构力学的工装加载结构设计35-38
• 4.1.1 斜楔加载结构的力学分析35-36
• 4.1.2 螺栓加载结构的力学分析36-38
• 4.2 基于热力耦合仿真的工装结构设计38-43
• 4.2.1 热处理过程热弹塑性理论38-40
• 4.2.2 仿真模型的简化与建立40-42
• 4.2.3 缩比件退火仿真结果与分析42-43
• 4.3 装夹布局与装夹分布载荷大小的优化设计43-47
• 4.3.1 装夹载荷大小的设计43-44
• 4.3.2 缘条零件装夹分布优化设计44-46
• 4.3.3 装夹方案优化设计结果的仿真验证46-47
• 4.4 本章小结47-48
• 第五章 薄曲面钛合金缘条热处理保形方案试验验证48-57
• 5.1 缩比件试验验证48-49
• 5.2 钛合金缘条局部件试验验证49-56
• 5.2.1 钛合金缘条局部件及其工装设计与制作49-50
• 5.2.2 局部件热处理试验50
• 5.2.3 局部件热处理试验变形结果分析50-56
• 5.3 钛合金缘条实际零件工装设计建议56
• 5.4 本章小结56-57
• 第六章 总结与展望57-59
• 6.1 总结57
• 6.2 展望57-59
• 参考文献59-62
• 致谢62-63
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文63

【参考文献】

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本文编号：1009364