[发明专利]基于有限元模拟的TC4筒形件无芯模收口旋压的方法

说明书

本发明公开了基于有限元模拟的TC4筒形件无芯模收口旋压的方法，包括以下步骤：将TC4钛合金材料进行热压缩实验，测出其真应力‑真应变曲线；将获得的真应力‑真应变曲线进行分析计算，建立TC4钛合金的本构方程；设定筒形件直径，建立待加工的管坯三维模型，将建立的本构方程输入到有限元软件中，并输入等轴TC4钛合金的材料参数，同时进行网格划分；将材料模型进行斜线拉锥旋压轨迹的收口旋压有限元模拟，得到收口旋压结果。提出采用斜线拉锥旋压轨迹进行TC4钛合金筒形件的收口旋压，使收口段的厚度能够分布较为均匀，能够提高无芯模收口旋压件的成型质量。

技术领域

本发明属于材料加工成型领域，具体涉及基于有限元模拟的TC4筒形件无芯模收口旋压的方法。

背景技术

TC4钛合金因具有α+β双相结构，比强度、耐热性和韧性较高，在航空航天、军工、汽车等领域得到广泛应用。旋压成形是一种综合了传统金属压力加工工艺特点的连续局部成形方式，它具有材料利用率高，加工成本低的特点，而无芯模收口旋压表现为对筒形件在径向方向的压缩，使得毛坯直径连续减少，但无芯模支撑，口部成性较差起皱较为严重且口部自由端容易发生失稳。目前国内外的研究表明TC4钛合金旋压成型的情况与旋轮的运动轨迹有很大的关系，不同的轨迹产生的应力分布不同，导致收口旋压的成型质量不同。在一般传统的加工过程中，往往是沿着旋压收口的形状作为轨迹进行旋压，由于无芯模加工缺乏芯模支撑，造成收口段厚度分布不均匀，容易产生应力集中及失稳现象。

传统的收口旋压方法是先根据经验对旋压件进行试旋，当生产的零件存在缺陷时，对工艺进行反复的修改，直至达到得到良好的工件。这种方法往往要花费大量的时间、人力和财力。

发明内容

本发明的目的是采用有限元模拟的方法对TC4筒形件进行无芯模收口旋压模拟计算，可以更好的保证收口旋压工艺的可靠性，缩短工期。

为了实现本发明目的，本发明提供了基于有限元模拟的TC4筒形件无芯模收口旋压的方法，包括以下步骤：

将TC4钛合金材料进行热压缩实验，测出其真应力-真应变曲线；

将获得的真应力-真应变曲线进行分析计算，建立TC4钛合金的本构方程；

设定筒形件直径，建立待加工的管坯三维模型，将建立的本构方程输入到有限元软件中，并添加实际加工生产过程中的工况条件设置接触条件及边界条件，同时进行网格划分；

将管坯三维模型进行斜线拉锥旋压轨迹的收口旋压有限元模拟，得到收口旋压结果。

优选的，所述热压缩实验在Gleeble-3800试验机上进行。

优选的，所述的热压缩为恒温恒定应变速率压缩，以保证真应力-真应变曲线的准确性。

优选的，所述将获得的真应力-真应变曲线进行分析计算，建立TC4钛合金的本构方程，具体包括：

本构方程的表达式为：

根据真应力-真应变曲线获得lnσ与的关系曲线以及lnσ与ln(1/T)的关系曲线；

根据lnσ与的关系曲线以及lnσ与ln(1/T)的关系曲线得到应力指数n、热变形激活能Q和材料常数的参数值，即n＝5.88，Q＝579KJ/mol，A＝e^33.5；

即所述TC4钛合金的本构方程为：

式中，为应变速率，σ表示稳态应力，R为气体常数，T为绝对温度。

优选的，斜线拉锥旋压轨迹包括多个道次，每个道次均包括先沿直线方向进行径向旋压，然后沿斜线方向进行收口旋压，最后沿竖线方向移出进入下一道次。

与现有技术相比，本发明能够实现的有益效果至少如下：