微处理机控制的金属板材超塑胀形力学分析和工艺探讨

本文对TC4钛合金板材在860℃高温下的超塑胀形过程作了力学分析,得出其各项参数变化规律,给出最佳加载的压力-时间变化曲线,用微处理机控制气压变化,使整个胀形过程中等效应变速率恒定,板材始终处于最佳超塑变形状态。对不同材料的板坯,只要通过微处理机输入该材料的应变速率敏感指数和最佳应变速率等参数,就可自动实现各种材料最佳超塑胀形,获得壁厚均匀的良好制品。     

超塑性拉深胀组合新工艺的研究

控制超塑胀形件的最变薄和改善其壁厚分布的均匀性，是超塑胀形一个十分重要的工艺问题。此文提出了一种能在超塑胀形过程中同时进行拉深的新工艺－－超塑性拉深胀形组合新工艺。通过对供应态的ＴＣ４板材的超塑性拉深胀形试验表明：该工艺在很大程度上改善了超塑胀形件壁厚分布的均匀性，降低了其变薄率。     

工艺和材料参数对超塑胀形中空洞损伤演变影响的数值分析

利用刚粘塑性有限元技术，采用特定的空洞损伤演变模型，对超塑胀形的空洞损伤演变过程进行了数值模拟，给出了不同工艺参数和材料参数对胀形件内空洞体积分数分布的影响规律。分析结果对超塑胀形实际选材和工艺设计具有指导意义。     

工艺和材料参数对超塑胀形中空洞损伤演变影响的数值分析

利用刚粘塑性有限元技术，采用特定的空洞损伤演变模型，对超塑胀形的空洞损伤演变过程进行了数值模拟，给出了不同工艺参数和材料参数对胀形件内空洞体积分数分布的影响规律。分析结果对超塑胀形实际选材和工艺设计具有指导意义。     

超塑性非球面自由胀形的测量

超塑性胀形是成形薄壁壳形件的重要技术, 已经在航空技术领域占有重要地位. 由于超塑性自由胀形是建立超塑胀形力学解析理论的重要依据, 又是超塑胀形成形的必经阶段,而超塑自由胀形的轮廓曲面为轴对称旋转曲面, 本文针对精确测量轴对称旋转曲面的几何参数尚存在的一些问题, 提出了测量方法及基本原理, 介绍了基于单目成像的图像采集系统及摄像机参数的标定方法, 并对旋转体试件的成像测量进行分析, 给出了误差补偿公式; 对于实验中极点高度测量和实验后轮廓测量采用不同算法, 以保证系统的实时性; 为提高测量精度, 采用亚像素算法, 同时分析了误差产生的原因.     

Ti-6Al-4V高能束焊对接板超塑性研究

通过单向热拉伸试验和超塑自由胀形试验研究了0．8mm厚Ti-6Al-4V激光焊接、真空电子束焊接和等离子弧焊接对接板在925℃的超塑性能。结果表明，激光焊和真空电子束焊对接板均具有良好的超塑性能，且前者略优于后者；等离子弧焊对接板单向拉伸不具有超塑性能，但可以进行超塑胀形。这和它们的输入能量密度有关，能量密度愈高，焊缝的冷却速率愈快，焊缝组织愈细，超塑性能也愈好。最后根据试验结果，采用有限元方法估算了这三种高能束焊接钛合金对接板的应变速率敏感性指数m值。     

一种超塑胀形压力测控系统设计

超塑胀形能一次成形复杂零件,是一种先进成形技术,研制超塑胀形压力测控系统具有重要意义。超塑胀形压力的精确控制是超塑胀形的前提,其压力加载方式基本是恒压加载和变压加载。超塑胀形压力控制系统包括胀形压力信号的采集检测及模数转换、步进电机驱动控制两部分主要内容。     

大型复杂型面动车车头零件快速超塑成形工艺研究北大核心CSCD

以动车车头左前侧壁板为研究对象,对铝合金左前侧壁板的快速超塑成形工艺进行了研究。基于左前侧壁板零件的三维形状,设计了快速超塑成形凸模和凹模,采用凸模成形,以壁板内型面作为凸模主要型面。利用MSC.MARC软件对左前侧壁板的热冲压、反胀超塑成形和正胀超塑成形阶段进行有限元分析,选择合适的反胀时间以控制反胀厚度,正胀实现零件的最终成形,最薄部位位于零件加工余量处,最大减薄率为21%,局部有聚料现象。之后进行了左前侧壁板快速超塑成形实验,在上端和前端中部有褶皱现象,与有限元分析结果基本吻合,对成形过程进行工艺改进后,成功地制造了表面质量良好的左前侧壁板。最后,对成形后材料的力学性能、零件的厚度分布和形状精度进行了测量。     

钛合金波纹管超塑成形工艺研究

首次开发利用氩气的压力胀形和轴向加载的复合超塑性工艺成形技术制造钛合金波纹管的新工艺,可加工多波U型钛合金波纹管。超塑成形采用多层模结构,用模具来控制波形。超塑成形加载过程分为胀形、合模和定型3个阶段,以使成形件的壁厚分布均匀。确定了筒坯的下料尺寸;给出了各个成形阶段胀形气压和保压时间的计算公式;通过超塑胀形实验成形了Ti-6Al-4V钛合金双波波纹管。     

超塑成形薄壁构件壁厚分布的预测

壁厚分布对薄壁构件的结构性能有重要影响。本文研究超塑成形件壁厚分布的预测技术,实现了超塑成形过程的有限元数值模拟的成形件厚度分布曲线的自动预测,以半球壳和矩形盒成形为例,为自由胀形和约束胀表两种情形形件厚度变化进行了分析,预测结果与实验数据吻合。     

