翻邊試驗TC2M鈦合金薄板圓孔翻邊試驗

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，當飛機以3 倍于音速飛行時，外表蒙皮溫度高達240 ℃～315 ℃，鋁合金已難滿足高速飛行器的技術要求，因此在先進的機體結構中大量采用鈦合金和復合材料，F(xiàn)14、F15 等機種鈦合金占全部結構件的比例均在20 %以上。鈦合金優(yōu)良的耐蝕性、較高的強度和比強度、良好的高溫力學性能、較高的疲勞抗力等顯著優(yōu)點使其成為飛行器重要的結構材料。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) 由于強度高、厚向異性指數(shù)值大，因此成形力大，對成形設備和模具要求高;

(2) 彈性模量值小，常溫下的屈強比高，塑性變形范圍窄小，因此在塑性變形時回彈很大，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的難加工材料，對包括翻邊成形在內的鈦合金工藝試驗研究也就成了倍受關注的問題 。

(1) 突緣底部平面明顯翹曲

翻邊試件在兩個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，而對常見金屬板材翻邊成形后的突緣底部應為平面，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，形成了明顯的長軸和短軸。這在翻邊成形工藝中也是極為罕見的。

(3) 翻邊孔口部收縮

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

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，主要是由材料織構特征、機械性能、翻邊成形工藝特點和試驗件的幾何尺寸所決定的。

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

(2) 屈強比值高:在常溫下鈦的抗拉強度與屈服強度十分接近， TC2M 板材的屈服強度為620MPa ，抗拉強度為685 MPa ，其屈強比高達0.905 ，因此塑性變形范圍十分窄小。同時彈性模量E 只有107. 9 MPa，因而卸載時回彈量很大，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) 回彈造成的內應力較大:由于卸載時變形協(xié)調因素仍然發(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應力，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際上是由于翹曲而引發(fā)的必然結果 。

(1) TC2Mδ0. 8 薄板翻邊成形卸載后會產(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、高的屈強比造成的大回彈、較大的內應力和薄板抗失穩(wěn)能力低等諸多因素綜合作用的結果；

(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，因此該問題極其重要并很有深入研究的價值 。

通常，翻邊工序是沖壓件的輪廓形狀或立體形狀成形的最后一道加工工序。翻邊部分主要用于沖壓件之間相互連接（焊接、鉚接、粘結等），有的翻邊是產(chǎn)品流線或美觀方面的要求。

翻邊沖壓方向不一定與壓力機滑塊運動方向一致，所以翻邊工序首先要考慮翻邊毛坯的模內位置定位。正確的翻邊方向，應對翻邊變形提供盡可能的有利條件，使凸模或凹模的運動方向與翻邊輪廓表面垂直，以減少側向壓力，使翻邊件在翻邊模中的位置穩(wěn)定。

按翻邊方向不同可分為垂直翻邊、水平翻邊和傾斜翻邊，其中垂直翻邊，修邊件開口向上，成形穩(wěn)定、定位方便，還可以采用氣壓墊壓料，在條件允許的情況下應盡量采用。另外，按翻邊面的多少可分為單面翻邊、多面翻邊、封閉曲線翻邊。按翻邊工序的毛坯變形性質可分為伸長類屏幕曲線翻邊、伸長類曲面翻邊、壓縮類平面曲線翻邊和壓縮類曲面翻邊。

翻邊是將毛坯或半成品的外邊緣或孔邊緣沿一定的曲線翻成豎立的邊緣的沖壓方法，如圖1所示。

當翻邊的沿線是一條直線時，翻邊變形就轉變成為彎曲，所以也可以說彎曲是翻邊的一種特殊形式。但彎曲時毛坯的變形僅局限于彎曲線的圓角部分，而翻邊時毛坯的圓角部分和邊緣部分都是變形區(qū)，所以翻邊變形比彎曲變形復雜得多。用翻邊方法可以加工形狀較為復雜且有良好剛度的立體制件，能在沖壓件上制取與其他產(chǎn)品零件裝配的部位，如機車車輛的客車中墻板翻邊、客車腳蹬門壓鐵翻邊、汽車外門板翻邊、摩托車油箱翻孔、金屬板小螺紋孔翻邊等。翻邊可以代替某些復雜制件的拉深工序，改善材料的塑性流動性以免破裂或起皺。代替先拉后切的方法制取無底制件，可減少加工次數(shù)，節(jié)省材料。

利用模具把板料上的孔緣或外緣翻成整邊的沖壓加工方法叫做翻邊。利用新邊可以加工具有特殊空間形狀和良好剛度的立體零件，還能在沖壓件上制取與其他不件裝配的部位(如鋪釘孔、螺紋底孔和軸承座等)。沖壓大型零件時，還能利用翻邊改善材料塑性流動，以免發(fā)生破裂或起皺。

按工藝特點劃分有內孔(圓孔或非圓孔)翻邊、外緣翻邊和變薄翻邊等方法。由于零件外緣凸凹性質不同,外緣翻邊又可分為內曲翻邊和外曲翻邊。按變形性質劃分時。有伸長類翻邊、壓縮類翻邊以及屬于體積成形的變薄翻邊等。伸長類翻邊的特點是: 變形時材料受拉應力，切向產(chǎn)生伸長變形，導致厚度減薄，容易發(fā)生破教。如圓孔翻邊、外緣內曲翻邊等。壓縮類翻邊的特點是: 變形區(qū)材料切向受縮應力，產(chǎn)生壓縮變形，厚度增大，容易起皺，如外緣的外曲翻邊。非圓孔翻邊經(jīng)常是由伸長類翻邊、壓縮類翻邊和彎曲組合起來的復合成形。