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为了避免传统塑性加工钛合金零件所造成的材料浪费,本文详细研究了各种复杂钛合金构件的精密塑性成形方法。并将用于流体分析的有限体积方法引入分析金属的塑性成形过程,研究了有限体积法模拟塑性成形的基本理论和关键技术。本文最后以钛合金叶轮的等温精密成形为例,解决其工艺设计中的关键技术问题,并采用有限体积法对叶轮等温成形过程进行了数值模拟和工艺验证。
本文的研究主要得到以下结论:
1.采用挤压成形方式连续生产具有复杂截面的钛合金异构型材,效率高,无需机加工,材料浪费少。
2.采用多向模锻制造形状复杂钛合金的中空锻件,可以实现无飞边锻造。
3.采用冷态或温态闭塞式锻造成形叉类或齿轮钛合金锻件,尺寸精度高,又可一次性成形。
4.采用等温锻造结合材料的超塑性变形生产形状复杂、受力状况恶劣的航空钛合金锻件,如肋板、叶轮、叶片等,能够有效地控制金属的流线分布和锻件的微观晶粒组织。
5.锻件形状的设计、坯料尺寸的选择、成形温度及成形速度的控制,是复杂钛合金构件实现精密塑性成形的关键。
6.本构方程和加载塑性变形功的能量方程是塑性有限体积法的理论核心,变形体边界的动态跟踪描述是其分析塑性成形金属流动的关键。
7.采用的“表面金属在外法线方向上与模具型腔的垂直距离变化”技术,可以定性并定量地分析成形过程中金属流动和变形行为,预测成形缺陷;工件温度和应变速率的动态分布和变化情况,可以分析整个成形过程是否处于等温成形状态、材料是否发生超塑性变形等问题。因而,有限体积法能有效地模拟和分析钛合金复杂构件的精密塑性成形过程。