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某型直升机第二级钛合金叶片盘热流变成形的3D数值模拟及力学性能研究

余敏  
【摘要】: 流变成形理论是近年来在塑性成形原理、超塑性成形理论、蠕变成形理论的基础上发展起来的、更富普遍性意义的一种成形理论,是流变学在塑性加工领域的具体应用。该理论正在越来越广泛地为人们所认可和接受,并不断地应用到科学研究和生产实践中去,逐步地显示出它的强大生命力和应用前景. TC11钛合金作为一种新型的航空和宇航材料,具有比强度高、抗疲劳、耐腐蚀等突出优点,主要用于制造飞机上的重要零部件,如涡轮发动机的压气机盘、叶片盘和单个的叶片等等。因此,对其热流变成形进行研究具有重要意义。 本文首先简要介绍了数值模拟技术在金属成形领域中的研究现状,以及刚(粘)塑性有限元法的基本原理及其在体积成形软件DEFORM 3D的具体体现。 其次,通过UG对成形模具和坯料造型,并在DEFORM 3D平台上对第二级TC11钛合金叶片盘的热流变成形过程进行了数值模拟,对成形过程等效应力场、等效应变场、温度场以及变形抗力曲线进行了分析。由于TC11钛合金对成形温度和变形速率非常敏感,而它的成形温度范围很窄,受到加热规范的制约,因此我们比较了成形温度一定、不同变形速率对模拟结果的影响,揭示了流变成形的金属流动规律,预测和分析了可能出现的叶型局部未充满的现象。对工艺和模具设计具有一定的理论指导意义和实际应用价值,为流变成形的逆向设计提供了可能性。数值模拟的有关结果不但与实际产品吻合较好,而且证明了有关理论的正确性。 最后参考利用数值模拟的结果进行了试生产,并对试生产产品进行了机械性能检测和金相组织分析,结果表明:用流变成形方法生产的产品,与传统生产方法生产的产品相比,内部组织得到了较大改善,机械性能有了较大幅度的提高。


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