TC4鈦合金超塑成形精度控制.pdf

1、隨著超塑成形技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，對(duì)其在精確性方面有了更高的要求，主要包括工件的厚度分布精度和尺寸分布精度及形狀畸變。正反向超塑成形是改善成形零件厚度分布的一種有效的工藝方法，它利用反向脹形預(yù)先對(duì)板料進(jìn)行預(yù)成形，分散變形，然后再正向加壓脹成凹模形狀，從而起到使板料不同部位變形均勻的作用。雖然正反向超塑成形應(yīng)用較廣，但對(duì)于摩擦條件在其中的重要作用卻被忽視了。對(duì)于尺寸分布精度，由于通常模具材料與工件材料膨脹系數(shù)的差異較大，超塑成形后模具與工

2、件由超塑成形溫度降至室溫時(shí)的收縮量差異較大，造成最終工件尺寸與模具尺寸出現(xiàn)偏差。同時(shí)，冷卻過(guò)程中模具對(duì)工件的約束作用會(huì)使工件產(chǎn)生一定量的塑性變形，從而導(dǎo)致其產(chǎn)生形狀畸變，對(duì)于形狀復(fù)雜的工件，形狀畸變更易產(chǎn)生。
　　本文中深筒形件變形區(qū)表面積與原面積之比達(dá)到了3，這意味著用單一的凹模成形法零件厚度會(huì)非常不均勻。在正反向成形的基礎(chǔ)上，分析了不同摩擦條件對(duì)成形件厚度分布的影響,提出了模具型面變摩擦控制厚度分布的方法。結(jié)果表明：合理增大預(yù)

3、成形模的表面摩擦能顯著增強(qiáng)預(yù)成形的局部減薄作用，有利于提高工件最終壁厚分布均勻性。對(duì)預(yù)成形模具表面進(jìn)行了處理，在930℃通過(guò)變摩擦正反向超塑成形試驗(yàn)成功制得TC4鈦合金深筒形件，其厚度分布滿足1.6±0.2mm的精度要求。
　　采用有限元軟件分析了TC4鈦合金筒形件在超塑成形后冷卻過(guò)程中，由于耐熱鋼模具線膨脹系數(shù)與TC4合金不同而導(dǎo)致的尺寸偏差和形狀畸變，并研究了不同的工藝參數(shù)對(duì)形狀畸變的影響規(guī)律。結(jié)果表明：在930℃→室溫的冷卻

4、過(guò)程中，915℃時(shí)筒形件側(cè)壁開(kāi)始產(chǎn)生形狀畸變，形狀畸變隨溫度降低不斷增大，到800℃時(shí)增至最大。筒形件產(chǎn)生的形狀畸變隨著冷卻過(guò)程降溫速率的增大而增大，由于形狀畸變?cè)?15→800℃溫度區(qū)間內(nèi)產(chǎn)生，因此其受915→800℃溫度區(qū)間內(nèi)的降溫速度影響最大。
　　為了解決線膨脹系數(shù)差異導(dǎo)致的一系列問(wèn)題，本文引入了線膨脹系數(shù)可控的ZrO2-TiO2陶瓷關(guān)鍵技術(shù)。研究了TiO2體積分?jǐn)?shù)和相對(duì)密度 ZrO2-TiO2陶瓷的線膨脹系數(shù)的影響規(guī)律。

5、采用壓痕法驗(yàn)證了與TC4鈦合金等膨脹系數(shù)的ZrO2-TiO2陶瓷模具的超塑成形尺寸精度，結(jié)果表明：超塑成形尺寸精確度很高，尺寸誤差不超過(guò)59μm。為了測(cè)試與TC4鈦合金等膨脹系數(shù)的ZrO2-TiO2陶瓷模具在超塑成形中的使用性能，燒制了筒形陶瓷模具。使用此模具在930℃超塑成形了TC4鈦合金筒形件,冷卻到室溫后TC4筒形件可以很容易的從陶瓷模具中取出，取出后還能將其再次放入陶瓷模具，且與陶瓷模具貼合緊密，基本無(wú)形狀畸變產(chǎn)生，TC4筒形件