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摘要
钛合金筒形构件广泛应用于航空航天领域,常采用旋压技术成形(工件表面经旋轮减少厚度并沿着芯模轴旋转运动)。随着航空航天钛合金筒形构件日益要求整体化和薄壁轻量化,经旋压成形的钛合金筒形构件变形程度越来越大,不仅对钛合金筒形构件的旋压过程带来困难,而且造成构件内部强烈的织构取向和各向异性,从而影响到旋压件使用性能。本文以TC21钛合金筒形件为研究对象,采用有限元模拟软件ABAQUS,对其旋压工艺和旋压织构进行有限元数值模拟和优化。依据筒形件旋压成形过程,建立符合实际工艺生产过程的有限元模型,并利用TC21钛合金热模拟压缩实验数据所建立的本构方程导入到有限元模型,通过对数值模拟结果与分析,研究了旋压工艺参数对TC21钛合金筒形件成形过程中坯料应力应变的影响规律,并优化了旋压工艺参数。结果表明,TC21钛合金筒形件旋压件随旋压温度升高,最大等效应力减小;主轴转速对等效应力和应变变化影响不显著,但会影响坯料起皱和外径圆度精度;旋压过程中,对坯料影响最显著的两个因素分别是进给速度和减薄率,旋压进给速度或减薄率增大会导致最大应力区域面积和应变峰值增大,在进给速度为2.5mm/s和减薄率为25%时旋压件的隆起缺陷最为严重;从旋压成形质量考虑,TC21钛合金筒形旋压应以旋压温度860℃、进给速度1mm/s、主轴转速4r/s及减薄率20%为宜。对有限元模拟软件ABAQUS进行了二次开发,将晶体塑性理论嵌入到用户材料子程序UMAT中,并采用二次开发后的ABAQUS进行旋压织构的有限元数值模拟。结果表明,TC21钛合金筒形件旋压织构主要包括了四个主要组分,分别为基面织构、柱面织构、锥面织构以及丝织构。通过增大进给速度、主轴转速和减薄率均促进织构、织构和丝织构形成。增大筒形件旋压进给速度、主轴转速和减薄率均会使得织构强度增大,在主轴转速在5r/s时达到了最大织构强度,且发现减薄率增大还会使得织构强点位置发生转变。
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