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盒形件超塑成形材料流动规律研究

作　者: 段奇锐
导　师: 谢兰生
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 盒形件 超塑成形 材料流动规律 TC4 预成形 有限元仿真
分类号: V261
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


随着超塑成形（SPF）和扩散连接技术（DB）的发展，SPF/DB技术已经成为推动航空、航天结构设计理念发展的一种重要技术，其在提高飞行器性能、减轻构件重量、降低制造成本等方面有着传统制造工艺无法替代的优越性。SPF/DB技术制造的多层板结构在飞行器上的应用越来越广泛，但是在实际生产中仍存在一些问题亟待解决，其中比较常见的是成形后构件壁厚变薄不均匀问题。本文针对四层板SPF/DB芯板超塑性成形为盒形件过程中的材料流动规律进行研究，主要研究内容如下：（1）运用拉伸速度突变法对TC4超塑性能进行测试，得到应变速率敏感系数m值。（2）利用MSC.MARC软件选择对TC4盒形件一步超塑成形过程进行数值模拟，得到优化的加载曲线，并以此为依据进行实验，成形出不同标定压力下的零件；通过实验与仿真结果的外形及厚度对比，验证了有限元模型的合理性，并发现八节点壳单元的模拟精度更高；结合实验与仿真，总结盒形件一步超塑成形材料流动规律。（3）基于上述材料流动规律，对盒形件正向预成形工艺进行探索性研究。通过MSC.MARC软件对两步超塑成形过程进行了有限元数值模拟，分析预成形模具形状对材料流动规律的影响，优化预成形模具形状，得到使盒形件成形厚度分布均匀性得到提高的合理预成形模具形状，并据此加工出模具进行两步成形实验。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-12
第一章 绪论  12-19
  1.1 引言  12
  1.2 超塑成形/扩散连接工艺  12-17
    1.2.1 超塑成形/扩散连接工艺概述  12-14
    1.2.2 SPF/DB 技术的应用概况  14-15
    1.2.3 国内外 SPF 和 SPF/DB 技术研究进展  15-17
  1.3 课题主要研究内容  17-19
    1.3.1 选题的意义  17-18
    1.3.2 主要研究内容  18-19
第二章 超塑成形/扩散连接工艺理论解析  19-27
  2.1 引言  19
  2.2 超塑性成形基本原理  19-25
    2.2.1 超塑变形的力学特征  19-20
    2.2.2 超塑性变形的组织变化  20-21
    2.2.3 超塑性变形机理  21-25
  2.3 钛合金的超塑性  25-26
    2.3.1 Ti-6Al-4V (TC4)的超塑性行为  25-26
    2.3.2 影响 Ti-6Al-4V (TC4)超塑性变形的因素  26
  2.4 本章小结  26-27
第三章 TC4 超塑性能测试  27-35
  3.1 引言  27
  3.2 拉伸试样制备  27-28
  3.3 实验设备  28-29
  3.4 应变速率敏感性指数 m 值的测定  29-34
    3.4.1 拉伸速度突变法  29-30
    3.4.2 拉伸速度突变法测定 m 值  30-34
  3.5 本章小结  34-35
第四章 盒形件一步超塑成形材料流动规律  35-48
  4.1 引言  35
  4.2 盒形件一步超塑成形的数值模拟  35-37
    4.2.1 一步成形有限元模型建立  35-36
    4.2.2 不同单元类型的确定  36
    4.2.3 应变速率优化控制加载曲线  36-37
  4.3 盒形件一步超塑成形实验  37-44
    4.3.1 实验方案  37-38
    4.3.2 实验模具及设备  38-39
    4.3.3 不同单元类型模拟结果与实验对比  39-44
  4.4 盒形件一步超塑成形材料流动规律分析  44-47
  4.5 本章小结  47-48
第五章 盒形件两步超塑成形流动规律  48-66
  5.1 引言  48
  5.2 盒形件两步超塑成形材料流动规律的数值分析  48-57
    5.2.1 两步成形有限元模型建立  48-50
    5.2.2 预成形模具形状对材料流动规律的影响  50-57
  5.3 盒形件两步超塑成形的实验  57-65
    5.3.1 实验方案  57-58
    5.3.2 实验结果分析  58-65
  5.4 本章小结  65-66
第六章 总结与展望  66-68
  6.1 总结  66-67
  6.2 展望  67-68
参考文献  68-72
致谢  72-73
攻读硕士学位期间发表的学术论文  73

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中图分类: > 航空、航天 > 航空 > 航空制造工艺 > 制造工艺过程及设备
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