鈦合金由于具有比強(qiáng)度高、 耐腐蝕性好及使用溫度高 等優(yōu)點(diǎn), 其使用量在航空產(chǎn)品上越來越大 , 如飛機(jī)的帶板、 隔框、 大型壁板、 航空發(fā)動(dòng)機(jī)整流罩及葉片等均大量采用鈦合金材料 。在室溫條件下, 鈦合金屈強(qiáng)比高、 塑性差及成形后回彈量大, 故鈦合金不宜在室溫條件下進(jìn)行塑性成形。而在高溫條件下, 鈦合金塑性顯著增強(qiáng), 成形后回彈相對(duì)較小, 因此熱成形成為鈦合金鈑金零件的主要成形方式 。

 鈦合金等溫?zé)岢尚问菍⒛＞吆团髁霞訜岬揭欢囟?(一般在 600~900 ℃ ) 沖壓成所需零件, 等溫?zé)岢尚尉哂谐尚魏罅慵|(zhì)量較好、 適用范圍廣、 適合批量生產(chǎn)等特點(diǎn), 因此是鈦合金鈑金零件的主要成形工藝。 

 由于鈦合金等溫?zé)岢尚芜^程溫度較高, 導(dǎo)致影響成形的因素與普通室溫沖壓有所不同。經(jīng)過對(duì)鈦合金熱拉伸實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),溫度和應(yīng)變速率與鈦合金塑性、 變形抗力均有關(guān)。郭天文研究發(fā)現(xiàn)不同溫度下 TC4 板材拉深系數(shù)不同, 而小極限拉深系數(shù)是在 770 ℃ 。雖然鈦合金在高溫時(shí)塑性提高, 但是仍有回彈, 如馮毅雄等經(jīng)過回彈補(bǔ)償后試制出合格的某大號(hào)圓管零件, 熊煒等采用 900 ℃ 超塑成形試制的葉片加強(qiáng)邊零件仍有很小回彈。YAN X M 等研究發(fā)現(xiàn)成形溫度越高, V 形件回彈越小。雖然回彈會(huì)影響最終零件尺寸, 但是影響零件尺寸的還有熱膨脹和切割變形等因素, 而目前均鮮見有關(guān)于回彈、 熱膨脹和切割變形等影響零件尺寸因素控制方法的研究。等溫?zé)岢尚芜^程中對(duì)零件狀態(tài)檢測(cè)不方便, 單件生產(chǎn)成本相對(duì)較高, 若不能準(zhǔn)確對(duì)回彈和熱膨脹等因素進(jìn)行計(jì)算控制, 則可能增加修模次數(shù), 導(dǎo)致調(diào)試成本增大。 

 鈦合金零件等溫?zé)岢尚蔚挠绊懸蛩剌^多, 如何精確控制零件尺寸是重點(diǎn), 本文根據(jù)鈦合金特點(diǎn), 結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn), 歸納總結(jié)了影響等溫?zé)岢尚吴?合金零件尺寸的因素, 并提出了應(yīng)對(duì)方法。以某 TC4 鈦合金零件為例, 仿真分析了零件成形及熱膨脹, 提出了熱膨脹補(bǔ)償和回彈補(bǔ)償方法及計(jì)算公式。利用文中方法, 可快速、 精確控制成形后零件尺寸, 從而降低生產(chǎn)成本。 根據(jù)等溫?zé)岢尚卧砗蛯?shí)際經(jīng)驗(yàn), 影響等溫?zé)岢尚巫罱K零件尺寸的主要因素有模具加工精度、 熱膨脹、 回彈以及切割變形等。考慮現(xiàn)有數(shù)控機(jī)床精度較高, 一般均可保證輪廓精度在±0. 05 mm 以內(nèi), 因此模具加工精度對(duì)鈑金零件尺寸影響可忽略。故本文主要討論熱膨脹、 回彈及切割變形等對(duì)等溫?zé)岢尚吴伜辖鹆慵叽绲挠绊懠翱刂品椒ā?/span>

