TC4鈦合金超塑成形精度控制.pdf

1、隨著超塑成形技術的應用越來越廣泛，對其在精確性方面有了更高的要求，主要包括工件的厚度分布精度和尺寸分布精度及形狀畸變。正反向超塑成形是改善成形零件厚度分布的一種有效的工藝方法，它利用反向脹形預先對板料進行預成形，分散變形，然后再正向加壓脹成凹模形狀，從而起到使板料不同部位變形均勻的作用。雖然正反向超塑成形應用較廣，但對于摩擦條件在其中的重要作用卻被忽視了。對于尺寸分布精度，由于通常模具材料與工件材料膨脹系數(shù)的差異較大，超塑成形后模具與工

2、件由超塑成形溫度降至室溫時的收縮量差異較大，造成最終工件尺寸與模具尺寸出現(xiàn)偏差。同時，冷卻過程中模具對工件的約束作用會使工件產生一定量的塑性變形，從而導致其產生形狀畸變，對于形狀復雜的工件，形狀畸變更易產生。
　　本文中深筒形件變形區(qū)表面積與原面積之比達到了3，這意味著用單一的凹模成形法零件厚度會非常不均勻。在正反向成形的基礎上，分析了不同摩擦條件對成形件厚度分布的影響,提出了模具型面變摩擦控制厚度分布的方法。結果表明：合理增大預

3、成形模的表面摩擦能顯著增強預成形的局部減薄作用，有利于提高工件最終壁厚分布均勻性。對預成形模具表面進行了處理，在930℃通過變摩擦正反向超塑成形試驗成功制得TC4鈦合金深筒形件，其厚度分布滿足1.6±0.2mm的精度要求。
　　采用有限元軟件分析了TC4鈦合金筒形件在超塑成形后冷卻過程中，由于耐熱鋼模具線膨脹系數(shù)與TC4合金不同而導致的尺寸偏差和形狀畸變，并研究了不同的工藝參數(shù)對形狀畸變的影響規(guī)律。結果表明：在930℃→室溫的冷卻

4、過程中，915℃時筒形件側壁開始產生形狀畸變，形狀畸變隨溫度降低不斷增大，到800℃時增至最大。筒形件產生的形狀畸變隨著冷卻過程降溫速率的增大而增大，由于形狀畸變在915→800℃溫度區(qū)間內產生，因此其受915→800℃溫度區(qū)間內的降溫速度影響最大。
　　為了解決線膨脹系數(shù)差異導致的一系列問題，本文引入了線膨脹系數(shù)可控的ZrO2-TiO2陶瓷關鍵技術。研究了TiO2體積分數(shù)和相對密度 ZrO2-TiO2陶瓷的線膨脹系數(shù)的影響規(guī)律。

5、采用壓痕法驗證了與TC4鈦合金等膨脹系數(shù)的ZrO2-TiO2陶瓷模具的超塑成形尺寸精度，結果表明：超塑成形尺寸精確度很高，尺寸誤差不超過59μm。為了測試與TC4鈦合金等膨脹系數(shù)的ZrO2-TiO2陶瓷模具在超塑成形中的使用性能，燒制了筒形陶瓷模具。使用此模具在930℃超塑成形了TC4鈦合金筒形件,冷卻到室溫后TC4筒形件可以很容易的從陶瓷模具中取出，取出后還能將其再次放入陶瓷模具，且與陶瓷模具貼合緊密，基本無形狀畸變產生，TC4筒形件