钛合金环形管成形模具参数优化_戴毅.pdfVIP

第38卷第10期稀有金属材料与工程Vol.38,No.10

2009年10月RAREMETALMATERIALSANDENGINEERINGOctober2009

钛合金环形管成形模具参数优化

11221,21

戴毅，曾卫东，杨英丽，赵恒章，赵彬，周义刚

(1.西北工业大学，陕西西安710072)

(2.西北有色金属研究院，陕西西安710016)

摘要：在MSC/Superform有限元模拟软件和弹塑性有限元理论的基础上，建立了钛合金环形管成形过程的计算机模

拟系统。选取阿基米德螺旋线为牛角芯模中心线设计模具，采用中频感应加热方法，对阿基米德常数、扩径比、弯曲

角度等模具参数进行优化模拟。分析可得：（1）阿基米德螺线系数的合理选取能够保证获得较好的壁厚均匀性，模拟

得到本工艺较佳系数为1.0；（2）扩径比太大，容易出现起皱、减薄等缺陷；扩径比偏小，腹部增厚、壁厚均匀性降低，

本工艺合适的扩径比为1.33；（3）弯曲角度太小，弯管成形过程变形剧烈，成形后弯管的力学性能等不能较好满足要

求；弯曲角度太大，变形过程平稳，但随着推制阻力的增大导致推制困难，本工艺较佳弯曲角度为40º。通过正交试验

方法验证得到：在上述参数条件下可以获得壁厚均匀、耐高压、等强度的钛合金环形管。

关键词：钛合金；环形管；壁厚均匀；参数优化

中图法分类号：TG146.2+3文献标识码：A文章编号：1002-185X(2009)10-1801-06

钛环形管是一种广泛应用在航空、航天领域的特了不少工作，但目前设计还处于传统的“炒菜式”设

殊部件，用它制成的钛环形气瓶具有体积小、质量轻、计阶段。此外，牛角模具设计需要反复试制和打磨，

能承受高压等优点，具有广阔的应用前景[1]。其耐高周期长，精度差[7]，很难满足实际生产要求，迫切需

压、等强度的设计目标对钛环形管的壁厚均匀性提出要成熟理论来指导实践。本研究基于弹塑性有限元理

了严格的要求。若采用传统的弯曲方式，不可避免地论，采用MSC/Superform有限元软件，对阿基米德常

存在背部受拉减薄、腹部受压增厚的问题，难以满足数、扩径比、弯曲角度等模具参数进行数值模拟优化

高性能钛环形管壁厚均匀性的要求。牛角芯模热推弯分析，为牛角芯模的设计提供理论和实验依据。鉴于

管工艺将扩径与弯曲变形有机结合，是解决传统弯曲以往数值模拟过程中未考虑温度场变化对热推弯管成

变形壁厚不均匀性的最有效的成形方法之一[2]。形的影响，本实验采用了实际工况中应用的中频感应

牛角芯模设计是热推弯管成形工艺中最重要的研加热方式。

究内容。前苏联科学院院士得列日尔第一次给出了芯

棒和管坯直径设计的经验公式[3]。国内苗天德从理论1热推弯管工艺简介

上推导了牛角芯模弯管成形过程的塑性解递推公式，[8]

热推弯管工艺原理如图1所示。将管坯从末端

给出了牛角芯模、管坯尺寸和推制工艺参数的经验公套在牛角芯模的芯杆上，固定芯杆尾端，然后采用液

式[4]，但其只能应用于冷加工。鹿晓阳在塑性弯曲工压或机械推进机构推进管坯。在牛角芯模前端被推进

程理论的基础上，提出描述弯管变形特征的4个假设，的管坯由感应加热器连续加热后，进入扩径变形段后

推导出牛角芯模中心线的解