某型飛機鈦合金鈑金件熱沖壓成形工藝參數優化

（航空工業哈飛 ，黑龍江 哈爾濱 150066）

1 某型飛機鈦合金鈑金件熱沖壓成形的基本現狀

某型飛機鈦合金鈑金件的零件構成基本為對稱性，但是其熱沖壓成形的基本零件的外形是非常復雜的，如果只是用傳統的零件沖壓的方式是很難達到最終的目的的。因此，可以采用模具、鈦合金原料在同種溫度下，經過熱沖壓工藝的方式而成形的零件很容易出現成品厚壁增加過多、平衡感缺失引起失穩以及厚度過薄而引起破裂的情況，最終得到的飛機鈦合金鈑金件的厚壁厚度也會不均勻[1]。因此，本文通過鈦合金鈑金件熱沖壓過程中的壁厚不均勻的問題進行數據分析，對工藝的基本參數進行優化，將有限元法運用到正交試驗的不同組合之中，根據數據分析出能夠最終成形的實驗指標，其中將最大增厚率、最大減薄率作為正交試驗數據分析的標準，從而得出工藝變化中比較優質工藝的參數的基本組合形式，從而促進實驗的正確指導方針的形成。

2 有限元方法的基本模型

2.1 有限元的幾何模型

根據該金屬熱沖壓形成的特殊性，可以由Dynaform軟件進行零件還原成原材料。模型中凸模與凹模都為剛性體，而板料的設置則相反為塑性體、而實際飛機鈦合金鈑金件沖壓成形的條件是需要將板料的厚度做到1.016mm的。

2.2 有限元方法中的材料模型

有限元方法中的材料模型一般選用鈦合金金屬，本實驗則選用TC4鈦合金進行熱沖壓處理后進行實驗，因為鈦合金TC4因為材料自身耐蝕性、密度小的原因而成為其中最活躍的因素。在如同的的熱沖壓工作中，鈦合金的變形速度為20-30mm/s，同時，熱沖壓工作進行的速度也非常低，達到了5mm/min左右。因為試驗所在的加工環境是恒溫的環境，所以不需要考慮溫差對其中實驗變化的影響，從現場的模擬的數據中我們能夠得出，通過改變鈦合金原材料的模型，就能夠通過溫度、速度的改變從而改變飛機鈦合金鈑金件沖壓的最終成形。

圖1 鈦合金TC4材料的應力變化曲線

2.3 有限元方法所需的基本邊界條件

在飛機鈦合金鈑金件沖壓成形的模擬實驗中，其模型的的凸模在設定行管的位移邊界條件、凹模確定所需自由度、板料將自由度釋放的條件。

同時，當凸模與板料、凹模與板料的設置都采用面對面的接觸時，可以通過庫倫摩擦方程式來設置相關的實驗摩擦系數。

3 影響飛機鈦合金鈑金件沖壓成形的基本因素

通過觀察飛機鈦合金鈑金件沖壓成形原材料的壁厚分布圖，對鈦合金材料成形的溫度、熱沖壓的速度以及生產摩擦系數的變化對最終成形產生的影響，從而得出工藝的基本參數對飛機鈦合金鈑金件熱沖壓成形所造成的質量影響。當凸緣材料處受到拉力時，就容易出現破裂的趨勢，而折彎區也容易發生變形起皺。

3.1 溫度對飛機鈦合金鈑金件熱沖壓成形的影響

本次的實驗模擬條件是600℃、650℃、675℃以及700℃，在其溫度變化下的變形速度為1mm/min，模擬的摩擦系數為0.1。在該條件下通過對飛機鈦合金鈑金件熱沖壓成形進行數據模擬，我們得知：溫度升高后，飛機鈦合金鈑金件熱沖壓成形的最大減薄率在不斷減小，金屬的增厚率卻呈現逐漸遞減的趨勢。

3.2 變形速度對飛機鈦合金鈑金件熱沖壓成形的影響

飛機鈦合金鈑金件在高溫的條件下進行塑性加工而變形時，變形的速度增加，鈦合金內部的流動也會隨之加快，通過采用1、2、3、4mm/min的變形速度，對鈦合金TC4材料進行熱沖壓的數據模擬。了解在熱沖壓溫度為700℃，摩擦系數f為0.1的狀況下，變形速度對鈦合金壁厚的分布影響為，速度加快時，鈦合金材料的最大減薄率的值也是逐漸加大的，其最大增厚率的值波動較小，但是也呈現遞增的趨勢。

4 某型飛機鈦合金鈑金件熱沖壓成形工藝參數的實際優化

通過正交試驗來衡量某型飛機鈦合金鈑金件熱沖壓成形的工藝參數的優化效果，并分出各影響因素對產品成形的影響地位。成形溫度對某型飛機鈦合金鈑金件熱沖壓成形的最大減薄率與最大增厚率的影響更為顯著，而較優異的參數的選擇卻不進行同，需要根據多數傾向的原則對工藝的參數水平進行綜合的考量，較優溫度為675℃。變形速度能夠對產品的最大減薄率有重要的影響，但是相較于成形溫度則較低，能夠排在它之下的第二位，而對最大增厚率的影響排在第三位，而根據多數傾向的原則，也需要進行工藝參數的綜合考量，其變形速度的取值為1mm/min。

5 結語

某型飛機鈦合金鈑金件熱沖壓成形工藝參數的探索、研究，對飛機零件的建造具有重要的意義，通過控制好熱沖壓成形的溫度、速度和摩擦力的數值，能夠防止產品出現褶皺、破裂，促進飛機鈦合金鈑金件熱沖壓成形產品的生產。