稀有金属材料与工程：TC4半环超塑正反胀形工艺研究
2022-03-31【作 者】微石;阴中炜;高鹏;张绪虎
【引 言】随着航空航天工业的发展，钛、钛合金及其金属间化合物等材料，由于其轻质、高强、耐温的特点，越来越多的在一些弹体、箭体的重要承载结构上得到了实际应用。传统成形工艺由于其加工手段落后，成形精度差，效率低下，已经难以完全满足钛合金材料的制造工艺需求。而超塑成形技术作为一种先进塑性加工手段，其优势巨大，特别适合于加工具有复杂结构特点的钛合金结构件，迎合了未来航空航天产品的制造需求。采用该工艺制造的钛合金翼舵面、舱段、贮箱、气瓶等在航空航天领域已经得到初步应用[1-3]。
钛合金板材在超塑成形时，为了保证密封性，一般板材的压边区域是固定不动的，因此板材在胀形过程中不同于传统冲压工艺，其压边区域一般不存在流动，板材在变形时面积的增大会对其厚度造成明显的减薄，由于胀形过程板材自身各处应力状态不一致，与模具接触的状态也不一致，因此其壁厚减薄率差异也较大，局部可能会存在厚度偏低的情况，无法满足后续工艺要求。为了控制板材超塑胀形后的壁厚分布状态，可以采用很多方法，例如预加工法、动凸模法、正反胀法等[4]。其中正反胀工艺应用最为广泛。
钛合金环形气瓶是弹体上常用的压力容器，它一般由上下半环以及管嘴组焊而成，其中上下半环属于双曲面结构，采用传统工艺成形困难且精度低。国内有单位对 TC4 半环的超塑成形技术进行过研究，但采取的是单向胀形方法，没有对壁厚采取有效的控制措施[5]。会造成材料利用率及生产效率的降低，增加制造成本。
【结 论】
1、对 TC4 钛合金半环单向胀形过程进行了数值模拟，预测了成形后的壁厚分布。单向胀形壁厚差异较大，且内环壁厚过薄，不适宜采用该工艺直接制造钛合金半环毛坯；
2、对 TC4 钛合金半环正反胀形过程进行了数值模拟，并对反胀模具型面、气压参数曲线进行了优化设计。正反胀形得到的壁厚分布明显优于单向胀形；
3、以模拟为基础进行了半环产品的正反胀形成形试验，所成形的半环毛坯满足工艺要求，验证了计算结果的正确性和工艺参数的可行性，并采用该工艺，进行了某型号环形气瓶产品的研制，进一步验证了工艺可靠性，并推广到了某型号大尺寸半球的制造。
以下是正文：
