摘要
数控弯曲成形技术是近年来管材弯曲成形的主要技术之一，其主要应用于航天、航空、航海等高技术领域。弯曲成形过程是一个几何非线性、材料非线性、边界条件非线性以及多模具耦合的复杂成形过程，由于管材成形的特点，导致管材外侧变形区域出现减薄拉裂、内侧变形区域出现增厚起皱、截面出现截面畸变，以及弯曲回弹等诸多问题，这也是制约弯管质量的重要因素。本文采用航空发动机上常用的TA18中强钛合金管材，基于ABAQUS仿真平台，采用有限元模拟并结合理论分析，研究了TA18钛合金管数控弯曲成形的应力应变规律以及弯曲成形质量等问题，并针对其弯曲成形缺陷，找到最佳的工艺参数组合。研究结果如下： 通过对TA18中强钛合金进行单向力学拉伸试验，得到了其应力应变曲线，并建立了弹塑性本构方程，并得到了TA18的力学性能数据。建立了基于ABAQUS有限元仿真软件的弯曲成形有限元模型，并通过实际弯曲验证了模型的可靠与准确性。本文创新性的采用了坐标法计算弯曲成形缺陷的方法，可以比较准确的分析数控弯曲成形的质量问题。 采用有限元模拟从应力应变规律、壁厚减薄、截面畸变等方面研究了顶推装置对数控弯曲成形的影响，结果表明：顶推装置可以减小弯曲成形时的轴向应力和径向应力，且其应力区域分布较为均匀，变形均匀性也更好。相较于无顶推装置可以有效降低壁厚减薄率（最大降低了1.1%）、截面畸变率（最大降低了2.7%）。 通过有限元模拟研究了工艺参数对钛合金数控弯曲成形的影响规律，结果表明：随着R/D的增加，管材不同位置的畸变率、减薄率、增厚率等缺陷先明显减小；随着芯棒伸出量e、管与芯棒间的摩擦系数f1的增加，壁厚减薄率和截面畸变率和回弹角逐渐增大；随着管与压块间的摩擦系数f2的增加，壁厚减薄率、壁厚增厚率、截面畸变率逐渐减小，回弹角逐渐增大；随着管与芯棒间隙δ的增加，壁厚减薄率与壁厚增厚率逐渐减小，截面畸变率与回弹角逐渐增大。 采用虚拟正交试验分析了单指标与多指标试验的正交结果，结果表明：在本文所选定的因素水平内，影响数控弯曲成形质量的最佳结构与工艺参数组合为A3B2C2D3E3F2G1，即相对弯曲半径R/D=3.0、弯曲角度θ=90°、弯曲速度ν=0.8rad/s、芯棒伸出量e=3mm、芯棒与管材间隙δ=0.3mm，芯棒与管材之间的摩擦系数f1=0.2、压块与管材之间的摩擦系数f2=0.2。
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