热加工工艺：胀形对TC4合金机匣残余应力的影响
2022-11-08【作 者】柏哲鹏;余心宏;文丰茜
机匣环件是航空发动机中的重要承力部件，在发动机工作时，承受气体负载和质量惯性力，还承受由温差引起的热载荷，以及声负荷和一些装配应力[1]。残余应力的大小和分布，不仅对机匣环件的静载强度、疲劳强度和抗应力腐蚀性能等有不利影响， 而且也影响结构尺寸稳定性和成形精度， 进而影响机匣的服务寿命和工作性能的发挥[2]。 目前，TC4 合金环件一般轧制而成，在环件变形过程中，不可避免地产生很大的残余应力。 而在理论上胀形工艺可以有效调控环件中的残余应力分布状态。 环件刚性模胀形工艺的原理是：将环形件套在刚性模上，通过锥形冲头施加压力，使刚性模沿径向运动，提供胀形力。 环形件在胀形力的作用下，直径扩大，壁厚减薄并发生塑性变形[3]。 将胀形工艺与传统环轧工艺结合，可以获得变形较为均匀的环件， 进而起到调控残余应力的作用。
本文通过试验手段， 采用盲孔法对几组轧态和胀形态环件的残余应力进行了测量； 通过对比胀形前后环件应力的分布状态，分析胀形工艺对环件残余应力的调控与消除规律。 并用有限元模拟的方法加以印证， 为环件胀形工艺的设计提供理论和技术支撑。
【结 论】
（1）轧态环件的应力分布不均匀。 其中切向应力和径向应力的重合度差，应力值分布离散。整体残余应力水平较高，个别部位应力集中。
（2）胀形环件残余应力的数值水平较低， 环件的残余应力分布比较均匀， 径向与切向应力重合度较高，应力集中现象有所改善。 胀形量不同的环件，在一定范围内，胀形量越大，塑性变形越均匀，残余应力分布均匀性越好。
（3）模拟结果表明，胀形后环件应力水平下降，残余应力分布均匀性提高。 一定的胀形量有利于在变形过程中的应力释放与均匀化。 胀形 4%的环件最大应力比胀形 3%环件的最大应力略大， 过大的胀形量会引入残余应力， 降低胀形效果。 这在外型面更加复杂的环件中会更为明显， 有棱角和台阶的区域容易形成应力集中的现象。
以下是正文：