 1. 1 熱膨脹對(duì)零件尺寸的影響 

由于鈦合金等溫?zé)岢尚文＞卟牧媳旧韺傩? 受熱后模具尺寸整體會(huì)膨脹變大, 導(dǎo)致在成形溫度下模具尺寸與冷態(tài)時(shí)不同, 且隨著溫度升高、 零件尺寸越大越顯著。以等溫?zé)岢尚纬Ｓ媚＞卟牧?ZGCr25Ni20 耐熱不銹鋼為例, 20 ~ 800 ℃ 的線膨脹系數(shù)為 18. 5×10 -6 ℃ -1 , 以 TC4 半徑零件常用熱成形溫度 800 ℃計(jì)算, 模具工作時(shí)相比常溫 25 ℃時(shí) 膨脹量為 0. 014338 mm -1 , 即長(zhǎng)度為 100 mm 的模具在工作時(shí)實(shí)際尺寸約為 下熱膨脹量相對(duì)較大 101. 434 mm, 可見高溫狀態(tài) 。 

 零件本身在受熱時(shí)也會(huì)膨脹變形, 以常用鈦合金 TC4 材料為例, 20 ~ 600 ℃ 的線膨脹系數(shù)為 10× 10 -6 ℃ -1 , 故在 800 ℃成形時(shí)相比常溫 25 ℃成形時(shí)膨脹量為 0. 00775 mm -1 , 即長(zhǎng)度為 100 mm 的零件在 800 ℃工作時(shí)實(shí)際尺寸約為 100. 775 mm。 

 綜上可知在高溫狀態(tài)下成形零件時(shí), 模具和坯料及成形后毛坯件均相對(duì)室溫時(shí)膨脹變形較顯著, 且模具和零件由于材質(zhì)不同, 導(dǎo)致膨脹量不同, 若不考慮熱膨脹造成的影響則會(huì)造成最終零件尺寸產(chǎn)生較大誤差。因此需進(jìn)行熱膨脹補(bǔ)償, 使得熱成形后零件在冷卻后尺寸與設(shè)計(jì)一致。 

 1. 2 回彈對(duì)零件尺寸的影響 

鈦合金在高溫下雖然塑性明顯提高, 變形抗力明顯降低, 在一定溫度和變形速率條件下具有超塑性能 , 但是, 由于鈑金成形的固有特性, 熱成形零件在成形完成外力卸載后均有不同程度回彈。經(jīng)過研究, 當(dāng)溫度較高、 變形速率較小時(shí), 零件成形后回彈相對(duì)較小。YANG X M 等研究表明, 900 ℃ 折彎相比 750 ℃ 降低了折彎角, 回彈減小了約 50%, 但是 90°彎曲角仍然有 0. 5°回 彈, 且回彈方向與室溫成形類似, 均為變形方向反向回彈。此外, 回彈還與保溫時(shí)間等因素有關(guān) 。 

 可見對(duì)于鈦合金等溫?zé)岢尚? 雖然回彈相對(duì)室溫成形降低很多, 但是仍然不能忽視, 尤其對(duì)于尺寸較大零件。解決回彈主要是通過回彈反向補(bǔ)償。

 1. 3 切割變形對(duì)零件尺寸的影響 

零件切割后變形是由于內(nèi)部殘余應(yīng)力在切割過程中釋放導(dǎo)致零件局部變形, 一般可通過去應(yīng)力熱處理后再切割大大降低切割變形, 此外亦可控制切割方式和切割順序適當(dāng)減小切割變形。鈦合金等溫?zé)岢尚斡捎诔尚螠囟容^高, 成形后零件內(nèi)部殘余應(yīng)力較小, 故切割變形一般較小。由于控制鈦合金切割變形的主要措施是去應(yīng)力熱處理和切割方式等, 與常溫成形零件類似, 故本文不作詳細(xì)研究。