20、鈦合金鈑金零件成形

概述冷成形主要內(nèi)容

熱成形20、鈦合金鈑金零件成形概述冷成形主要內(nèi)容熱成形1鈦合金材料的強(qiáng)度可與鋼比美，但比鋼輕40%。比重約為4.5，當(dāng)飛機(jī)速度超過M2.6，機(jī)體表面溫度超過200℃后，鋁合金已經(jīng)不能用作飛機(jī)殼體的主要結(jié)構(gòu)材料，鈦合金將取而代之。在200℃～350℃的溫度區(qū)間，鈦合金的強(qiáng)度重量比超過不銹鋼和鋁，處于比較最有利的地位，此外，鈦合金的裂紋擴(kuò)展速度低，疲勞強(qiáng)度高，抗應(yīng)力腐蝕性能好，適用于承載大，可靠性要求高的重要結(jié)構(gòu)。

概述鈦合金材料的強(qiáng)度可與鋼比美，但比鋼輕40%。比重約為4.52鈦合金相對(duì)鋁合金來說，材料的屈服應(yīng)力相對(duì)于強(qiáng)度及限的比值高，所以鈦合金的強(qiáng)度高，變形力大，手工冷成形比較困難。彈性模數(shù)和屈服應(yīng)力的比值小，材料的回彈量大，抵抗失穩(wěn)起皺的能力差?？梢钥闯?，鈦合金在常溫下的成形加工性能比較差，而加熱成形卻是克服以上缺陷的最好加工方法。在合理的范圍內(nèi)提高溫度，材料的塑性好，貼模精度從以上的分析可以看出，冷成形只適用于加工形狀簡(jiǎn)單，外形彎曲率變化比較小的零件。概述鈦合金相對(duì)鋁合金來說，材料的屈服應(yīng)力相對(duì)于強(qiáng)度及限的比3冷成形特點(diǎn)和工藝方法板材冷成形特點(diǎn)和工藝方法見表20.1。包辛格效應(yīng)：帶有殘余應(yīng)力的零件在反向加載時(shí)，往往降低屈服極限。這一現(xiàn)象稱為包辛格效應(yīng)。鈦合金型輥成形比閘壓成形可減少?gòu)澢霃綖椋眰€(gè)板料厚度，且殘余內(nèi)應(yīng)力較低，是一種生產(chǎn)板彎型材的高生產(chǎn)率方法。退火或固溶處理的鈦及鈦合金均可在室溫下壓下陷，固溶加時(shí)效強(qiáng)化的鈦合金不能在室溫下壓下陷，鈦及其合金由于厚向異性指數(shù)r值較大，拉伸時(shí)在應(yīng)力危險(xiǎn)斷面處，有最大的強(qiáng)化效應(yīng)，而在雙向拉壓應(yīng)力狀態(tài)的突緣區(qū)域，不但沒有強(qiáng)化，且略有"軟化"，

冷成形冷成形特點(diǎn)和工藝方法冷成形4所以，從傳統(tǒng)的危險(xiǎn)斷面強(qiáng)度來講，鈦具有最好的拉伸性，超過現(xiàn)用的鉛、銅、鋼等所有金屬。鈦及鈦合金在厚向異性對(duì)拉形的作用與拉深相反，即成形區(qū)受雙拉而強(qiáng)化，在夾鉗與模胎間的應(yīng)力危險(xiǎn)斷面處卻沒有強(qiáng)化或強(qiáng)化甚少，因此厚向異性指數(shù)越小的板料拉形越有利。b/0.2比值小，預(yù)拉力的控制要求嚴(yán)，硬度高，拉形機(jī)鉗口易磨損打滑，需用特制鉗口片彎曲抗力大，對(duì)機(jī)床噸位要求大，均勻延伸率小，不能制做復(fù)雜形狀的零件。拉彎時(shí)的特點(diǎn)是回彈較大，并隨型材剖面形狀劇烈變化，回彈難以掌握，宜采用兩次拉彎。冷成形所以，從傳統(tǒng)的危險(xiǎn)斷面強(qiáng)度來講，鈦具有最好的拉伸性，超5厚度4.75mm以下的固溶和時(shí)效強(qiáng)化的鈦合金零件，室溫下最大的校形量為0.76mm，大于此值時(shí)，校形后應(yīng)進(jìn)行消除應(yīng)力熱處理。消除應(yīng)力可以提高零件尺寸和形狀的穩(wěn)定性，減少包辛格效應(yīng)和應(yīng)力腐蝕。冷成形限于制做形態(tài)簡(jiǎn)單的鈦合金零件，主要原因是回彈和起皺問題嚴(yán)重，工藝設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)采取措施。冷成形厚度4.75mm以下的固溶和時(shí)效強(qiáng)化的鈦合金零件，室溫6解決回彈的方法主要有

