某飞机用钛合金结构件模锻成形工艺研究

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TC4钛合金是目前应用最广泛、最成熟、产量最大的α+β两相合金材料,具有中等强度和适中的塑性,广泛应用于航空航天、军事、医疗等诸多行业。该材质的吊挂接头在我国C919大型民用客机结构中是非常重要的承力构件之一,通常采用模锻成形工艺制备。该模锻件的制备难度较大,工艺质量稳定性不足,致使其产品合格率较低。因此,通过TC4钛合金吊挂接头的模锻成形工艺研究,对我国大型民航客机建设有着十分重要的现实意义。  本文以TC4钛合金吊挂接头为研究对象,考虑材料锻造成形及加工工艺,对该零件的锻件及其锻造模具进行造型设计。在考虑预制坯形状、定位方式、质量比等基础上,初步拟定了三种模锻成形工艺方案。  本文通过Gleeble-3800热力模拟试验机上的热压缩试验,获得TC4钛合金在不同变形条件下的真实应力—应变曲线,为后续有限元模拟中的材料模型建立提供数据。利用DEFORM-3D有限元分析软件,基于刚塑性有限元模型,对吊挂接头模锻件的三种成形工艺方案进行数值仿真,并对锻件成形过程、充填质量、温度场分布、应变场分布等模拟结果进行分析,确定出吊挂接头模锻件最佳的工艺方案。  本文通过正交试验设计与数值模拟相结合的方法,以坯料始锻温度、模具预热温度、模具压下速度为因素,设计三因素三水平正交试验,分析各因素水平对锻件成形后最高温度、平均等效应变、最大成形载荷等指标的影响规律,确定因素对指标影响的主次顺序,综合讨论并得到各因素的最适水平,最终确定TC4钛合金吊挂接头锻件的模锻成形工艺。
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