[科普中國(guó)]-翻邊試驗(yàn)

TC2M鈦合金薄板圓孔翻邊試驗(yàn)

現(xiàn)代飛行器速度的不斷提高使其蒙皮工作溫度也隨之升高，當(dāng)飛機(jī)以3 倍于音速飛行時(shí)，外表蒙皮溫度高達(dá)240 ℃～315 ℃，鋁合金已難滿(mǎn)足高速飛行器的技術(shù)要求，因此在先進(jìn)的機(jī)體結(jié)構(gòu)中大量采用鈦合金和復(fù)合材料，F(xiàn)14、F15 等機(jī)種鈦合金占全部結(jié)構(gòu)件的比例均在20 %以上。鈦合金優(yōu)良的耐蝕性、較高的強(qiáng)度和比強(qiáng)度、良好的高溫力學(xué)性能、較高的疲勞抗力等顯著優(yōu)點(diǎn)使其成為飛行器重要的結(jié)構(gòu)材料。但鈦合金的成形工藝性能明顯地比鋼和鋁合金差，突出表現(xiàn)在:

(1) 由于強(qiáng)度高、厚向異性指數(shù)值大，因此成形力大，對(duì)成形設(shè)備和模具要求高;

(2) 彈性模量值小，常溫下的屈強(qiáng)比高，塑性變形范圍窄小，因此在塑性變形時(shí)回彈很大，貼模性非常差；

(3) 彎曲能力差、均勻延伸率不高，所以易破壞；

(4) 受壓穩(wěn)定性低，僅為一般材料的一半左右，易失穩(wěn)起皺等。所以鈦合金在室溫下成了公認(rèn)的難加工材料，對(duì)包括翻邊成形在內(nèi)的鈦合金工藝試驗(yàn)研究也就成了倍受關(guān)注的問(wèn)題1。

翻邊成形試驗(yàn)中的特殊現(xiàn)象(1) 突緣底部平面明顯翹曲

翻邊試件在兩個(gè)相互垂直的方向上均發(fā)生了一定程度的翹曲，使試件的突緣底部平面卸載后變化為雙曲度空間曲面，而對(duì)常見(jiàn)金屬板材翻邊成形后的突緣底部應(yīng)為平面，不存在任何翹曲。

(2) 翻邊孔口部橢圓化

翻邊卸載后的口部由圓形變化為橢圓形狀，形成了明顯的長(zhǎng)軸和短軸。這在翻邊成形工藝中也是極為罕見(jiàn)的。

(3) 翻邊孔口部收縮

一般翻邊成形后制件的口部豎邊應(yīng)該為平直的，而對(duì)TC2Mδ0. 8 薄板卻在口部向中心線(xiàn)略微彎曲，形成唇口局部收縮的情況2。

翻邊試驗(yàn)特異現(xiàn)象的分析厚度為0. 8 的TC2M 鈦合金薄板在翻邊成形卸載后所出現(xiàn)的翹曲、橢圓化和口部收縮現(xiàn)象，原因是多方面的，主要是由材料織構(gòu)特征、機(jī)械性能、翻邊成形工藝特點(diǎn)和試驗(yàn)件的幾何尺寸所決定的。

(1) 各向異性:由于軋制板材時(shí)晶粒變形的擇優(yōu)取向，即使高度對(duì)稱(chēng)的立方晶格的板料也會(huì)帶有各向異性的性質(zhì)。大多數(shù)鈦板為密排六方晶格，有極為明顯的軋制織構(gòu)傾向，自然各向異性更為顯著。板面內(nèi)各向異性會(huì)使成形時(shí)出現(xiàn)變形和回彈不均勻，這種卸載后回彈量分布的嚴(yán)重不均，是造成突緣底部平面翹曲必要的直接因素之一；

(2) 屈強(qiáng)比值高:在常溫下鈦的抗拉強(qiáng)度與屈服強(qiáng)度十分接近， TC2M 板材的屈服強(qiáng)度為620MPa ，抗拉強(qiáng)度為685 MPa ，其屈強(qiáng)比高達(dá)0.905 ，因此塑性變形范圍十分窄小。同時(shí)彈性模量E 只有107. 9 MPa，因而卸載時(shí)回彈量很大，這是造成口部收縮的根本原因，也是突緣底部平面翹曲的直接因素之二；

(3) 回彈造成的內(nèi)應(yīng)力較大:由于卸載時(shí)變形協(xié)調(diào)因素仍然發(fā)生作用，因此大回彈必然在翻邊試件的突緣平面上造成很大的內(nèi)應(yīng)力，為薄板的壓縮性失穩(wěn)提供了必要的條件之一，也是造成突緣底部平面的翹曲必要的直接因素之三；

(4) 薄板抵抗失穩(wěn)能力低:鈦合金板材普遍受壓穩(wěn)定性差，對(duì)厚度只有0. 8mm 的TC2M 鈦合金薄板，其剛度更低，抵抗壓縮性失穩(wěn)的能力較弱，這是造成突緣底部平面的翹曲必要的直接因素之四。

翻邊試件口部橢圓化實(shí)際上是由于翹曲而引發(fā)的必然結(jié)果3。

總結(jié)(1) TC2Mδ0. 8 薄板翻邊成形卸載后會(huì)產(chǎn)生明顯的突緣平面雙曲度翹曲、橢圓化和口部收縮等特異現(xiàn)象；

(2) 出現(xiàn)上述現(xiàn)象的主要原因是TC2M材料突出的各向異性、高的屈強(qiáng)比造成的大回彈、較大的內(nèi)應(yīng)力和薄板抗失穩(wěn)能力低等諸多因素綜合作用的結(jié)果；

(3) 鈦合金薄板翻邊制件形狀上的畸變直接影響到產(chǎn)品的尺寸、形狀和位置精度而造成廢品，因此該問(wèn)題極其重要并很有深入研究的價(jià)值2。