1、修回彈角，如橡皮成形的模具，在彎邊處修出回彈角；

2、把開口翻邊件組合成封閉的翻邊，用于預(yù)成形件，即把大的角度回彈變成小的長(zhǎng)度回彈；

3、局部增大毛料，以增加拉應(yīng)力或剛性來減少回彈；

4、盡量采用拉形、拉彎和脹形等方式加工；

5、采用過渡模，預(yù)成形的彎形超過需要的1%～3%，利用反開車軟化（包辛格效應(yīng)）校形。冷成形解決回彈的方法主要有冷成形7解決起皺的方法

1、組合成形，即把薄板疊合成形，以增加抗皺能力，也可用加較厚鋼板作襯料。

2、增加抗皺埂。

3、增加磨擦力，用阻滑劑減少毛料流動(dòng)堆集。

4、增大毛料尺寸。

5、采用預(yù)成形毛料，用通用設(shè)備將毛料相應(yīng)的地方進(jìn)行放料和收料，或壓埂及彎邊等預(yù)加工。冷成形解決起皺的方法冷成形8熱成形是借助于溫度、壓力及時(shí)間等工藝因素來加工零件，溫度作用是降低變形抗力，提高材料塑性和改善成形狀態(tài)。壓力的作用是平衡成形時(shí)的彎形抗力，時(shí)間是滿足松馳和進(jìn)入蠕變狀態(tài)所需要的條件。熱成形按工序分為熱成形，熱成形兼校形，熱成形兼熱處理（淬火、固溶、回火、退火及消除應(yīng)力）熱成形按工藝規(guī)范分為：低溫（室溫）、中溫（回復(fù)、再結(jié)晶、時(shí)效、回火）和高溫（淬火、固溶，其他），加熱方式有恒溫差，變溫和局部加溫等，壓力有真空、低壓，中壓及高壓等，成形介質(zhì)有汽體（氬、氮、空氣、水蒸氣），液體（油、水、化合物）和固體（橡膠、纖維、粒子、金屬塊、復(fù)合材料），

熱成形熱成形是借助于溫度、壓力及時(shí)間等工藝因素來加工零件，溫度9加熱溫度的高低取決于成形的目的：

1、低溫（消除應(yīng)力溫度以下）：加熱177～260℃，可改善鈦板室溫下的成形性，抑制破裂。對(duì)許多鈦板要避免在288～455℃范圍內(nèi)成形，此溫度范圍對(duì)抑制裂紋不利。

2、中溫（消除應(yīng)力溫度范圍）：加熱482～649℃，提高塑性，解決回彈問題和降低成形力。

3、高溫（再結(jié)晶退火和相變溫度范圍）：加熱732～950℃，利用位錯(cuò)和擴(kuò)散蠕變，顯著的降低成形力，利用與溫度相匹配的應(yīng)變速率，實(shí)現(xiàn)超塑成形的蠕變成形。熱成形加熱溫度的高低取決于成形的目的：熱成形10圖20.1對(duì)強(qiáng)度的影響圖20.2對(duì)延伸率的影響圖20.1對(duì)強(qiáng)度的影響11成形壓力的高低對(duì)消除已出現(xiàn)的皺紋有明顯的好處，但對(duì)抑制卸載后的回彈卻作用不大，因此應(yīng)盡量在所選溫度下用最小壓力，避免工裝變形和節(jié)約能源。在低溫成形時(shí)，加載速度對(duì)變形抗力和塑性影響不大，而在中溫和高溫時(shí)影響越來越顯著，加載速度和溫度對(duì)TC4鈦合金強(qiáng)度的影響見圖20.1，加載速度和溫度對(duì)TC4鈦合金延伸率的影響見圖20.2。毛料加熱時(shí)主要選擇：①在空氣電爐內(nèi)加熱；②毛料直接通電的自阻法加熱；③紅外線輻射區(qū)加熱；④電感應(yīng)法加熱；⑤毛料與熱模具接觸加熱；⑥噴燈和焊炬等燃?xì)饧訜?。熱成形成形壓力的高低?duì)消除已出現(xiàn)的皺紋有明顯的好處，但對(duì)抑制卸12熱校形熱校形是借助溫度、時(shí)間和壓力因素，使材料和殘余應(yīng)力獲得松馳的過程。熱校形可以提高成形準(zhǔn)確度，貼模間隙可達(dá)0.01mm，可增加零件形狀尺寸的穩(wěn)定性，減少應(yīng)力腐蝕，提高產(chǎn)品性能（減少反載軟化，提高斷裂韌性，增強(qiáng)抗疲勞和蠕變能力）。按工序分為：熱校形、熱校形熱處理，熱成形熱