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厚壁钛三通塑性成形工艺的研究

2021-09-04 09:34:33

厚壁钛合金管零件由于具有较强重比、优良的耐蚀性及耐疲劳性,在航空航天等领域得到了广泛应用。塑性成形工艺获得的厚壁钛合金管件具有塑性好、强度高等特点(如挤压、旋压、拉拔),已成为加工钛合金管材零件钛三通的主要方法。

钛三通

  对管材塑性变形行为分析是保障管材准确塑性成形的前提和基础,而变形分析的牢靠性往往取决于材料在变形时的力学性能,格外是塑性应力-应变关系。由于材料的塑性应力应变关系与其所受的应力状态有关,因此,要根据具体成形过程中材料受力状态选择适合的试验法进而确认材料的塑性参数。

  对于以压缩变形为主的厚壁钛管塑性成形过程,如旋压和挤压,需要确认其在压缩状态下的应力应变关系。然而由于管材的中空结构,传统的圆柱试样轴向压缩试验法较难用来确认管材的压缩力学性能。因此,如何准确确认厚壁钛管压缩状态下的应力-应变关系已成为准确分析厚壁钛三通塑性变形行为的一个关键问题。

  力应变关系。其中,局部切块压缩试样在管壁上直接截取试样,受管材壁厚的影响较大,且压缩过程中容易失稳。弧形堆叠试样适用于薄壁管材,其原理与切块试样相同。区别于切块和堆叠压缩试验,整体环形试样轴向压缩试验稳定性较好,与管材塑性成形过程中的真实应力状态越为接近,得到了广泛的应用。

  然而,受摩擦的影响,整体环形试样在压缩过程中沿径向会发生不均匀变形,出现鼓肚现象。而管材的中空结构使得较难对试样外形进行去鼓形修整。因而,采用该试验法时,只能获得鼓肚发生之前小应变范围材料的压缩应力应变关系,鼓肚发生后,计算获得的应力、应变数据与实际值相差较大。而管材的塑性成型一般都属于大变形过程,需要大应变范围的应力应变关系曲线。

  针对上述问题,一些学者提出通过将试验与解析公式(或有限元)及优化算法相结合的反求方法确认材料的应力应变关系。反求法的实质是通过试验,利用单向拉伸试验结合数值模拟反求出了5052铝合金材料失效参数。

  通过反算确认钛三通管强化方程中的强度系数和应变的硬化指数。该方法在建立材料参数与力-位移曲线解析关系过程中过多采用假设条件,因而其解析表述准确性对材料参数的识别精度有很大的影响。


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