TC4半环超塑正反胀形工艺研究

本文对钛合金半环的超塑成形技术进行了工艺研究。采用正反胀形方法来控制成形后半环的壁厚,并通过数值模拟手段,对壁厚控制的关键即正反胀形模具型面进行了优化设计,同时进行了试验验证。结果表明数值模拟数据较好的预测了超塑成形后的半环壁厚分布,利用优化后的正反胀模具实现了半环试验件的壁厚均匀化。该方法能够明显提高材料利用率和后续车加工效率,并降低制造成本。     

合金激光表面熔凝组织的超塑扩散连接机理

研究了合金激光表面熔凝组织在超塑扩散连接中的细晶超塑变形和扩散机。对金属高温力学行为和晶界滑移微观机制的分析表明，激光表面改性获得的细晶组织，在连接过程中发生超塑变形，加速了空隙闭合；激光表面熔凝组织超塑扩散连接中出现了以晶界扩散为主的扩散模式，晶粒细化带来的晶界体积百分数的增加，提高了扩散速率；非平衡组织扩散性能以及非平衡晶界迁移加速了界面区空位、位错消除和再结晶过程。     

TC4钛合金锥形件叠层超塑成形工艺研究

为了提高锥形件超塑成形效率,提出了叠层超塑成形工艺及高温进出炉成形方案,并采用正反向超塑成形方法以提高壁厚分布均匀性。通过对超塑成形过程自由胀形阶段与贴模成形阶段进行的力学解析,得到了最佳等效应变速率条件下的气压加载曲线。以此为基础,对单层正向成形、单层正反向成形及双层正反向成形进行了920℃超塑成形实验研究。结果表明,正反向成形可显著改善锥形件壁厚均匀性。在双层正反向成形条件下,锥形件最大截面圆度为0.05 mm,最小壁厚为1.01 mm,型面尺寸及壁厚分布均满足使用要求,下层零件的壁厚均匀性较差。叠层超塑成形工艺及900℃装出炉方案可行有效,可使锥形件超塑成形效率提高1倍以上。     

超塑性胀形件厚度分布的计算和控制

提出了超塑胀形过程中“贴模材料有阻碍流动”的假设，并引入参数来表示润滑条件对胀形件厚度分布的影响。据此计算了长梯形槽、圆台筒胀形件等的厚度分布，试验结果与理论预测相符。最后，还讨论了控制厚度不均的具体措施。     

加压路径对超塑胀形空洞的影响

本文用金相显微镜、扫描电镜和ｘ－射线小角度散射法分析了不同加压路径对超塑胀形微空洞形貌和分布的影响。结果表明，恒应变速率胀形的微空洞量多、细小、分布均匀，且处于亚稳定状态。恒压胀形的微空洞易由亚稳定变为稳定，且会迅速交连长大，形成网络。恒速胀形的微空洞形貌介于两者之间。     

超塑状态下拉深—胀形组合工艺研究

研究了在超塑状态下的拉深－胀形组合工艺，通过计算机合理控制压边力和气胀力，能有效地减少零件的变薄量，使零件壁厚变薄较均匀，从而实现了对变形量大的TC4钣件能够一次成形合乎要求的零件。     

大型变壁厚TC4半球超塑胀形工艺研究

对大型TC4钛合金变壁厚半球壳体的超塑胀形工艺进行了研究。采用数值模拟手段先后分析了单向胀形和正反胀形后半球毛坯的壁厚分布规律,指出了正反胀形工艺在壁厚分布上的优势,并给出了反胀模具型面曲线优化的关键参数及其对成形壁厚分布的影响规律。用优化后的模拟数据结果指导实际实验参数设计,在理论分析基础上进行了实验验证。结果表明,数值模拟数据较好地预测了超塑成形后的半球壁厚分布,利用优化后的正反胀模具实现了半球实验件的壁厚按需分配。成形后材料强度略有下降,延伸率得到提升。正反胀形方法能够明显提高钛合金板材的材料利用率和后续毛坯的车加工效率,降低制造成本。     

Al2O3颗粒增强Ni-Mn纳米复合材料的超塑性

用电沉积法制备了Al2O3/Ni-Mn纳米复合材料,在不同温度和应变速率下进行了超塑拉伸试验和超塑胀形试验,并对该复合材料的断口进行了分析.结果表明,在超塑温度500℃、应变速率1.67×10-38-1下,该复合材料的最大伸长率为530%;氧化铝颗粒的加入不仅细化了材料的晶粒,更提高了材料的韧性;在材料受热时,氧化铝颗粒对材料的晶粒长大有一定的抑制作用;该复合材料的最大相对胀形高度,即高径比达到1.616.     

锻态Ti3Al基合金超塑压缩的力学行为及组织演变

Ti3Al基的Ti-24A1-14Nb-3V-0.5Mo(at%)合金为非理想的超塑材料.用超塑压缩方法研究了合金的超塑变形行为,分析了变形量和应变速率对流变应力及组织演变的影响.结果表明所研究合金的最佳超塑变形温度为980 ℃.在980 ℃,2×10-3s-1的条件下,应变速率敏感性指数值为0.55.应变速率对合金超塑压缩时的力学行为和组织演变有显著的影响.     

LD钢超塑性压缩的力学特性的试验研究

研究了国产新型冷作模具钢ＬＤ钢在超塑性条件下压缩变形的力学特性，提出了其最佳超塑压缩变形的工艺参数。