TC4钛合金板材热拉深成形数值模拟与试验研究

作     者：郭天文 

作者单位：哈尔滨工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：单德彬

授予年度：2008年

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：TC4钛合金板材 高温单向拉伸试验 数值模拟 热拉深 

摘      要：钛合金钣金件由于轻质、高比强度、高低温力学性能好、耐腐蚀,而被广泛应用于航空航天、汽车、舰船等领域。钛合金板材室温下塑性变形范围窄小,成形困难,回弹严重,一般需要采用热成形加工。钛合金板材的热冲压成形是目前钛合金钣金件成形的主要方法,钛合金板材在一定高温条件下,成形性能显著提高,利用传统的冲压工艺可以成形,但热冲压加工的模具和工艺要比冷冲压复杂。本文利用数值模拟和试验相结合的方式,研究了TC4板材的热拉深成形机理和工艺,为实际生产提供了有力的指导和参考。 首先通过高温单向拉伸试验,测试了TC4板材在不同条件下的主要力学性质,分析了温度和应变速率对TC4板材的应力应变关系以及各向异性特性等力学性质的影响。 为了研究TC4板材热拉深成形过程的变形规律,在高温单向拉伸数据的基础上,应用有限元模拟软件ABAQUS对TC4板材筒形件热拉深过程进行了弹塑性有限元数值模拟,分析了成形过程应力、应变和厚度的分布变化规律,揭示了成形件可能出现的缺陷;通过对不同工艺参数下拉深过程的模拟,研究了工艺参数对TC4板材热拉深成形、凸耳和回弹的影响规律。 在数值模拟的基础上,设计和加工了一套TC4板材热拉深模具,进行了TC4板材的热拉深试验。结果表明,在770℃时拉深极限系数取得最小值0.461;凸耳和回弹都随着温度的升高而减小;总结了试验中出现的TC4热拉深的典型失效形式,为实际生产和科学研究提供了丰富的参考资料。