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翻边试验

发布时间:2023-09-15 10:30:14

翻边试验

翻边试验是指用有预加工小孔(小孔直径规定为扩孔冲头直径的30%)的平板坯料进行扩孔。试验时,将试样放在凹模与压边圈之间压死,凸模运动,直至孔口边缘因孔径扩大而出现裂纹为止。测量此时的最大孔径和最小孔径,用来计算极限扩孔率。极限扩孔率λ值是作为鉴定板材翻边成型性能的一个材料特性值,λ值越大,板材的翻边性能越好。

翻边试验TC2M钛合金薄板圆孔翻边试验

现代飞行器速度的不断提高使其蒙皮工作温度也随之升高,当飞机以3 倍于音速飞行时,外表蒙皮温度高达240 ℃~315 ℃,铝合金已难满足高速飞行器的技术要求,因此在先进的机体结构中大量采用钛合金和复合材料,F14、F15 等机种钛合金占全部结构件的比例均在20 %以上。钛合金优良的耐蚀性、较高的强度和比强度、良好的高温力学性能、较高的疲劳抗力等显著优点使其成为飞行器重要的结构材料。但钛合金的成形工艺性能明显地比钢和铝合金差,突出表现在:

(1) 由于强度高、厚向异性指数值大,因此成形力大,对成形设备和模具要求高;

(2) 弹性模量值小,常温下的屈强比高,塑性变形范围窄小,因此在塑性变形时回弹很大,贴模性非常差;

(3) 弯曲能力差、均匀延伸率不高,所以易破坏;

(4) 受压稳定性低,仅为一般材料的一半左右,易失稳起皱等。所以钛合金在室温下成了公认的难加工材料,对包括翻边成形在内的钛合金工艺试验研究也就成了倍受关注的问题。

翻边试验翻边成形试验中的特殊现象

(1) 突缘底部平面明显翘曲

翻边试件在两个相互垂直的方向上均发生了一定程度的翘曲,使试件的突缘底部平面卸载后变化为双曲度空间曲面,而对常见金属板材翻边成形后的突缘底部应为平面,不存在任何翘曲。

(2) 翻边孔口部椭圆化

翻边卸载后的口部由圆形变化为椭圆形状,形成了明显的长轴和短轴。这在翻边成形工艺中也是极为罕见的。

(3) 翻边孔口部收缩

一般翻边成形后制件的口部竖边应该为平直的,而对TC2Mδ0. 8 薄板却在口部向中心线略微弯曲,形成唇口局部收缩的情况。

翻边试验翻边试验特异现象的分析

厚度为0. 8 的TC2M 钛合金薄板在翻边成形卸载后所出现的翘曲、椭圆化和口部收缩现象,原因是多方面的,主要是由材料织构特征、机械性能、翻边成形工艺特点和试验件的几何尺寸所决定的。

(1) 各向异性:由于轧制板材时晶粒变形的择优取向,即使高度对称的立方晶格的板料也会带有各向异性的性质。大多数钛板为密排六方晶格,有极为明显的轧制织构倾向,自然各向异性更为显著。板面内各向异性会使成形时出现变形和回弹不均匀,这种卸载后回弹量分布的严重不均,是造成突缘底部平面翘曲必要的直接因素之一;

(2) 屈强比值高:在常温下钛的抗拉强度与屈服强度十分接近, TC2M 板材的屈服强度为620MPa ,抗拉强度为685 MPa ,其屈强比高达0.905 ,因此塑性变形范围十分窄小。同时弹性模量E 只有107. 9 MPa,因而卸载时回弹量很大,这是造成口部收缩的根本原因,也是突缘底部平面翘曲的直接因素之二;

(3) 回弹造成的内应力较大:由于卸载时变形协调因素仍然发生作用,因此大回弹必然在翻边试件的突缘平面上造成很大的内应力,为薄板的压缩性失稳提供了必要的条件之一,也是造成突缘底部平面的翘曲必要的直接因素之三;

(4) 薄板抵抗失稳能力低:钛合金板材普遍受压稳定性差,对厚度只有0. 8mm 的TC2M 钛合金薄板,其刚度更低,抵抗压缩性失稳的能力较弱,这是造成突缘底部平面的翘曲必要的直接因素之四。

翻边试件口部椭圆化实际上是由于翘曲而引发的必然结果。

翻边试验总结

(1) TC2Mδ0. 8 薄板翻边成形卸载后会产生明显的突缘平面双曲度翘曲、椭圆化和口部收缩等特异现象;

(2) 出现上述现象的主要原因是TC2M材料突出的各向异性、高的屈强比造成的大回弹、较大的内应力和薄板抗失稳能力低等诸多因素综合作用的结果;

(3) 钛合金薄板翻边制件形状上的畸变直接影响到产品的尺寸、形状和位置精度而造成废品,因此该问题极其重要并很有深入研究的价值。

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