[发明专利]TC4合金弯曲零件的激光曲线弯曲成形方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种TC4合金弯曲零件的成形方法，特别涉及一种TC4合金弯曲零件 的激光曲线弯曲成形方法。

背景技术

TC4钛合金是一种中等强度的两相钛合金，以其优异的综合性能，在航空航天海 洋领域获得了广泛应用。目前，国内飞机、卫星、火箭等装备上采用了较大量的大尺 寸钛合金直线折弯零件和平板曲线弯折零件。由于钛合金在室温下的塑性差，冷变形 十分困难，采用加热变形制造技术需要制作大量的耐高温模具和加热炉，周期长、成 本高，使用性能难以保证。对于大尺寸薄板钛合金弯曲零件，其制造难度更大。金属 结构材料激光弯曲成形属于无模、柔性塑性加工新技术，可以在无加热工装或模具的 条件下，能够迅速成形制造出任意形状的三维零件。激光弯曲成形技术省去了大量的 耐高温模具和加热炉制造，在保证零件使用性能的前提下，可以降低制造成本、缩短 制造流程、加快零件研制。

文献1“Ti-6Al-4V钛合金的激光弯曲成形特性[J]，李俐群，陈彦宾，张立文，封 小松，中国有色金属学报，2005，15(6)：842-847”报道了Ti-6Al-4V钛合金板材经过 多次激光直线扫描后弯曲角与扫描次数呈近似线性关系，不同的材料状态在加热和冷 却过程呈现出不同的弯曲动态特性；激光直线弯曲后，材料的微观组织和力学性能与 激光扫描参数密切相关，例如多次直线扫描后，激光扫描加热区域的材料强度和硬度 增加、塑性降低。

文献2“钛合金薄板激光弯曲成形数值模拟及优化设计研究[M]，喻佳，合肥工业 大学硕士学位论文，2009，1-74”报道了TA15钛合金薄板多次激光直线弯曲成形过程 的有限元数值模拟，研究了激光功率、光斑直径、扫描速度、距自由端距离、扫描间 隔时间、几何参数对弯曲成形的影响规律，建立了预测激光直线弯曲角的人工神经网 络模型。

文献3“钛合金件激光弯曲成形精度控制与数值模拟研究[M]，刘畅，华中科技大 学硕士学位论文，2012，1-72”报道了扫描速度、激光功率、扫描次数、能量密度对 TC4钛合金激光直线弯曲角的影响规律，采用ANSYS软件研究了TC4钛合金激光直 线弯曲过程中温度、应力、应变的分布规律。钛合金的激光弯曲成形过程是一个多场 耦合、高度非线性的复杂过程，已公开的有限元数值模拟研究是对钛合金激光弯曲成 形过程进行了最大限度的简化，其数值模拟结果对激光弯曲成形方法研究和工艺设计 的指导作用有限。然而，钛合金曲线弯曲成形过程比其直线弯曲成形过程更加复杂， 研究难度更大，因此，钛合金激光直线弯曲成形过程的数值模拟结果的应用局限性更 大，对钛合金曲线弯曲成形过程的指导作用甚微。

文献4“板料激光曲线弯曲成形的有限元模拟[M]，张鹏，山东大学硕士学位论文， 2005，1-84”报道了08F钢板激光曲线弯曲成形过程的ANSYS软件数值模拟研究，得 到了成形过程中不同时刻的应力、应变、温度、位移分布规律。钛合金是一种难变形 金属结构材料，其变形动态特性对外场参数特别敏感。因此，钛合金的激光曲线弯曲 变形特性与钢的激光曲线弯曲变形特性有极大的不同，两种金属结构材料的激光曲线 弯曲成形制造方法不可互换。

发明内容

为了克服现有TC4合金弯曲零件的成形方法实用性差的不足，本发明提供一种TC4 合金弯曲零件的激光曲线弯曲成形方法。该方法将TC4合金板材浸于无水乙醇中清洗 后，将Ti-β涂料涂敷在TC4合金板材表面；将经过处理的TC4合金板材放置在夹具上， 采用CO₂激光对TC4合金板材表面进行曲线扫描弯曲成形，整个过程采用氩气保护，经 过曲线扫描弯曲成形后得到TC4合金弯曲零件。由于TC4合金板材在激光曲线扫描辐照 处理过程中，其加热区域因热应力而产生大量塑性变形，制造出弯曲零件。本发明方 法成形厚度为2mm的TC4合金激光曲线扫描弯曲零件的弯曲角为15.5°，激光辐照表面 的显微硬度由供应态的338HV提高到为398HV，增加了17.75％。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案：一种TC4合金弯曲零件的激光曲线弯 曲成形方法，其特点是包括以下步骤：

步骤一、将供应态TC4合金板材浸于无水乙醇中清洗，采用Ti-β涂料涂敷在清洗后 的TC4合金板材表面；

步骤二、将经过步骤一处理的TC4合金板材放置在夹具上，板材固定部分长度 6mm，其余部分为自由状态，板材固定部分的表面与夹具上平面保持平行；