大型變壁厚TC4半球超塑脹形工藝研究

微 石，陰中煒,紀 瑋，陸子川，張緒虎

(航天材料及工藝研究所，北京 100076)

鈦合金由于其輕質、高強的特點，在我國航天領域的貯箱、氣瓶等壓力容器上得到了廣泛應用[1-3]。半球形殼體是鈦合金壓力容器的一種常用結構，傳統工藝一般采用鍛造、沖壓、旋壓制作，這些工藝成形精度差、材料利用率低，在制造大型半球時更加困難。近年來，隨著深空探測等項目的快速發展，鈦合金壓力容器的尺寸越做越大，但成本卻要求十分嚴格，傳統工藝已經不能滿足需求。超塑成形技術作為一種先進塑性加工手段，在成形精度、成本上的優勢巨大，特別適合于制造大型薄壁鈦合金構件。采用該工藝制造的鈦合金壓力容器在航空航天領域已經得到初步應用[4-6]。

由于超塑成形過程需要密封，因此成形時板材一般需要有一個密封面，該密封面在成形時會被壓死并固定，這樣密封面將無法參與變形，板材在變形時表面積的增大完全依靠板材在模具型腔部分材料自身的拉薄，這與傳統的沖壓工藝區別很大。超塑成形時材料的拉伸減薄將顯著高于傳統沖壓方式，如果工藝控制不當，局部可能會存在厚度過低甚至拉裂的情況，無法滿足后續工藝要求。

為了實現壁厚可控的超塑成形，國內學者開發出了很多方法，例如正反脹法、坯料預加工法、動凸模法等[7，8]。其中正反脹法應用較為廣泛。

數值模擬是進行板材超塑脹形過程壁厚預測的一種有效手段，它能夠大幅提升超塑模具的試模成功率，顯著提高效率并降低成本。……