[發明專利]一種大型復雜薄壁鈦合金蒙皮件短時應力松弛校形方法

在審

• 申請號: 201910171094.1
• 申請日: 2019-03-07
• 公開（公告）號: CN110000246A
• 公開（公告）日: 2019-07-12
• 發明（設計）人: 武永;吳迪鵬;陳明和;謝蘭生
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: B21D1/00
• 分類號: B21D1/00;G06F17/50
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 賀翔;王慧穎

1.一種大型復雜薄壁鈦合金蒙皮件短時應力松弛校形方法，其特征在于，步驟如下：

步驟一：對鈦合金板材進行短時高溫應力松弛試驗，獲得某鈦合金在不同溫度及不同初始條件下的應力松弛曲線；

步驟二：通過origin軟件繪制鈦合金本構曲線，擬合得到不同參數下的應力松弛方程；步驟三：通過應力松弛方程推導出蠕變本構方程函數；

步驟四：將毛坯及模具模型導入仿真軟件中，并添加材料密度、彈性模量、泊松比、塑性階段應力應變曲線以及蠕變方程，對毛坯熱成形進行仿真模擬；

步驟五：根據鈦合金板材熱成形后的變形量初步確定成形溫度、初始應力條件及應力松弛時間；

步驟六：根據應力松弛平緩階段的松弛應力值，在模具設計中加入彈性階段補償量，增加模具在該應力以及高溫環境下發生的應變值為：

其中，ε為彈性階段的真實應變，σ為彈性階段的真實應力，E為彈性模量；

步驟七：對鈦合金板材毛坯件噴涂高溫防氧化劑并將其裝夾在模具中，再放入熱成形機床中進行隨爐加熱，當溫度達到設計的成形溫度，開始進行保溫成形，當毛坯保壓至設計的應力松弛時間，停止加壓；

步驟八：停止加熱，待模具及零件冷卻后，打開熱成形機床，取出鈦合金零件，測量回彈角大小，微調成形溫度、初始應力條件及應力松弛時間；

步驟九：重復上述步驟四與步驟五，得到最佳熱成形參數，最終成形出精度高的零件。

2.根據權利要求1所述的一種大型復雜薄壁鈦合金蒙皮件短時應力松弛校形方法，其特征在于，所述的步驟二中采用公式(1)所示的二次指數衰減函數擬合，得到不同參數下的應力松弛方程：

其中σ為瞬時剩余應力；σ_r為應力松弛極限；b，c及τ₁，τ₂為材料松弛常數；t為松弛時間。

3.根據權利要求1所述的一種大型復雜薄壁鈦合金蒙皮件短時應力松弛校形方法，其特征在于，所述的步驟三具體為采用公式(2)所示的雙曲正弦函數對應力數據進行擬合得到蠕變本構模型：

其中T為蠕變過程溫度，單位K，Q為蠕變活化能，單位KJ/mol*K，R為氣體常數，A、B和n為材料蠕變常數。

4.根據權利要求1所述的一種大型復雜薄壁鈦合金蒙皮件短時應力松弛校形方法，其特征在于，所述的仿真軟件為ABAQUS仿真軟件。

5.根據權利要求1所述的一種大型復雜薄壁鈦合金蒙皮件短時應力松弛校形方法，其特征在于，所述的高溫防氧化劑為氮化硼。

6.根據權利要求1所述的一種大型復雜薄壁鈦合金蒙皮件短時應力松弛校形方法，其特征在于，所述的鈦合金的尺寸面積大于1m²，壁厚小于3mm。

7.根據權利要求6所述的一種大型復雜薄壁鈦合金蒙皮件短時應力松弛校形方法，其特征在于，所述的鈦合金為TA32鈦合金板材，所述的TA32鈦合金板材的最佳成形參數：成形溫度為775～800℃，初始應力條件為175～200MPa，應力松弛時間為1100～1300s。