钛合金钣金零件成形课件

20、钛合金钣金零件成形

概述冷成形主要内容

热成形20、钛合金钣金零件成形概述冷成形主要内容热成形1钛合金材料的强度可与钢比美，但比钢轻40%。比重约为4.5，当飞机速度超过M2.6，机体表面温度超过200℃后，铝合金已经不能用作飞机壳体的主要结构材料，钛合金将取而代之。在200℃～350℃的温度区间，钛合金的强度重量比超过不锈钢和铝，处于比较最有利的地位，此外，钛合金的裂纹扩展速度低，疲劳强度高，抗应力腐蚀性能好，适用于承载大，可靠性要求高的重要结构。

概述钛合金材料的强度可与钢比美，但比钢轻40%。比重约为4.52钛合金相对铝合金来说，材料的屈服应力相对于强度及限的比值高，所以钛合金的强度高，变形力大，手工冷成形比较困难。弹性模数和屈服应力的比值小，材料的回弹量大，抵抗失稳起皱的能力差。可以看出，钛合金在常温下的成形加工性能比较差，而加热成形却是克服以上缺陷的最好加工方法。在合理的范围内提高温度，材料的塑性好，贴模精度从以上的分析可以看出，冷成形只适用于加工形状简单，外形弯曲率变化比较小的零件。概述钛合金相对铝合金来说，材料的屈服应力相对于强度及限的比3冷成形特点和工艺方法板材冷成形特点和工艺方法见表20.1。包辛格效应：带有残余应力的零件在反向加载时，往往降低屈服极限。这一现象称为包辛格效应。钛合金型辊成形比闸压成形可减少弯曲半径为１个板料厚度，且残余内应力较低，是一种生产板弯型材的高生产率方法。退火或固溶处理的钛及钛合金均可在室温下压下陷，固溶加时效强化的钛合金不能在室温下压下陷，钛及其合金由于厚向异性指数r值较大，拉伸时在应力危险断面处，有最大的强化效应，而在双向拉压应力状态的突缘区域，不但没有强化，且略有"软化"，

冷成形冷成形特点和工艺方法冷成形4所以，从传统的危险断面强度来讲，钛具有最好的拉伸性，超过现用的铅、铜、钢等所有金属。钛及钛合金在厚向异性对拉形的作用与拉深相反，即成形区受双拉而强化，在夹钳与模胎间的应力危险断面处却没有强化或强化甚少，因此厚向异性指数越小的板料拉形越有利。b/0.2比值小，预拉力的控制要求严，硬度高，拉形机钳口易磨损打滑，需用特制钳口片弯曲抗力大，对机床吨位要求大，均匀延伸率小，不能制做复杂形状的零件。拉弯时的特点是回弹较大，并随型材剖面形状剧烈变化，回弹难以掌握，宜采用两次拉弯。冷成形所以，从传统的危险断面强度来讲，钛具有最好的拉伸性，超5厚度4.75mm以下的固溶和时效强化的钛合金零件，室温下最大的校形量为0.76mm，大于此值时，校形后应进行消除应力热处理。消除应力可以提高零件尺寸和形状的稳定性，减少包辛格效应和应力腐蚀。冷成形限于制做形态简单的钛合金零件，主要原因是回弹和起皱问题严重，工艺设计时应采取措施。冷成形厚度4.75mm以下的固溶和时效强化的钛合金零件，室温6解决回弹的方法主要有

1、修回弹角，如橡皮成形的模具，在弯边处修出回弹角；

2、把开口翻边件组合成封闭的翻边，用于预成形件，即把大的角度回弹变成小的长度回弹；

3、局部增大毛料，以增加拉应力或刚性来减少回弹；

4、尽量采用拉形、拉弯和胀形等方式加工；

5、采用过渡模，预成形的弯形超过需要的1%～3%，利用反开车软化（包辛格效应）校形。冷成形解决回弹的方法主要有冷成形7解决起皱的方法

1、组合成形，即把薄板叠合成形，以增加抗皱能力，也可用加较厚钢板作衬料。

2、增加抗皱埂。

3、增加磨擦力，用阻滑剂减少毛料流动堆集。

4、增大毛料尺寸。

5、采用预成形毛料，用通用设备将毛料相应的地方进行放料和收料，或压埂及弯边等预加工。冷成形解决起皱的方法冷成形8热成形是借助于温度、压力及时间等工艺因素来加工零件，温度作用是降低变形抗力，提高材料塑性和改善成形状态。压力的作用是平衡成形时的弯形抗力，时间是满足松驰和进入蠕变状态所需要的条件。热成形按工序分为热成形，热成形兼校形，热成形兼热处理（淬火、固溶、回火、退火及消除应力）热成形按工艺规范分为：低温（室温）、中温（回复、再结晶、时效、回火）和高温（淬火、固溶，其他），加热方式有恒温差，变温和局部加温等，压力有真空、低压，中压及高压等，成形介质有汽体（氩、氮、空气、水蒸气），液体（油、水、化合物）和固体（橡胶、纤维、粒子、金属块、复合材料），

热成形热成形是借助于温度、压力及时间等工艺因素来加工零件，温度9加热温度的高低取决于成形的目的：

1、低温（消除应力温度以下）：加热177～260℃，可改善钛板室温下的成形性，抑制破裂。对许多钛板要避免在288～455℃范围内成形，此温度范围对抑制裂纹不利。

2、中温（消除应力温度范围）：加热482～649℃，提高塑性，解决回弹问题和降低成形力。

3、高温（再结晶退火和相变温度范围）：加热732～950℃，利用位错和扩散蠕变，显著的降低成形力，利用与温度相匹配的应变速率，实现超塑成形的蠕变成形。热成形加热温度的高低取决于成形的目的：热成形10图20.1对强度的影响图20.2对延伸率的影响图20.1对强度的影响11成形压力的高低对消除已出现的皱纹有明显的好处，但对抑制卸载后的回弹却作用不大，因此应尽量在所选温度下用最小压力，避免工装变形和节约能源。在低温成形时，加载速度对变形抗力和塑性影响不大，而在中温和高温时影响越来越显著，加载速度和温度对TC4钛合金强度的影响见图20.1，加载速度和温度对TC4钛合金延伸率的影响见图20.2。毛料加热时主要选择：①在空气电炉内加热；②毛料直接通电的自阻法加热；③红外线辐射区加热；④电感应法加热；⑤毛料与热模具接触加热；⑥喷灯和焊炬等燃气加热。热成形成形压力的高低对消除已出现的皱纹有明显的好处，但对抑制卸12热校形热校形是借助温度、时间和压力因素，使材料和残余应力获得松驰的过程。热校形可以提高成形准确度，贴模间隙可达0.01mm，可增加零件形状尺寸的稳定性，减少应力腐蚀，提高产品性能（减少反载软化，提高断裂韧性，增强抗疲劳和蠕变能力）。按工序分为：热校形、热校形热处理，热成形热